Мозг состоит из около 86 миллиардов дискретных нервных клеток (и такого же количества глиальных клеток). Каждая клетка образует тысячи контактов с другими нейронами. Как же все эти отдельные единицы обработки информации могут обеспечивать целостное восприятие мира, которое мы называем сознанием? Мы чувствуем, что между точными физиологическими исследованиями мозга и субъективной психологической реальностью есть непреодолимая пропасть – «трудная проблема сознания». Русский исследователь Константин Анохин пытается найти решение этой проблемы и объединить знания нейробиологии и психологии.
Credit: public domain
“Наша психика — поведение нашего мозга — может быть объяснена взаимодействием нейронов
и связанных с ними молекул”
(Ф. Крик)
Два года назад в Москве прошла международная конференция «Теоретическая физика и математика мозга: междисциплинарные контакты», где обсуждались фундаментальные загадки мозга. Константин Владимирович Анохин, организатор и спикер конференции, пояснил, что существует острая необходимость в междисциплинарных исследованиях феномена сознания. Судя по всему, понять сознание с позиции одной науки невозможно. Для ее изучения требуется интеграция разных научных областей: физики, математики, нейрофизиологии и т.д., которые могут помочь разработать единую теорию мозга.
На проблему сознания обращали внимание виднейшие мировые ученые. Например, Кристоф Кох. Физик по образованию, Кох сегодня занимается исследованиями в области нейробиологии, стремясь разгадать загадку сознания. “Как ментальное соотносится с физическим? Как психологический опыт закрепляется в мозге и влияет на наше дальнейшее поведение?” – спрашивает Кох в своей книге «The feeling of life itself».
Пытаясь ответить на эти вопросы, Кох принимает теорию интегрированной информации (IIT), предложенную Джулио Тонони. Согласно этой теории, сознание отождествляется с особой формой информации – интегрированной информацией, а интегрированная информация – с опытом. Теория гласит, что сознающая материя должна быть организована таким образом, чтобы соответствовать этому субъективному опыту. Аксиомами теории выступают пять положений о том, что любой опыт (и сознание) реален, он структурирован, информативен, уникален в своем роде и определен в пространственно-временных терминах.
Исходя из IIT, сознание выступает причинным свойством системы. При том любой самоорганизованной системы, как, например, совокупности нейронов, часть из которых пребывает во включенном, возбужденном состоянии, а часть – в выключенном. С изменением состояния каждого элемента системы будет меняться и содержание сознания. Все это напоминает принципы работы компьютера с его компонентами, не правда ли?
«Сознание – это любой опыт, от самого приземленного до самого возвышенного», — пишет Кох.
Другая группа исследователей, в число которых входят известные французские ученые Жан-Пьер Шанже и Станислас Дехан (Дехане), предлагает альтернативную теорию сознания в мозге – гипотезу глобального нейронного рабочего пространства (ГНРП), считая субстратом опыта нейронную сеть мозга.
По теории ГНРП (GNW – global neuronal workspace), сознание – это процесс распределения и совместного использования интегрированной информации по мозгу, определяющийся синхронным устойчивым кратковременным возбуждением нескольких групп нейронов.
Согласно этой гипотезе, если внешний стимул вызывает возбуждение нейронной системы свыше некоего порога, это перераспределяет информацию между сетями мозга, что приводит к осознанию стимула. Дехан и Шанже предполагают, что контролирующим хабом такой нейрональной деятельности является лобно-теменная сеть, организующая внимание и взаимодействующая с задними (сенсорными) отделами мозга, где может храниться опыт.
Credit: Stanislas Dehaene et al / Neuron 2020
«В любой момент времени эта архитектура может выбирать элемент информации из одного или нескольких процессов, усиливать его и транслировать на все остальные процессы, таким образом осуществляя сознательную обработку, что позволяет нам вербализировать опыт», — пишут в своей статье ученые, подчеркивая связанность мозговых центров обработки информации и предположение о наличие центрального хаба такой связи с большим количеством крупных пирамидальных нейронов.
Чтобы исследовать противоречащие друг другу предсказания этих двух теорий, ученые образовали консорциум Cogitate, проводящий ряд проверочных экспериментов. Один из них включает в себя просмотр видеоигры, во время которой на экране появляется некий стимул, заметный или незаметный глазу. Если идея порога возбуждения верна, то заметность/незаметность будет отмечена на нейрональном уровне. Помимо этого, методы регистрации нейрональной активности (МРТ, МЭГ, ЭЭГ и т.д.) позволят понять, «где анатомически находится след сознания» (в задних отделах, согласно IIT, или в лобных – согласно ГНРП).
Credit: Christof Koch et al / Science 2021
В другом эксперименте ученые консорциума демонстрируют участникам стимулы разной длительности в целях понять, как долго остаются активированными нейрональные корреляты визуального опыта. Существует ли активность до тех пор, пока действует некий стимул (подтверждение IIT) или же активность возникает с началом некого опыта и затем постепенно затухает (подтверждение ГНРП)?
Credit: Christof Koch et al / Science 2021
По мнению Константина Анохина, для того, чтобы понять сознание, необходимо в первую очередь создать новую теорию мозга, которая естественным образом вместит в себя этот феномен. В своей статье «Когнитом: в поисках фундаментальной нейронаучной теории сознания», вышедшей в январе этого года, ученый разбирает феномен сознания и требования к научной теории, объясняющей его.
Проводя анализ существующих подходов к исследованию сознания (Дж. Серла, Дж. Эдельмана, А. Дамасио, Дж. Тонони и др.), Анохин выделяет отличительные свойства сознания в каждой теории. Общим для всех подходов оказывается параметр качественности сознания, который и должен служить основной определения этого феномена.
Credit: К.В. Анохин / Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 2021
«Дифференцированность и интегрированность, специфичность и индивидуальность, определенность и разнообразность, временная структура и вписанность в среду характеризуют многие физиологические процессы и состояния у организмов, не обладающих сознанием или не пользующихся им в этих процессах. Будучи помноженными на одно единственное свойство, выделенное в пятой строке… они приводят ко всем остальным отличительным характеристикам сознания», — отмечает в своей статье ученый.
В статье выделены четыре базовых «ингредиента» сознания:
Таким образом, элементарный эпизод субъективного опыта – это «всплеск специфической по своему качеству глобальной активности в когнитивном агенте». По мнению ученого, любая фундаментальная теория сознания должна объяснять нервные основы этих четырех базовых ингредиентов сознания.
Credit: К.В. Анохин / Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 2021
Одновременно с этим, теория сознания должна отвечать на четыре универсальных научных вопроса о биологии сознания:
Credit: К.В. Анохин / Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 2021
Используя вышеназванные параметры в качестве критериев, мы получаем возможность проверить современные теории сознания на их полноценность в объяснении этого феномена. Именно такую оценку проводит Константин Анохин, показывая, что каждая теория в отдельности отвечает лишь части параметров, обладая ограниченной объяснительной силой. Автор проанализировал теории нейронных коалиций (ТНК), селекции нейронных групп (ТСНГ), глобального рабочего пространства (ГНРП) и интегрированной информации (ТИИ).
Credit: К.В. Анохин / Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 2021
На примере гипотезы Дехана и Шанже о глобальном нейронном рабочем пространстве можно убедиться в наличии или отсутствии в теории сознания соответствия всем вышеназванным критериям. Эта теория отвечает на вопрос «что» (глобальная нейронная активность), «когда» (в момент внешней или внутренней стимуляции) и «где» (лобно-теменная сеть). Теория также адресуется к процессам развития сознания после рождения ребенка, но не уделяет внимания эволюционному становлению сознания, развитию его нервных основ у плода, а также специфическим механизмам обучения и памяти. Наконец, из теории не ясно, а «кто» же именно генерирует и управляет сознательным состоянием, «кто» воспринимает когнитивную информацию.
Аналогичные пробелы имеют и все другие разобранные теории. Вот и оказывается, что к 2021-му году мы пока не можем объяснить сознание с помощью существующих гипотез, связывающих нейронную активность мозга с информацией и субъективным опытом. Ученый в своей работе отмечает, что необходима такая новая теория мозга, которая не только ответит на вышеназванные вопросы, но и позволит предсказывать состояния сознания.
В заключении своей статьи автор предлагает ряд стратегических шагов, направленных на создание такой теории:
Следуя этой стратегии, ученые разных специальностей смогут совместно сделать следующий шаг в изучении «трудной проблемы сознания». И, возможно, именно вы (да, вы, читатель) являетесь тем человеком, кто сможет помочь движению по этому пути.
Текст: Никита Отставнов
Когнитом: в поисках фундаментальной нейронаучной теории сознания. К.В. Анохин. (2021). Журнал высшейнервной деятельности им. И.П. Павлова
Making the hard problem of consciousness easier by Lucia Melloni, Liad Mudrik, Michael Pitts and Christof Koch. (2021). Science
