Книга: Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Новые методы выявления сознания

Новые методы выявления сознания

Несмотря на то что я отдаю должное передовым исследованиям Адриана Оуэна, как теоретик я пребываю в печали. Для того чтобы пройти предложенный Оуэном тест, пациент, безусловно, должен находиться в сознании, однако методы проверки трудно увязать с какой-либо конкретной теорией сознания. Тест требует использования языка, памяти и воображения, однако есть множество вариантов, при которых наделенный сознанием пациент его все же не пройдет. Нельзя ли придумать тест попроще, эдакую лакмусовую бумажку, которая сразу покажет, есть у человека сознание или нет? Благодаря развитию технологий нейровизуализации мы выявили целый ряд автографов сознания. Нельзя ли следить за их появлением и на основании этого говорить о наличии или отсутствии сознания у пациента? Вдобавок ко всему этот простейший тест, основанный на четкой теории, мог бы помочь в решении другой сложной задачи — выяснить, обладают ли какой-нибудь разновидностью сознания маленькие дети, недоношенные новорожденные и даже крысы или обезьяны.

В 2008 году мы с моими коллегами Тристаном Бекинштайном, Лайонелом Наккашем и Мариано Сигманом обедали на юге Парижа, в Орсе. На этом достопамятном обеде я задал один простой вопрос: если бы нам нужно было создать простейший детектор сознания, с чего бы мы начали? Мы быстро пришли к выводу, что в основе детектора должен лежать электроэнцефалограф — самый простой и дешевый инструмент нейровизуализации. Кроме того, мы решили, что детектор должен использовать звуковые стимулы, поскольку слух у большинства пациентов сохранен, в то время как зрение нередко страдает. Решение использовать слуховой канал оказалось сопряжено с некоторыми проблемами, поскольку найденные нами автографы сознания проявлялись в первую очередь при экспериментах со зрением. Тем не менее мы были уверены, что на основании уже открытых принципов доступа в сознательный опыт мы сможем сделать выводы и для слуха.

Мы решили использовать наиболее очевидный автограф, проявлявшийся практически в каждом эксперименте, а именно большую волну РЗ, указывающую на синхронизированную массовую активацию мозговой сети корковых областей. Вызвать волну РЗ с помощью слуха необычайно просто. Представьте себе, что вы слушаете негромкую симфоническую музыку, и тут вдруг у кого-то звонит телефон. При этом неожиданном звуке ваше внимание переключается, вы осознаете произошедшее, и в мозгу у вас поднимается большая волна РЗ³⁰.

В нашей разработке мы решили использовать серию регулярно повторяющихся звуков: бип-бип-бип-бип… В какой-то момент на смену этим звукам внезапно приходил резкий и низкий гудок: у-у-у. Если слушатель бодрствует и при этом сохраняет внимание, внезапный гудок неизменно вызывает у него волну типа РЗ — наш автограф сознания. Для того чтобы убедиться, что мозг реагирует не на силу или какую-либо иную характеристику звука, мы отдельно провели ряд тестов, в которых использовали звуки наоборот — гудение, «у-у-у», было фоновым звуком, а «бип» вторгался внезапно. Таким образом мы доказали, что волна РЗ была связана исключительно с появлением маловероятного в сложившемся контексте звука.

Правда, тут у нас возникает одна трудность. Внезапный и нетипичный звук вызывает не только волну РЗ, но и серию более ранних реакций мозга, свидетельствующих, как нам известно, о бессознательной обработке стимула. Всего через 100 миллисекунд после появления нежданного звука слуховая зона коры уже генерирует обширную реакцию на неожиданность. Эта реакция известна как «реакция на рассогласование» или «негативность рассогласования» (сокращенно НР), поскольку она проявляется в виде отрицательного напряжения в верхней части головы³¹. Проблема заключается в том, что НР не относится к автографам сознания; это всего лишь автоматическая реакция на неожиданный звук, который раздается, когда человек уделяет внимание чему-то иному, погружен в собственные мысли, читает, смотрит кино или даже спит или пребывает в коме. В нашу нервную систему встроен бессознательный детектор всего нового. Чтобы быстро засечь непохожий на другие звук, он без помощи сознания сравнивает имеющийся стимул с прогнозами, построенными на основании предыдущих звуков. Такого рода прогнозированием мозг занимается постоянно: практически в каждом участке коры, вероятно, имеется простая цепочка нейронов, занятых прогнозированием и сравнением³². Действуют они автоматически, а включение нашего внимания и сознания зависит только от результатов их работы.

Получается, что в качестве автографа сознания парадигма выявления нетипичного не годится: мозг может прореагировать на новый звук, даже если хозяин мозга при этом пребывает в коме. Реакция НР указывает лишь на то, что слуховая зона коры достаточно функциональна, чтобы зафиксировать новое явление, но не позволяет сделать выводы о наличии сознания³³. Она принадлежит к числу ранних сенсорных операций, сложных, однако не требующих наличия сознания. Следовательно, нам с коллегами предстояло проверить дальнейшую деятельность мозга, а именно: начнется ли затем указывающее на наличие сознания лавинообразное нарастание нейронной активности?

Мы придумали новую разновидность теста на неожиданность, в которой специально провоцировали появление более поздней и сознательной реакции на новизну. Для этого мы попробовали поменять местами локальную и глобальную новизну. Представьте себе, будто слышите последовательность из пяти звуков, последний из которых не похож на другие: бип-бип-бип-бип-у-у-у. Реагируя на последний, отличный от всех прочих звук, ваш мозг выдаст сначала НР, а затем РЗ. Теперь повторим эту последовательность звуков еще и еще раз. Ваш мозг быстро привыкнет к тому, что после нескольких «бип» идет «у-у-у» — на уровне сознания всякая неожиданность исчезнет. Тем не менее последний, отличный от прочих звук все равно будет вызывать реакцию HP. Очевидно, встроенное в слуховую зону коры устройство распознавания новизны большим умом не отличается и, не замечая общих закономерностей, близоруко ожидает после каждого «бип» еще один «бип», всякий раз удивляясь, когда вместо этого вдруг звучит «у-у-у».

Интересно, что волна РЗ в этом плане куда умнее. Она внимательно следит за осознанием, и, как только человек замечает, что за четырьмя «бип» всегда следует «у-у-у», и перестает удивляться несоответствию, — волна РЗ исчезает. Когда сознательное ожидание будет сформировано, мы можем нарушить его, изредка подавая пять одинаковых звуков подряд: бип-бип-бип-бип-бип. Это редкое отклонение от плана опять-таки вызовет волну РЗ. И смотрите, как интересно получается: мозг воспринимает цепочку из абсолютно одинаковых звуков как нечто новое и необычное, но только потому, что эта последовательность отличается от последовательности, которая была зарегистрирована в рабочей памяти.

Цель достигнута: мы можем получить чистую волну РЗ без примеси ранних бессознательных реакций. Мы можем даже усилить РЗ, если попросим испытуемого считать последовательности, которые не похожи на остальные. Намеренные подсчеты значительно усиливают наблюдаемую волну РЗ и превращают ее в легко различимый маркер (рис. 31). Увидев эту волну, мы можем достаточно уверенно заключить, что пациент находится в сознании и способен следовать данным ему инструкциям.

Рисунок 31. С помощью локально-глобального теста можно выявить наличие остаточного сознания у травмированных пациентов. Тест заключается в том, что испытуемому много раз подряд проигрывают одну и ту же последовательность из пяти звуков. Если пятый звук отличается от предыдущих четырех, слуховые области выдают «сигнал несоответствия» — автоматическую реакцию на новизну, причем реакция эта происходит бессознательно и даже в тех случаях, когда пациент пребывает в глубоком сне или в коме. Если же человек находится в сознании, мозг быстро приспосабливается к повторяющейся мелодии, и, когда привыкание будет сформировано, реакция на новизну возникает в случае отсутствия непохожей на все остальные ноты в конце. Важно отметить, что такого рода высокоуровневая реакция возникает только у пациентов, находящихся в сознании. Она несет с собой все автографы сознания, в том числе волну Р3 и синхронную активацию обширных теменной и префронтальной областей коры

На практике этот локально-глобальный тест вполне справляется с задачей. Мы с моей командой без труда фиксировали глобальную волну РЗ у всех здоровых людей даже после очень краткой записи. Похоже, волна возникает лишь в случаях, когда участник эксперимента собран и сознает правила проведения эксперимента³⁴. Когда его отвлекают, предложив выполнить одновременно другое, связанное со зрением задание, слуховая волна РЗ пропадает. Когда участник раздумывает о своем, волна РЗ наблюдается лишь у тех, кто по окончании эксперимента может сообщить, какова была последовательность звуков и каким образом она была нарушена. Участники, не заметившие последовательности, волны РЗ не имели.

Сеть областей, активируемых при глобальном нарушении последовательности, также указывает на массовую активацию сознания. С помощью ЭЭГ, фМРТ и внутричерепных записей эпилептических пациентов мы пришли к выводу, что сеть глобального рабочего пространства включается всякий раз при появлении глобального нарушения последовательности. Когда мы слышим нарушенную последовательность, активность мозга выходит за пределы слуховой зоны коры и перекидывается на обширные рабочие цепи билатеральной префронтальной коры, передней поясной коры, теменной и даже затылочной областей. Это означает, что информация об изменении звуковой последовательности передается в рамках глобальной нейронной рабочей сети и далее, а следовательно, поступает в сознание.

Будет ли этот тест работать в клинических условиях? Станут ли пациенты, обладающие сознанием, реагировать на глобальную новизну в слуховой области? Первоначальные наши исследования, в которых принимали участие восемь пациентов, оказались достаточно успешны³⁵. У всех четырех пациентов в вегетативном состоянии реакция на глобальное нарушение последовательности отсутствовала, зато у троих из четверых обладателей минимального сознания она наличествовала (позже к этим троим пациентам вернулось сознание).

После этого мой коллега Лайонел Наккаш принялся на потоке применять этот тест в больнице Сальпетриер (Париж), и результаты у него были весьма неплохие³⁶. Если аппаратура фиксировала глобальную реакцию, пациент, по-видимому, обладал сознанием. Из двадцати двух пациентов в вегетативном состоянии только двое демонстрировали глобальную волну РЗ, причем в последующие несколько дней у этих пациентов произошло некоторое восстановление минимального сознания. Таким образом, можно предположить, что во время теста они уже обладали сознанием, так же как обладали им пациенты Оуэна, реагировавшие на полученные инструкции.

В отделении интенсивной терапии наш локально-глобальный тест порой помогает спасать жизни. Так, однажды в больнице находился некий молодой человек, который впал в кому в результате страшной автомобильной аварии и пребывал в этом состоянии три недели подряд. Он ни на что не реагировал и имел столько осложнений, что врачи задумались над тем, не прекратить ли им лечение. При этом мозг пациента по-прежнему демонстрировал сильную реакцию на глобальные нарушения последовательности. Что, если молодой человек застрял в какой-то переходной псевдокоме и оказался не в состоянии дать знать о том, что у него сохранилось сознание? Лайонел убедил врачей в том, что в течение нескольких дней у пациента может произойти улучшение состояния… и что же — спустя некоторое время сознание к нему вернулось полностью. Более того, общее состояние молодого человека улучшилось настолько, что в настоящее время он ведет практически нормальный образ жизни.

Объяснить принципы работы этого теста позволяет глобальная теория рабочего пространства. Для того чтобы зафиксировать повторяющуюся последовательность, участник теста должен сохранить эти пять звуков у себя в памяти и сравнить их со следующей последовательностью, которая прозвучит более чем секунду спустя. Как мы уже говорили в главе 3, способность удерживать информацию в памяти на протяжении нескольких секунд — отличительная черта наделенного сознанием разума. В ходе нашего теста эта функция проявляется дважды: мозг должен объединить отдельные звуки в общий рисунок, а затем сравнить несколько таких рисунков.

Кроме того, наш тест затрагивает следующий уровень обработки данных. Какие нужно проделать операции, чтобы решить, что последовательность совершенно одинаковых звуков «бип» является на самом деле чем-то неожиданным? Слыша стандартную последовательность «бип-бип-бип-бип-у-у-у», наш мозг привыкает к тому, что последний звук отличается от других. В слуховых областях после этого звука поступает сигнал первого порядка, сообщающий о чем-то неожиданном, однако система второго порядка прогнозирует именно вариант с «у-у-у»³⁷. В тех редких случаях, когда вместо этого звучит пять «бип» подряд, система второго порядка очень удивляется. Неожиданность заключается в отсутствии неожиданности. Наш тест выполняет свои функции потому, что с его помощью мы обходим детектор неожиданности первого порядка и переходим сразу на этап второго порядка, тесно связанный с глобальной массовой активацией, префронтальной корой, а следовательно, с сознанием.