Книга: Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Поймать спонтанную мысль

Поймать спонтанную мысль

Так ли полезен тест Массимини, станет ли он стандартным клиническим средством для проверки наличия сознания у пациентов — покажет будущее. Пока что самое удивительное в этом тесте то, что он всегда срабатывает. Правда, он опять-таки требует сложной аппаратуры, а далеко не у каждой больницы имеется ЭЭГ-система высокой плотности, способная поглотить мощные сигналы, генерируемые транскраниальным магнитным стимулятором. Теоретически здесь должно быть гораздо более простое решение. Если гипотеза глобального рабочего пространства верна, тогда даже в темноте, в отсутствие какой-либо внешней стимуляции, находящийся в сознании человек продемонстрирует явственно различимый автограф церебральных коммуникаций через большие расстояния. Постоянный поток активности мозга должен охватить префронтальную и теменную доли и генерировать периоды синхронных колебаний в отдаленных уголках мозга. Эта активность должна сопровождаться повышенной электрической активностью, особенно на средних (бета) и высоких (гамма) частотах. При такой трансляции на большие расстояния должно потребляться большое количество энергии. Нельзя ли просто засечь эту энергию?

На самом деле нам давно уже известно, что, когда человек теряет сознание, скорость обмена веществ в тканях мозга падает — это можно измерить с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Сканер ПЭТ — это сложный детектор высокоэнергетических гамма-лучей, который можно использовать для того, чтобы измерить, сколько глюкозы (химического источника энергии) поглощается в той или иной части тела. Делается это так: пациенту вводят помеченные радионуклидом частицы глюкозы, а затем с помощью сканера отслеживают пики распада радиоактивного вещества. Пики возникают именно там, где мозг потребляет глюкозу. Результаты поражают: у здорового человека под воздействием анестезии или глубокого сна потребление глюкозы в коре головного мозга падает на 50 процентов. Аналогичное снижение потребления энергии характерно также для комы и для вегетативного состояния. В начале 1990-х команда Стивена Лори в Льеже получила поразительные изображения аномалий мозгового метаболизма, наблюдающихся у пациентов в вегетативном состоянии (рис. 32)⁴².

Рисунок 32. Бессознательному состоянию, сопряженному с медленным сном, анестезией или вегетативным состоянием, соответствует снижение скорости обмена веществ во фронтальной и теменной коре. Активность может снижаться и в других областях, однако именно в областях, составляющих глобальное нейронное рабочее пространство, потребление энергии при потере сознания резко падает, причем опыт можно воспроизвести

Следует заметить, что в разных областях мозга усвоение глюкозы и кислородный обмен веществ падают по-разному. Потеря сознания, по всей видимости, влечет за собой подавление активности билатеральных областей префронтальной и теменной коры, а также таких средних структур мозга, как поясная область и предклинье. Эти области почти полностью совпадают с нашей сетью глобального рабочего пространства и имеют наибольшее количество кортикальных проекций — еще одно подтверждение того, что эта система рабочего пространства особенно важна для сознательного опыта. На строение и обмен веществ в других областях сенсорной и моторной коры потеря сознания, даже полная, может никак не повлиять⁴³. Так, если у пациента в вегетативном состоянии случайным образом меняется выражение лица, в передних моторных зонах его мозга при этом наблюдается обычная для таких случаев активность. За прошедшие двадцать лет был зафиксирован случай, когда пациент произносил случайные слова, делая это явно неосознанно и без какой-либо связи с происходящим вокруг. Нейронная активность и метаболизм наблюдались у него лишь в небольших изолированных областях коры в языковой зоне левого полушария. Конечно, случайной активности такого рода было недостаточно для достижения сознательного состояния — тут потребовалась бы более обширная сеть.

К сожалению, одного наличия процессов обмена веществ в мозгу мало, чтобы с уверенностью говорить о наличии или отсутствии остаточного сознания. У некоторых вегетативных пациентов сохраняется практически нормальный кортикальный метаболизм; по всей видимости, в их случае травма затрагивает лишь верхние структуры промежуточного мозга, но не кору. И наоборот (что еще важнее), у многих пациентов в вегетативном состоянии после частичного восстановления и перехода в состояние минимального сознания нормальный обмен веществ оказывается нарушен. Сравнивая изображения мозга до и после восстановления, мы можем видеть, что в областях рабочего пространства потребление энергии возросло, но ненамного. Возможно, обмен веществ не может восстановиться из-за необратимого повреждения коры. Но даже самые подробные изображения травм, полученные с помощью лучших аппаратов для МРТ, не дают полного ответа⁴⁴ и не позволяют вычленить абсолютно надежные признаки наличия сознания. Одних лишь отображений обмена веществ или строения мозга недостаточно для того, чтобы точно зафиксировать лежащий в основе сознания нейронный обмен информацией.

Стремясь получить более совершенный детектор наличия остаточного сознания, мы с моими коллегами Жаном Реми Кингом, Джакобо Ситтом и Лайонелом Наккашем вернулись к идее использования элементарного ЭЭГ в качестве маркера кортикальной коммуникации⁴⁵. Команда Наккаша сделала почти 200 записей с высокой плотностью, сняв данные с 256 электродов, следящих за электрической активностью мозга вегетативных пациентов, пациентов в состоянии минимального и полного сознания. Можно ли использовать эти данные для того, чтобы точно определить, какие объемы информации циркулируют в коре? Порывшись в научных работах, Ситт — гениальный физик и одновременно компьютерщик и психиатр — предложил великолепную идею. Он разработал программу для быстрого получения численного показателя под названием «взвешенный показатель символической трансинформации», который был разработан для оценки количества информации, которой обмениваются между собой два участка мозга⁴⁶.

Когда в эту программу ввели данные наших пациентов, пациенты в вегетативном состоянии оказались выделены в совершенно отдельную от всех группу (рис. 33). По сравнению с пациентами, находящимися в сознании, у вегетатиков обнаружилось значительное снижение информационного обмена. Это особенно ярко проявилось, когда мы стали использовать для проведения анализа пары электродов, введенных на расстоянии минимум 7—8 сантиметров друг от друга, — как мы уже знаем, передача информации на большие расстояния является отличительным свойством наделенного сознанием мозга. С помощью еще одного направленного критерия мы обнаружили, что обмен информацией идет в двух направлениях: специализированные области в задней части мозга передавали информацию в универсальные области теменной и префронтальной коры и получали от них ответные сигналы.

Рисунок 33. Наличие информационного обмена на больших расстояниях в пределах коры — отличный показатель наличия сознания у пациентов с мозговыми нарушениями. Чтобы получить это изображение, мы произвели электроэнцефалографическое исследование и записали сигналы мозга с 256 электродов почти у 200 пациентов, находившихся как в сознании, так и в бессознательном состоянии. Для каждой пары электродов (на рисунке они отображены в виде дуги) мы вычислили математический показатель объема информационного обмена между соответствующими областями мозга. У пациентов в вегетативном состоянии наблюдался значительно более низкий объем информационного обмена, нежели у пациентов в сознании и контрольных субъектов. Это открытие вполне соответствует основному положению теории глобального рабочего пространства: важнейшей функцией сознания является информационный обмен. Дальнейшие исследования показали, что те немногие пациенты, которые, пребывая в вегетативном сознании, демонстрировали большие объемы информационного обмена, имели больше шансов прийти в сознание в течение нескольких дней или месяцев

На наличие у пациентов сознания указывали и другие проявлявшиеся на ЭЭГ характеристики⁴⁷. Математический подсчет количества энергии различных частотных диапазонов показал вполне предсказуемое: что утрата сознания ведет к исчезновению высоких частот, появляющихся при нейронном кодировании и обработке информации; преобладать начинают крайне низкие частоты, характерные для состояния сна или анестезии⁴⁸. Критерии синхронности в этих мозговых колебаниях подтверждают, что в состоянии сознания области коры, как правило, налаживают гармоничный информационный обмен.

Каждый из этих численных показателей поворачивает сознание новой стороной, мы наблюдаем за сознанием с разных ракурсов и получаем все новые и новые его образы. Чтобы объединить их в целостную картину, Жан Реми Кинг создал программу, которая почти автоматически определяла, какое сочетание критериев позволяет оптимально спрогнозировать ситуацию в каждом конкретном случае. Двадцать минут записи ЭЭГ (пациенту даже не задают вопросов) — и готов точный диагноз. Мы почти ни разу не перепутали вегетативного пациента с пациентом, наделенным сознанием. В большинстве случаев ошибка если и случалась, то заключалась в том, что пациента в состоянии минимального сознания относили к категории пациентов с вегетативным состоянием, причем мы даже не можем с уверенностью утверждать, что это была именно ошибка: за те двадцать минут, что длилось исследование, пациент в состоянии минимального сознания мог выйти из сознательного состояния. Вероятно, повтор теста в другой день помог бы дополнительно уточнить диагноз.

Ошибка могла быть и в другую сторону: наша программа изредка относила к категории минимального сознания пациентов, которых в результате клинического обследования относили к категории пребывающих в вегетативном состоянии. Но была ли это ошибка? Что, если эти пациенты парадоксальным образом выглядели так, будто находятся в вегетативном состоянии, а на самом деле сохраняли сознание и пребывали в псевдокоме? Посмотрев, чем кончилось дело для наших вегетативных пациентов через несколько месяцев после записи ЭЭГ, мы обнаружили весьма обнадеживающие результаты. В двух третях случаев наша программа согласилась с клиническим диагнозом вегетативного состояния — и из этих пациентов восстановились и перешли в категорию минимального сознания лишь 20 процентов. Что же до оставшейся трети, то у этих пациентов наша система обнаружила проблески сознания там, где клиницисты их не видели, — и из этих пациентов в последующие несколько месяцев 50 процентов восстановились до того, как наличие у них сознания было зафиксировано врачами.

Из такой разницы в прогнозах можно сделать очень важные выводы. Получается, что с помощью автоматизированных средств оценки мозга мы можем выявлять признаки сознания задолго до того, как они видимым образом проявятся в поведении. Автографы сознания, которые мы выявили с помощью нашей теории, позволяют сделать вывод более точный, чем у опытного врача-клинициста. Молодая наука о сознании пожинает первые плоды своих трудов.