Книга: Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Беспокойный мозг

Беспокойный мозг

В нашей модели проявился еще один поразительный феномен, а именно спонтанная нейронная активность. Нам незачем было постоянно стимулировать получившуюся сеть. Даже в отсутствие каких-либо стимулов нейроны, под воздействием случайных процессов в синапсах выдавали спонтанные импульсы, и хаотические их сигналы самостоятельно выстраивались в узнаваемые структуры.

Когда параметр активного внимания достигал высоких показателей, на экранах наших компьютеров начинали появляться и исчезать сложные последовательности нейронных сигналов. В этих последовательностях периодически можно было наблюдать глобальную массовую активацию, возникавшую в отсутствие каких-либо стимулов. Так, целая группа кортикальных пучков, отвечающих за один и тот же стимул, могла пробудиться на короткое время, а потом успокоиться снова. Долю секунды спустя ее сменяла другая глобальная совокупность клеток. Сеть самостоятельно, без какого-либо стимула извне, создавала целую серию случайных массовых активаций, весьма напоминавших мозговую активность при восприятии внешних стимулов. Единственное различие заключалось в том, что спонтанная активность, как правило, начиналась на более высоком кортикальном уровне, в пределах рабочих пространств, и затем распространялась вниз, в сенсорные области, то есть повторяла все происходящее при восприятии, только в обратном порядке.

Случаются ли такие всплески эндогенной активности в настоящем мозгу? Да. На самом деле, упорядоченная спонтанная активность встречается в нервной системе повсеместно. Всякий, кто хоть раз видел запись электроэнцефалограммы, знает, что оба полушария генерируют множество высокочастотных электрических волн, причем постоянно и независимо от того, бодрствует человек или спит. Эта спонтанная активность отличается такой высокой интенсивностью, что явственно выделяется на фоне всей прочей мозговой деятельности. Для сравнения заметим, что возбуждение в результате воздействия внешних стимулов едва различимо и, для того чтобы его зафиксировать, нужно повозиться с расчетами. Вызванная стимулом активность оттягивает на себя очень малую долю от потребляемой мозгом энергии — пожалуй, меньше 5 процентов. Нервная система действует в основном как автономный агрегат, генерирующий собственные последовательности мыслей. Даже если человек лежит в темноте и «ни о чем не думает», мозг его постоянно выдает сложный и все время меняющийся узор нейронной активности.

Впервые упорядоченные последовательности спонтанной кортикальной активности ученым удалось пронаблюдать на животных. Амирам Гринвальд и его коллеги из Института Вейцмана воспользовались электрочувствительными красителями, с помощью которых невидимый ток дает видимые изменения коэффициента отражения света, и в течение длительного периода времени фиксировали электрическую активность на большом участке коры⁴⁹. Интересно, что сложные последовательности возникали даже тогда, когда животное находилось под воздействием анестезии. В темноте, в отсутствие какой-либо стимуляции, зрительный нейрон мог внезапно выдать ряд более сильных сигналов. При этом он был не одинок: на экране было видно, что в тот же самый миг происходила спонтанная активность целой совокупности нейронов.

Аналогичный феномен наблюдается и в человеческом мозгу⁵⁰. Наблюдая за активностью мозга во время отдыха, ученые обнаружили, что мозг отнюдь не молчит, но постоянно выдает меняющиеся последовательности кортикальной активности. У разных людей глобальные сети, часто охватывающие оба полушария, действуют одинаково. Иногда их деятельность близко напоминает структуру мозговой активности при стимуляции извне. Так, например, крупная подгруппа языковых цепочек активируется, когда мы слушаем историю, но способна и к спонтанной активации в момент, когда мы лежим в темноте — такая вот иллюстрация к выражению «внутренний голос».

Смысл этой активности в период покоя продолжает вызывать споры в среде нейробиологов. Одни ученые указывают на то, что случайные сигналы мозга проходят по существующей сети анатомических связей — да и где бы им еще идти?⁵¹ Тем не менее, если человек не спит и концентрирует внимание, действовать начинает другая структура, непосредственно указывающая на то, о чем он думает. Так, в положении покоя у человека порой наблюдается сеть, называемая сетью по умолчанию; она включается всякий раз, когда мы размышляем о положении собственных дел, вспоминаем случаи из своей жизни или сравниваем свои мысли с чужими⁵². Мы кладем пациента в сканер, ждем, пока его мозг войдет в режим по умолчанию, и спрашиваем, о чем он думает. И человек, гораздо чаще, чем в других ситуациях, отвечает, что отвлекся и погрузился в собственные мысли и воспоминания⁵³. Таким образом, наблюдая за спонтанной активностью той или иной сети, можно, по крайней мере, частично угадать, о чем думает человек.

Короче говоря, наши бесцельные раздумья возникают в результате постоянных нейронных импульсов. Более того, этот внутренний поток сигналов конкурирует с внешним миром. В периоды высокой активности по умолчанию неожиданная демонстрация такого, к примеру, стимула, как картинка, не вызывает большую волну РЗ, хотя у внимательного наблюдателя эта волна возникла бы⁵⁴. Эндогенные состояния сознания мешают нам воспринимать внешние события. Спонтанная мозговая активность охватывает глобальное рабочее пространство и, затопив его целиком, может в течение длительного времени блокировать доступ других стимулов. С одной из разновидностей этого явления мы встречались в главе 1 — там она называлась слепотой невнимания.

К нашему с коллегами величайшему удовольствию, тот же самый тип активности продемонстрировала и наша компьютерная модель⁵⁵. У нас на глазах происходили внезапные спонтанные активации, которые тем чаще оказывались согласованы на глобальном уровне, чем сильнее был параметр активного внимания у стимула. Важно, что, даже если на протяжении этого периода мы подавали в сеть внешний стимул, причем значительно превосходящий обычный порог подавления, стимул не получал доступа в сеть и не становился причиной глобальной массовой активации: внутренняя активность конкурировала с внешними стимулами. Наша модель могла имитировать слепоту невнимания и моргание внимания — явления, свидетельствующие о неспособности мозга осознанно воспринимать две вещи одновременно.

Кроме того, существование спонтанной активности объясняет, почему один и тот же поступающий стимул иногда вызывает полноценную массовую активацию, а иногда — едва заметное возбуждение. Все зависит от того, может ли наблюдавшаяся до появления стимула шумовая структура активности резонировать с пиками на входе или же она с ними несовместима. В нашей модели, как и в человеческом мозгу, восприятие слабого внешнего стимула зависело от случайных флюктуаций активности⁵⁶.