Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката

Во-первых, таламокортикальная петля не функционирует у пациентов в стойком вегетативном состоянии (например, в коме), что указывает на ее возможную ключевую роль в формировании сознания (хотя в подобных состояниях активность снижается также и в ряде других областей мозга). Во-вторых, на ранних стадиях сна нейроны таламуса и коры гораздо менее активны по сравнению с состоянием бодрствования. В-третьих, исследователи обнаружили, что непосредственное применение возбуждающего химического вещества (никотина), которое имитирует химический мессенджер в таламокортикальной петле, может восстановить сознание,[22] а повреждение таламуса приводит к его потере.[23] Наконец, анестезия может отключать сознание по причине того, что клетки таламуса перестают контролироваться сигналами обратной связи из коры, и цикл прерывается.[24] Но, несмотря на это, все же остается неясным, почему эта схема является такой значимой для сознания. Что так сильно отличает таламокортикальную петлю от прочих связей в мозге?

Во время сна кора головного мозга претерпевает периоды кратковременных всплесков возбуждения; они чередуются с периодами сниженной активности. Именно эта флуктуация в таламокортикальных сетях связана с переходом от сознательного состояния к бессознательному. Когда клетки таламуса снижают активность, клетки-мишени в коре возвращаются к режиму работы «по умолчанию»: в эти периоды мы можем наблюдать характерные медленные мозговые ритмы, лежащие в основе бессознательного состояния.[25]

Вместо того чтобы «просто» выявлять, какие области мозга оказываются активными в определенных условиях, со временем стратегия исследований сместилась в сторону открытия сложных механизмов: где, когда и каким образом участки мозга взаимодействуют между собой путем перекрестного перекликания широкомасштабных реверберирующих колебаний. Некоторые из этих колебаний связаны с релаксацией и сном и определяются характером взаимодействий между таламусом и корой. Между тем другие частоты, по-видимому, генерируются в определенных областях таламуса или коры и связаны с высшими когнитивными функциями, включая восприятие.[26] Если группы нейронов временно синхронизируют свою активность, этот процесс может иметь заманчивые функциональные перспективы: конкретная частота колебаний – 40 Гц – может являться особенно важным элементом некоей ключевой корреляции.[27]

Однако более поздние исследования показали, что такая синхронизация между нейронами может быть стандартным режимом для мозга, а вовсе не исключением,[28] и нет причины рассматривать какую-либо конкретную частоту как особенное, ключевое условие для возникновения сознания. Кроме того, бессознательное состояние может сопровождаться усилением синхронизации в лобных долях мозга.[29] Наконец, существует ряд сознательных переживаний, которые не связаны с синхронизированной деятельностью мозга, в то время как сильная и резкая синхронизация, как, например, во время острых припадков, на самом деле связана с потерей сознания.[30]

Главная идея, которую развивают все эти исследования, состоит в том, что анатомическая связь между таламусом и корой обеспечивает в лучшем случае необходимую, но не достаточную основу для сознания, а в худшем случае порождает больше вопросов, чем ответов.

Альтернативной тактикой может быть сосредоточение не столько на пространственной специфике работы мозга, сколько на временных рамках протекающих в нем процессов:[31] кажется очень правдоподобным, что сознание имеет место лишь тогда, когда нейронная активность поддерживается на протяжении длительного отрезка времени – порядка нескольких сотен миллисекунд. Критический интервал, разграничивающий «видимые» и «невидимые» события, по-видимому, составляет от 270 до 500 миллисекунд:[32] известный нейробиолог Бенджамин Либет предположил, что этот период необходим для того, чтобы сформировалось осознание события, в то время как самые ранние ответы, возможно, возникли в мозге уже на 25-й миллисекунде.[33]

Существует также альтернативная интерпретация этих данных, заключающаяся в том, что решающим фактором может быть не само время, а конечное состояние, для достижения которого оно потребовалось. Не исключено, что это создание подходящего «окна», дающего возможность для «повторного входа» сигнала, своего рода продолжение реверберации «входа» и «выхода» между конкретными участками мозга.[34] Важным нюансом этой теории является то, что ни в коем случае не следует путать «повторный вход» с простой обратной связью, в результате чего некоторое существующее состояние может быть модифицировано в результате первоначального воздействия.