В 2014 году очередной приступ головокружения и тошноты привел в больницу 24-летнюю женщину из Китая. Такие симптомы ей было переносить не в первой: она никогда не чувствовала себя хорошо, ее походка не была уверенной, а головокружение было почти все время. Это были серьезные и изнурительные симптомы.
И все же они казались не такими уж страшными, до тех пор, пока ей не сделали МРТ И КТ: у женщины не было половины головного мозга. Тем не менее, на месте были все части, которые обеспечивали жизнедеятельность: кора головного мозга, подкорка и средний мозг, ствол головного мозга.
Но, ни в одной из этих частей не было важнейших элементов для мозга – нейронов. Эти клетки являются импульсами для передачи информации или ретрансляции моторных команд. Особенно это касается мозжечка, структуры, которая расположена за стволом мозга и ниже коры головного мозга.
Мозжечок занимает только 10% от объема всего головного мозга и при этом содержит в себе почти все необходимые нейроны. Так что в этом смысле у молодой китаянки не было половины головного мозга.
Удивительно, но так она прожила больше двух десятков лет и даже не подозревала об этом. Даже при инсультных состояниях и метастазах в коре головного мозга страдает меньше нейронов, чем в ее случае.
При таком диагнозе человек не может распознавать цвета, не узнает лица, не может осмысленно использовать речь и периодически страдает еще от расстройства сознания.
Изучение сознания может стать самой большой научной проблемой нашего времени. Как физические вещи, электрические импульсы могут объяснить психические вещи, мечты, восприятие себя? Почему сеть нейронов в нашем мозгу ощущает себя как опыт, а сеть компьютеров или людей никак не ощущается? Во всяком случае так пока известно нам.
В любом случае нужно приложить усилия, чтобы изучить досконально проблемы сознания. От 9% до 40% диагнозов в этой области ставятся неверно.
Как бы мы не старались, никогда не узнаем точно, пациент без сознания действительно умер или находится в другом, неведомом нам сознании. Без этих знаний так же сложно будет дальше лечить больных, которые находятся в длительном коматозном состоянии: не удается точно установить, он без сознания и нет смысла дальше поддерживать его жизнь аппаратно или в другом измерении.
Многие пациенты со скрытой осознанностью отличаются от созданного им образа в популярной культуре. Один из известных журналист Юан-Доминик Бауби. После перенесенного инсульта, который повредил ствол его головного мозга, Бауби был парализован. Он мог только мигать левым веком. Со своей больничной койки он надиктовывал при помощи знаков мемуары о своем мучительном опыте.
Случай Бауби демонстрирует синдром блокировки, который был вызван повреждением ствола мозга. А именно эта часть важна для работы всей остальной части тела, и таким образом коммуникации с внешним миром.
Скрытое сознание включает в себя не только синдром блокировки, но и повреждение коры головного мозга. В этом случае сложно определить скрытое сознание, потому что умственные способности таких пациентов нарушены.
Например, пациент может не отвечать не потому, что она находится без сознания, а потому что повреждение коры головного мозга привело к потери возможности говорить или понимать, что к нему кто-то обращается.
Даже после того, как такие пациенты выходят из комы, далее часто следует полное отсутствие возможности двигаться или давать какие-то реакции на то, что происходит вокруг них. Именно поэтому им могут ставить диагноз вегетативного состояния, которое еще известно под названием «синдром бодрствования».
Для обнаружения скрытого сознания у пациентов с диагнозом расстройства сознания международная группа исследователей, в том числе и мой нынешний руководитель Мартин Монти, использовали метод, который создает психиатрические образы. За счет этого метода безответные пациенты могут генерировать такие образы по команде.
«В некоторых случаях мы можем использовать МРТ для обнаружения некоторой осведомленности у пациентов, которые находятся в бессознательном состоянии», – сказал Мартин Монти.
Сначала Монти и его коллеги как бы попросили пациентов представить себе прогулку по дому.
«Мы наблюдали мерцание деятельности МРТ в парагиппокампальной извилине у всех, кроме одного участника. Но, просить людей ходить по своим домам (образно) было недостаточно. Чтобы повысить уверенность в том, что человек проснулся исследователи решили применять еще одну методику активации. Пациентам «предложили» сыграть в теннис», – рассказывает Адриан Оуэн.
К радости исследователей, такая методика дала четкую и последовательную активацию головного мозга.
Полученные результаты исследования, которое было опубликовано в 2010 году, было одновременно обнадеживающим и отрезвляющим: пять из 54 пациентов, которые были помещены в камеру МРТ, смогли создать умственные образы по требованию ученых. А это подтверждает то, что они могли думать, чувствовать, и понимать, но не реагировать, потому что их головной мозг поврежден.
В ходе исследования ученые к каждому образу применили «да» и «нет». За счет этого исследователи и получали ответы.
«Оказывается, даже пациенты, которые были в коме, могли показывать когнитивные функции лучше, чем это было бы показано при стандартных клинических методах», – сказал Монти.
Аналогичное исследование провели в Мичиганском университете, в 2018 году. По умственным снимкам МРТ исследователи решили проверить, есть ли скрытое сознание там, где его в принципе быть не должно: при анестезии. Один из пяти здоровых добровольцев, который перенес общую анестезию под препаратом пропофол, смог сделать невозможное: он создал умственный образ по запросу в МРТ.
Последствия очевидны: мы не всегда находимся в бессознательном состоянии, когда ложимся под нож хирурга.
Тестирование с игрой в теннис показало, что даже под общим наркозом и в вегетативном состоянии сознание может сохраняться. Однако эффективность методики зависит от способности пациента воспринимать вопросы и речь, а это уже не всегда доступно для людей с серьезными повреждениями головного мозга.
Сознание также может быть без понимания языка или речи. При отсутствии этого пациент все еще может испытывать боль, видеть спокойные сны, скучать и грустить.
Действительно, если бы были поражены только определенные части коры головного мозга, то яркие сознательные переживания сохранялись бы до тех пор, пока пациент остается не в состоянии услышать вопросы, заданные командой Монти. Из-за этого МРТ может пропустить много людей, которые находятся на самом деле в сознании. Чтобы диагностировать таких людей нужен альтернативный маркер, который будет работать как фонарик в кромешной темноте.
Сознание остается загадкой. Большое количество научных теорий пытаются объяснить, почему наш мозг воспринимает мир так, а не просто получает данные, не ощущения при этом что-то.
Некоторые теории довольно оригинальны. Одна из таких разработана физиком-теоретиком Роджером Пенроузом и анестезиологом Стюартом Хамероффом.
Пенроуз и Хамерофф связывают сознание с микротрубочками, которые похожи на нити и создают некую структуру. Эти структуры помогают формировать скелеты нейронов и других клеток головного мозга. Внутри микротрубочек электроны могут переходить из одного отсека в другой.
В самом деле: на уровне Вселенной, электроны могут существовать в двух отсеках одновременно. Это состояние известно как квантовая суперпозиция. Сознание можно адаптировать под эту модель за счет интерпретации квантовой физики. Здесь было бы такое утверждение: сознательный наблюдатель необходим для электрона, чтобы иметь определенное местоположение в пространстве, тем самым заканчивая суперпозицию.
В интервью для серии PBS Хамерофф сказал так:
«У вас есть суперпозиция возможностей, которые разрушаются. И в момент разрушения происходит некая субъективность. Но, как говорил Шерлок Холмс: «Откиньте все невозможное. То, что останется и будет ответом, каким бы невероятным он не казался».
Сказанное выше имеет значение для Хамероффа, но не для меня. После сравнения их теории с поговоркой Холмса мне стало ясно, что сопоставлять квантовую физику и сознание нельзя.
С одной стороны, разработанная теория сознания требует применения новой физики – квантовой гравитации, а она еще не разработана. И кроме того: рамки Пенроуза и Хамероффа не могут объяснить, почему в таком случае в сознании отсутствует мозжечок. Церербелларные нейроны то же не имеют микротрубочек. Так почему же мозжечок может быть утерян или поражен, не влияя при этом на сознательный ум?
Подходящее для меня объяснение есть в теории нейробиолога Джулио Тонони из Университета Висконсина.
Тонони не задается вопросом, какие мозговые процессы или структуры мозга вовлечены в сознание. Он подходит с другой стороны: какие особенности лежать в основе самого сознательного опыта.
Для контекста сравните его подход с другим вопросом: что такое жизнь? Живые объекты передают какие-то свои характеристики своему потомству, поэтому должна быть генетическая информация, которая передается от родителя к ребенку. Но живые объекты также развиваются и адаптируются к окружающей среде, а значит эта генетическая информация должна быть податливой, и будет меняться из поколения в поколение.
Если рассматривать вопрос в этом ключе, то можно предположить существование некой сложной молекулы, как ДНК, которая хранит генетическую информацию и может мутировать. А это продуцирует естественный отбор.
Физик Эрвин Шрёдинер почти предсказал существование ДНК в своей книге «Что такое жизнь», путем пересмотра проблемы с этого направления.
Далеко не очевидно, почему некоторые области мозга имеют важное значение для сознания, а некоторые нет. Таким образом, подход Тонони учитывает вместо этого особенности сознательного опыта.
Когда у нас есть опыт, то что его определяет? Во-первых, каждый сознательный опыт специфичен. Ваше восприятие синего цвета таковое только потому, что это синее, а не желтое. Если бы вы никогда не видели другого цвета, то скорее всего у вас не было бы другого мнения. Аналогичным образом можно сказать и о еде: если вся еда была одинаковой на вкус, то вкусовые переживания вообще исчезли бы. Это предположение о том, что каждый сознательный опыт должен быть конкретным, известно как дифференциация.
Сознательный мозг – это как демократическое общество. Бессознательный мозг – это как тоталитарное общество.
Но, в то же время сознание интегрировано. Это значит, что хоть объекты в сознании и имеют разные качества, мы никогда не будем воспринимать каждое качество отдельно.
Когда вы видите, как тренер выкрикивает команду, его фигура, цвет формы, движения связаны в одно последовательное целое. У вас нет отдельного опыта использования только правого или только левого зрения. Они взаимосвязаны между собой как одна визуальная картинка.
Тонони определил дифференциацию и интеграцию как две основных характеристики сознания. Основные особенности привели ученого к выводу о физических свойствах сознательной системы.
Поскольку сознание вообще специфическое, физическая система (мозг) должна выбирать из большого репертуара возможных состояний, чтобы оставаться в сознании. Как и в случае с ДНК этот вывод в решающий степени зависит от концепции информации. Опыт информативный, потому что он исключает другие переживания: вкус шоколада – это не вкус соли, а запах роз не запах мусора. Поскольку эти осознания являются информативными, мозг отожествляет их с сознанием и делает вывод. Когда мозг напичкан информацией, сценариев возможных состояний становится больше.
Это как в игре «Виселица». Допустим, мы играем в нее на английском языке, в алфавите которого 26 букв. Каждая угаданная буква дает нам некое количество информации для того, чтобы угадать слово. К примеру, часто используемая «Е» будет менее информативная, чем реже используемый «Х».
А теперь представьте, что мы играем на китайском языке. В этом языке тысячи символом и каждый из них дает тонну информации.
Точно так же происходит и с мозгом. При расширении вариативности увеличивается и информационное наполнение. Но, в то же время сознание зависит от интеграции: нейроны должна общаться и обмениваться информацией, иначе качества, которые есть в сознательном опыте, не будут связаны между собой. Это требование одновременно должно исполняться для дифференциации и интеграции, но может показаться парадоксом.
Здесь метафора предлагает внести ясность: сознательный мозг похож на демократическое общество. Каждый может голосовать как ему хочется (дифференциация), и свободно общаться между собой (интеграция). Бессознательный мозг больше похож на тоталитарное общество: гражданам запрещено свободно общаться между собой (нет интеграции), и они вынуждены голосовать за одну партию (нет дифференциации).
Дифференциация и интеграция необходимы для сознания. И это не просто размышления. Теория Тонони основана на клинических наблюдениях. Подтверждением является случай молодой китаянки, которая больше 20 лет прожила без половины головного мозга.
Мозжечок – это тоталитарное общество. Его нейроны, хоть их и много, не могут между собой коммуницировать. Но, за то они организованы в цепях: каждый нейрон посылает сообщение другому нейрону и так дальше вниз по цепочке. Но, между этими цепями существует тонкая связь и обратной связи другом направлении не происходит.
Визуализировать себе это можно так: представьте много людей, которые стоят в очереди, каждый положив руку на плечо следующего человека. В таком положении мозжечок содержит большую часть нейронов, и они как граждане без интеграции. А если нет интеграции, то нет и сознания.
Кора головного мозга является свободным обществом. Это как много людей, которые свободно между собой взаимодействуют. И не только с соседями, но и со всем городом.
Конечно сознание присутствует в коре головного мозга не всегда. Во время глубокого сна дифференциация теряется. Это можно сравнить так, как будто все нейроны собрались в толпу на спортивной арене и скандируют. Точно такая же потеря дифференциации происходит во время эпилептического припадка, когда большие популяции нейронов бегут как во время пожара или бури куда глаза глядят.
Теория Тонони заключается в том, что для сознания необходима дифференциация и интеграция. Это известно еще как интегрированная теория информации. Используя ее, можно систематически предсказывать, какие области будут учувствовать в сознании, а какие нет. И это уже помогает в клиниках определять, какие пациенты с черепно-мозговой травмой находятся в сознании, а какие нет.
Как любит говорить Монти: «Это как стучать по дереву, чтобы сделать вывод о плотности древесины по резонирующему звуку».
«Стучать» в данном случае будет использование магнитной катушки провода для создания магнитного импульса. Это метод транскраниальной магнитной стимуляции. После этого ученые используют ЭЭГ, чтобы оценить ответную реакцию нейронов.
Если ответные реакции являются сложными, дифференцированными, то мы имеем дело с плюралистичным обществом: различные области мозга реагируют по-разному. А значит пациент, скорее всего, в сознании. Но, если ответ однороден, везде одна и та же реакция, то мы имеем дело с толерантным обществом и пациент в бессознательном состоянии.
Вышеописанный подход – лучший вариант детектора сознания. Он был представлен международной группой исследователей во главе с нейробиологом Марчелло Массимини в Миланском университете в 2013 году. Формально этот метод известен как индекс возмущенной сложности.
Но, еще больше вопросов остается. В лаборатории Монти в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в настоящее время изучает, почему мозг детей с редким генетическим заболеванием синдромом Ангельмана испытывает недостаток дифференциации. Нет никаких сомнений в том, что дети находятся в сознании, это отчетливо видно из наблюдения за богатым спектром целенаправленного поведения. И тем не менее исследование показывает метафорическое тоталитарное общество Тонони – нейроны между собой не коммуницируют.
Показывая нам, какие виды мозговой деятельности являются существенными для сознания (или не являются), пациента с синдромом Ангельмана имеют сознание, которое аналогично тому, которое есть у пациентов с отсутствием части или всего мозжечка.
Сознание может быть последним рубежом науки. Если вышеописанная теория ведет нас в правильном направлении, мы разработаем лучшие методы диагностики нарушения сознания. В один прекрасный день мы могли бы даже обратиться за помощью к искусственному интеллекту и оценить, как все происходит. Такого варианта событий придерживаются многие ученые современности: Стивен Хокинг, Илон Маск, Стюарт Рассел.
По материалам: Aeon
Редактор: Юлия Гуркина
