Книга: Сознание и мозг. Как мозг кодирует мысли

Болезни сознания?

Болезни сознания?

Два последовательных скачка развития рабочего пространства в человеческом мозгу должны были быть связаны с действием определенных биологических механизмов, в основе которых лежат конкретные гены. Следовательно, мы вполне можем спросить: могут ли какие-либо заболевания влиять на машинерию человеческого сознания? Способны ли генетические мутации или поражения мозга повернуть эволюцию вспять и стать причиной избирательной несостоятельности глобального нейронного рабочего пространства?

Лежащие в основе сознания длинные кортикальные связи могут оказаться очень уязвимыми. По сравнению с любыми другими клетками нейроны — это просто монстры, их аксоны имеют в длину по сантиметру и более. Необходимость сохранять такой длинный аппендикс, более чем в тысячу раз превышающий размерами саму клетку, связана с нестандартными проблемами в области экспрессии генов и молекулярного трафика. Копирование ДНК всегда происходит в ядре клетки, однако конечный результат должен быть передан на синапсы, расположенные в нескольких сантиметрах от этой точки. Для решения этой сложной логистической проблемы требуется непростая биологическая машинерия. Следовательно, можно предположить, что возникшая система связей на большие расстояния в рамках рабочего пространства может быть уязвима для специфических проблем.

Мы с Жан-Пьером Шанжо выдвинули предположение о том, что на этом уровне можно объяснить появление загадочного кластера психиатрических симптомов, сегодня называемого шизофренией⁵¹. Шизофрения — распространенное психическое заболевание, наблюдающееся примерно у 0,7 процента взрослого населения Земли. Шизофреник — подросток или молодой человек — утрачивает связь с реальностью, страдает бредом и галлюцинациями (так называемые «позитивные» симптомы); одновременно с этим у него резко снижаются интеллектуальное и эмоциональное развитие, наблюдается бессвязная речь и патологически цикличные действия («негативные» симптомы).

Ученым долгое время не удавалось отыскать единую общую сущность, способную породить столь разнообразные проявления. Поразительно, впрочем, что все перечисленные нарушения, как правило, поражают функции, которые могут относиться к области глобального рабочего пространства человеческого сознания: социальные убеждения, самонаблюдение, метакогнитивные суждения и даже элементарный доступ к информации, получаемой посредством восприятия⁵².

В соответствии с клинической картиной больные шизофренией демонстрируют крайнюю уверенность в истинности самых странных своих убеждений. Метакогнитивные процессы и теория сознания могут быть поражены так сильно, что пациент оказывается не способен отличить собственные мысли, знания, действия и воспоминания от мыслей, знаний, действий и воспоминаний окружающих. При шизофрении серьезно страдает способность сознательной интеграции информации в целостную сеть убеждений — это нарушение приводит к появлению бреда и непоследовательного поведения. Так, например, могут быть серьезно нарушены сознательные воспоминания пациентов — рассмотрев картинки или слова, спустя несколько минут они уже не помнят, что видели некоторые из них. Нередко наблюдаются сильнейшие нарушения метакогнитивного знания о том, когда и где пациент получил ту или иную информацию и получил ли ее вообще. Живительно, что скрытые бессознательные воспоминания при этом могут оставаться в целости⁵³.

Учитывая все вышесказанное, мы с коллегами задумались о том, не связана ли шизофрения с базовым дефицитом сознательного восприятия. Мы исследовали реакцию шизофреников на «маскировку» — кажущееся исчезновение слова или изображения, за которыми после короткого интервала следует другое изображение. Результат был однозначен: минимальная длительность демонстрации, при которой замаскированное слово становилось видимым, у шизофреников резко отличалась от этого показателя у здорового человека⁵⁴. Порог сознательного восприятия был поднят выше: шизофреники гораздо дольше оставались в сублиминальной области и сообщали о сознательном видении слова или изображения только после значительно более долгого его показа. Демонстрация цифры в течение всего 29 миллисекунд давала явственный бессознательный эффект прайма — в точности как у здорового человека. Сохранение столь тонких механизмов указывает на то, что бессознательная передача и обработка данных, от распознавания образа до присвоения ему значения, при шизофрении практически не страдала. По-видимому, основная проблема шизофреника связана с глобальным сведением поступающей информации в единое целое.

Интересно, что мы с коллегами наблюдали аналогичное сочетание нетронутых механизмов сублиминальной обработки информации и нарушенного доступа в сознательный опыт у пациентов с множественным склерозом — болезнью, которая избирательно поражает связи в белом веществе мозга⁵⁵. В самом начале болезни, до появления сколь-либо выраженных симптомов, пациенты оказываются не в состоянии сознательно воспринять мельком показанные слова и цифры, однако подсознательно продолжают их обрабатывать. Предсказать, насколько серьезно будет выражен дефицит сознательного восприятия, можно на основании степени повреждения длинных связей, соединяющих префронтальную кору головного мозга с задними областями зрительной коры⁵⁶. Это очень важное наблюдение: во-первых, оно подтверждает, что нарушения белого вещества могут избирательно влиять на сознательный доступ; а во-вторых, поскольку у небольшой доли пациентов с множественным склерозом развиваются психические заболевания, схожие с шизофренией, мы опять-таки можем предположить, что утрата длинных связей оказывается важнейшим фактором наступления психического заболевания.

Результаты нейровизуализации указывают на то, что способность шизофреников к массовой активации сознания значительно снижена. Ранние зрительные процессы и процессы внимания в основном остаются прежними, однако отсутствует массовая синхронная активация, порождающая волну РЗ в верхней части головы и сигнализирующая о наступлении сознательного восприятия⁵⁷. Еще один автограф сознательного восприятия — внезапное возникновение взаимосвязанной «мозговой сети» с множественными связями между удаленными кортикальными областями на уровне бета-частот (13—30 герц) — у больных шизофренией тоже отсутствует⁵⁸.

Есть ли у нас еще более наглядные доказательства того, что нарушение анатомических структур сетей глобального рабочего пространства ведет к шизофрении? Да, есть. При диффузно-тензорной визуализации мы видим крупные аномалии длинных пучков аксонов, соединяющих между собой различные области коры. Особенно сильные нарушения наблюдаются в тканях мозолистого тела, связывающих два полушария; не менее тяжело страдают связи, соединяющие префронтальную кору с другими отдаленными областями коры, гиппокампа и зрительного бугра⁵⁹. Это приводит к серьезным нарушениям связей в состоянии покоя: в период отдыха у пациентов с шизофренией префронтальная кора утрачивает функцию основного узла коммуникаций, а импульсы гораздо меньше связаны с функциональным целым, чем в нормальной ситуации⁶⁰.

На микроскопическом уровне можно видеть, что огромные пирамидальные клетки дорсолатеральной префронтальной коры (уровни 2 и 3) с множественными дендритами, способными получать сотни синаптических соединений, у пациентов с шизофренией имеют значительно меньшие размеры. У них меньше шипиков — выростов на возбудительных синапсах; человеческий мозг в норме отличается крайне частым расположением этих шипиков. Подобная утрата связей вполне может быть основной причиной шизофрении. Собственно говоря, многие гены, которые при шизофрении оказываются повреждены, влияют на одну или обе основные системы молекулярной нейротрансмиссии — на рецепторы дофамина D2 и на глутаматные NMDA-рецепторы, которые играют основную роль в передаче возбуждения префронтальными синапсами и в их пластичности⁶¹.

Вот еще один интереснейший факт: взрослый человек может испытать напоминающий шизофрению психоз при приеме таких препаратов, как фенциклидин (более известный как РСР или ангельская пыль) и кетамин. Эти агенты блокируют нейротрансмиссию, причем именно в области возбуждающих синапсов NMDA-разновидности, которые, как нам сегодня известно, отвечают за передачу информации на большие расстояния в коре головного мозга сверху вниз⁶². В моей компьютерной модели сети глобального рабочего пространства синапсы NMDA играли важнейшую роль в массовой активации сознания, так как образовывали длинные петли, связывавшие между собой высокоуровневые области коры сверху вниз, после чего информация попадала к процессорам нижнего уровня, от которых исходил первоначальный импульс. Когда мы удалили из модели NMDA-рецепторы, всеобщая связанность резко упала и массовая активация не наступила⁶³. Другие модели также свидетельствуют о том, что NMDA-рецепторы равно важны для медленного накопления фактов, лежащего в основе осознанного принятия решений⁶⁴.

Таким образом, глобальная утрата связей сверху вниз может оказаться важным фактором, позволяющим объяснить появление негативных симптомов у больных шизофренией. Нарушение связей не затрагивает прямую передачу сенсорной информации, однако избирательно препятствует ее глобальной интеграции через петли, обеспечивающие связь сверху вниз и охватывающие большие расстояния. Получается, что у больных шизофренией абсолютно нормальным образом происходит прямая передача и обработка информации, в том числе способность к мелким операциям, провоцирующим сублиминальный прайминг. Однако у больных возникают проблемы с дальнейшим массовым возбуждением и распространением информации, а также страдают способность к сознательному мониторингу, вниманию сверху вниз, кратковременная память и сфера принятия решений.

А что же позитивные симптомы шизофрении — причудливые галлюцинации и бред? Нейробиологи-когнитивисты Пол Флетчер и Крис Фрит предложили исчерпывающее объяснение, построенное на идее нарушения распространения информации⁶⁵. Как уже говорилось в главе 2, мозг работает как Шерлок Холмс, как сыщик, который извлекает максимум сведений из разнообразных поступающих данных, как сенсорных, так и социальных. Такого рода статистическое научение подразумевает двусторонний обмен информацией⁶⁶: сенсорные регионы отправляют свои сообщения вверх по иерархии, а более высокие области отвечают, отправляя сверху вниз свои прогнозы; из этого складывается алгоритм научения, который постоянно используется для разъяснения странной информации, поступающей от органов чувств. Научение прекращается в тот момент, когда высокоуровневые репрезентации становятся столь точны, что сделанные предсказания полностью соответствуют данным, идущим снизу вверх. Получаемый мозгом на этом этапе сигнал об ошибке (то есть о разнице между прогнозом и наблюдаемыми сигналами) ничтожно мал, и, как следствие, удивляться становится нечему: входящий сигнал перестает быть сколь-либо интересным и уже больше не запускает процесс обучения.

А теперь вообразим, что в случае шизофрении количество поступающих сверху вниз сообщений сокращается ввиду повреждения длинных связей или дисфункции NMDA-рецепторов. Это, по утверждению Флетчера и Фрита, приводит к сильнейшему нарушению настройки механизмов статистического научения. Поступающая сенсорная информация не получает удовлетворительного объяснения. Сигналы ошибки продолжают и продолжают поступать, их воздействие влечет за собой бесконечную лавину возможных интерпретаций. Шизофреник постоянно чувствует, что чего-то недопонял, что в мире остается множество скрытых слоев смысла, глубинных уровней объяснений, которые только он может ощутить и просчитать. И тогда он принимается придумывать бесконечные неестественные интерпретации всего происходящего вокруг.

Посмотрим, например, как мозг шизофреника отслеживает движения тела. В норме, когда мы совершаем движение, прогнозирующий механизм обнуляет то, что мы чувствуем в результате. Таким образом, когда мы берем чашку с кофе, то не удивляемся ощущению тепла или тяжести в руке, поскольку все это было предсказуемо. Мы еще не успели сомкнуть пальцы, а моторные области мозга послали вниз, в сенсорные области прогноз о том, что сейчас они ощутят все сопутствующее захвату. Прогноз этот работает так хорошо, что когда мы берем чашку, то даже не осознаем прикосновения к ней, и сознавать происходящее начинаем лишь в случае, если прогноз оказался ошибочным — например, чашка, которую мы схватили, оказалась слишком горячей.

А теперь вообразите себе, что в вашем мире спускаемые вниз предсказания оказываются ошибочными постоянно. Чашка с кофе и та подводит: когда вы ее берете, то ощущения, которые испытываете, чуть-чуть отличаются от того, что ожидали. Вы начинаете гадать, кто или что влияет на ваши чувства. Еще очень странным делом кажется речь. Когда вы говорите, то можете слышать свой собственный голос — как забавно он звучит! Странности звучания все время привлекают ваше внимание, вы начинаете думать, что кто-то посторонний искажает вашу речь. Отсюда уже недалеко до того, чтобы поверить в голоса в собственной голове, а заодно и в то, что некие злые силы, может, ваши соседи, а может, агенты ЦРУ, захватили контроль над вашим телом и порушили вам всю жизнь. Вы постоянно замечаете вещи, которых другие не видят, и постоянно ищете породившие их причины — собственно, таково довольно точное описание шизофренической симптоматики.

Таким образом, представляется вполне вероятным, что шизофрения — это болезнь, связанная с нарушением длинных связей, передающих в мозгу сигналы и формирующих систему рабочего пространства сознания. Я, конечно, вовсе не хочу сказать, что больные шизофренией — зомби, лишенные сознания. Я просто полагаю, что при шизофрении больше всех прочих автоматических процессов страдает сознательная передача данных. Обычные болезни не решаются пересечь границу и атаковать нервную систему, а вот шизофрения вполне может поражать биологические механизмы, лежащие в основе длинных нейронных связей, идущих сверху вниз.

Правда, связи эти при шизофрении разрываются не полностью — случись это, больной лишился бы сознания. Но возможно ли и такое серьезное заболевание? В 2007 году нейробиологи университета Пенсильвании открыли поразительную новую болезнь⁶⁷. В больницу поступали молодые пациенты с разнообразными симптомами. Среди них было много женщин, страдавших раком яичников, но прочие больные жаловались всего лишь на головную боль, лихорадку или гриппозные симптомы. Болезнь быстро развивалась и затем приняла неожиданную и страшную форму. У больных наблюдались «выраженная психиатрическая симптоматика, в том числе тревожность, возбуждение, странное поведение, бред, параноидальное мышление, зрительные и слуховые галлюцинации» — то есть выраженная, приобретенная и быстро развивающаяся разновидность шизофрении. Спустя три недели пациентов начало покидать сознание. На ЭЭГ у них наблюдались медленные волны мозга, схожие с волнами засыпающего или находящегося в коме человека. Больные переставали двигаться, реагировать на стимулы и даже самостоятельно дышать. В последующие месяцы несколько человек умерли; остальные спустя некоторое время выздоровели и вернулись к нормальной жизни, однако утверждали, что ничего не помнят о периоде, когда находились без сознания.

Что это было? Тщательные исследования показали, что пациенты страдали от массированного аутоиммунного заболевания. Вместо того чтобы выискивать враждебные вирусы или бактерии, их иммунная система стала бороться с самим организмом. Она избирательно уничтожала определенную молекулу: NMDA-рецептор нейротрансмиттера глутамата. Как мы уже видели, этот рецептор играет важнейшую роль в процессе передачи информации на кортикальные синапсы сверху вниз. Когда исследователи подвергли культуру нейронов воздействию сыворотки крови пациентов, NMDA-синапсы буквально растворились за каких-то несколько часов — однако восстановились сразу после того, как вредоносная сыворотка была удалена.

Поразительно видеть, как исчезновение одной-единственной молекулы влечет за собой утрату психического здоровья, а затем и сознания. Возможно, мы наблюдаем первое заболевание, избирательно поражающее длинные связи, которые, в соответствии с моей моделью глобального нейронного рабочего пространства, лежат в основе любого сознательного опыта. Разрушение связей быстро приводит к разрушению сознания — вначале это выглядит как искусственная форма шизофрении, а затем человек утрачивает всякую способность бодрствовать. В будущем это заболевание вполне может использоваться как образец болезни, молекулярные механизмы которой позволили пролить свет на природу и развитие психических заболеваний, а также на их связь с сознательным опытом.