Лет 10 назад я писал о том, что человечество находится внутри порога Технологической Сингулярности. За ним – состояние науки, в котором новые исследования пересматривают железобетонные аксиомы быстрее, чем мы успеваем моргать. Сегодня же, человечество преодолело этот порог. Новые исследования, определяющие природу сознания, биомаркеры сознания и суть человеческого «Я» кардинально меняют картину мира. И новое исследование, о котором пойдет речь, наглядный тому пример.
Сознание и его паттерны
Итак, ключевым фактором для перевода этого исследования стали две статьи. Первая – материал и интервью Брюса Липтона который описывает сознание и принципы организации клеточных культур через «какой-то единый общий знаменатель». Показывая, что сознание – это не что-то «данное свыше», а некий универсальный процесс, характерный всем видам материи в нашей Вселенной, но в разной закономерности.
Вторая статья вышла буквально на прошлой неделе. В ней поднималась проблема того, что нейробиология буквально неспособна подтвердить наличие сознания у любого объекта, кроме человека.
И вот, исследование в области точной нейропсихологии и клинической неврологии выявило скрытый биофизиологический ритм в глубинах среднего мозга человека, кодирующий активные состояния сознания. Исследование зафиксировало ранее неизвестный паттерн быстрой активности, очагом которой служит таламус человека. Он же, центральный орган мозга, контролирующий как восприятие, так и внимание человека.
С помощью прямой внутричерепной электростимуляции пациентов, по назначению врачей подвергающихся глубокой стимуляции мозга, исследовательская группа выделила высокоспецифическую осцилляцию с частотой от 20 до 45 Герц (Гц). Эта активность возникает исключительно в часы бодрствования, а также во время яркой фазы быстрого сна (REM-сна). И полностью исчезает во время бессознательных циклов медленного сна (non-REM-сна).
Что опять же тонко коррелирует с недавним исследованием о том, что мы видим сны, даже когда бодрствуем, но не замечаем этого.
Ключевые факты
Традиционный раздел, в который сжато умещена вся статья и то, что именно удалось открыть ученым. В тексте приведена всё та же информация, только расписана более подробно. Если нужен результат исследования, то читайте этот раздел и сразу выводы. Если интересует то, «как именно всё это удалось сделать», читайте полный текст статьи.
Страж восприятия. Таламус – глубинная структура в самом центре головного мозга. Работает как центральный переключатель сигналов, который собирает и направляет импульсы по участкам коры мозга. Он служит дверью для человеческого восприятия и внимания. Играя ключевую роль в поддержании сознательного восприятия.
Идентификатор пульсации в диапазоне 20-45 Гц в состоянии бодрствования. Команда Людвига Максимилиана под руководством профессора Тобиаса Штаудигля и доктора Элизабет Кауфманн обнаружила быструю осцилляцию в таламусе. С пульсацией точно в диапазоне частот от 20 до 45 Герц. Этот микроритм действует как абсолютный биологический признак сознательного восприятия. Он возникает когда субъект полностью бодрствует или погружен в интенсивные фазы быстрого сна (REM-сновидения).
Провал в фазе небыстрого сна (Non-REM Blackout). Суть в том, что быстрый ритм 20-45 Гц полностью исчезает во время фаз небыстрого сна, когда прекращается движение глаз, а сознательный контроль значительно ослабевает. Взамен приходят медленные дельта-ритмы головного мозга.
Прямой захват с помощью имплантированных электродов. Поскольку регистрация активности глубоких структур мозга с помощью стандартных поверхностных ЭЭГ крайне затруднительна, исследователи сотрудничали с пациентами с эпилепсией, проходящими терапию глубокой стимуляции мозга. Используя хирургические электроды, имплантированные непосредственно в центральный таламус, ученые и зафиксировали потенциалы поля.
Интеграция мультимодальных данных. Для обеспечения абсолютной диагностической точности ведущий автор, доктор Адитья Чоудхури, объединил записи активности таламуса с внешней поверхностной ЭЭГ, непрерывным отслеживанием движений глаз и микроклассифицированными журналами сна пациентов. Это позволило команде точно отслеживать, как колеблются частоты из глубин мозга секунда за секундой в различных состояниях сознания.
Клинический путь к восстановлению неврологических функций. Изучение этой особенности открывает клинические возможности для оптимизации существующих методов глубокой терапии головного мозга. Благодаря недавно полученному финансированию от Европейского исследовательского совета, лаборатория Людвига Максимилиана продвигается вперед в использовании этого таламусного ритма для картирования, мониторинга и лечения целого ряда сложных неврологических расстройств.
Источник: Thalamic oscillations distinguish natural states of consciousness in humans
Биоритм, характерный для сознания
Исследователи-нейропсихологи из Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана обнаружили ритм в среднем мозге, который служит биофизиологическим индикатором активных состояний сознания.
Таламус – это глубоко расположенная структура в центре головного мозга, которая собирает, упорядочивает и передает сигналы по множеству различных областей мозга. Он функционирует как своего рода «двери» для восприятия и внимания и, как считается, играет ключевую роль в поддержании разных состояний сознания.
В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Human Behaviour, профессор Тобиас Штаудигль (психология, Мюнхенский университет имени Людвига Максимилиана) и его команда в сотрудничестве с доктором Элизабет Кауфман (неврология, Мюнхенский университет имени Людвига Максимилиана) обнаружили ранее неизвестный паттерн быстрой активности в таламусе человека.
Эти быстрые колебания в диапазоне частот от 20 до 45 Герц наблюдаются исключительно в часы бодрствования и во время REM-сна — фазы сна с быстрыми движениями глаз и интенсивными сновидениями. Они полностью отсутствуют во время не-REM-сна, когда глазные яблоки неподвижны, а уровень сознания значительно снижен. В этой фазе сна активность мозга, напротив, определяется более медленными колебаниями.
Из материалов исследования
Измерения с помощью имплантированных электродов
Ученые изучали пациентов, проходящих терапию глубокой стимуляции мозга – это один из протоколов лечения эпилепсии. Терапия включает имплантацию электродов в таламус пациентов для уменьшения количества эпилептических припадков.
С научной точки зрения, это открывает захватывающую и очень редкую возможность напрямую регистрировать нейронную активность в таламусе человека. Регистрация нейронной активности в таких глубоких структурах мозга, как правило, крайне сложна. Так как классический ЭЭГ не может «уловить и отделить» сигнал от глубинных структур.
Результаты исследования основывались на прямой регистрации потенциалов поля в центральном таламусе в сочетании с измерениями поверхностной ЭЭГ, анализом движений глаз и классификацией режимов сна у отдельных пациентов. Это позволило точно отслеживать изменения паттернов колебаний активности таламуса в состоянии бодрствования или в различных фазах сна.
Наши результаты показывают, что центральный таламус играет важную роль в регуляции состояний мозга. В контексте существующих исследований наши результаты демонстрируют, что эта небольшая, глубоко расположенная структура мозга может активно влиять на наши состояния сознания
Доктор Адитья Чоудхури, ведущий автор исследования.
Эти характерные ритмические паттерны можно достоверно отнести к конкретным состояниям, и, следовательно, они потенциально могут служить измеримым биологическим маркером состояний сознания.
Тобиас Штаудигль, соавтор исследования
Природа сознания
Сама по себе активность конкретной части мозга, сопряженная с активным «осознаванием мира», это отличный повод пересмотреть отношение к философии сознания и выделить эдакий «таламус» у нейросетей и/или животных.
На практике у открытия есть и значимая польза.
Более глубокое понимание сигнала, обнаруженного в таламусе, представляет большой интерес с клинической точки зрения. Этот сигнал можно использовать для оптимизации существующих терапевтических подходов. А в долгосрочной перспективе, привести к разработке новых методов лечения других неврологических заболеваний.
Ответы на ключевые вопросы:
В: Почему ученым пришлось заглянуть глубоко в центр мозга, а не просто просканировать мозг обычными инструментами, чтобы найти этот переключатель сознания?
О: Потому что главный коммутатор восприятия, таламус, расположен слишком глубоко под слоями костей, мышц и наружной ткани мозга, чтобы обычное поверхностное оборудование могло его считать. Стандартная ЭЭГ легко улавливает широкие сигналы на уровне поверхности, но полностью пропускает слабые высокочастотные ритмы среднего мозга. Работая с пациентами с эпилепсией, которым уже требовалась хирургическая имплантация глубоких электродов в мозг, исследователи из обошли шум и смогли напрямую прослушать центральный канал восприятия.
В: Почему один и тот же ритм 20-45 Гц проявляется как в состоянии бодрствования, так и во время глубокого сна и сновидений?
О: Потому что сновидения во время фазы быстрого сна (REM-сна) – это на самом деле интенсивное, активное состояние сознания. Даже если ваше тело парализовано в постели, ваш разум активно генерирует яркие переживания, обрабатывает глубокие эмоции и сканирует визуальную среду в вашем воображении. Таламус рассматривает активную жизнь в бодрствующем состоянии и активную жизнь во сне как практически идентичные задачи обработки информации, задействуя одни и те же быстро пульсирующие импульсы частотой 20-45 Гц для обоих случаев.
В: Каким образом выделение крошечного ритма среднего мозга поможет врачам в будущем лечить сложные неврологические заболевания?
О: Это позволяет получить объективную, в режиме реального времени биологическую карту точного состояния сознания пациента. Вместо того чтобы гадать, насколько глубоко неврологическое заболевание повредило когнитивные сети пациента, врачи могут отслеживать этот сигнал с частотой 20-45 Гц. В долгосрочной перспективе клиницисты могут использовать этот сигнал для программирования интеллектуальных, быстро реагирующих имплантатов для глубокой стимуляции мозга, которые автоматически регулируют интенсивность электрических импульсов для восстановления поврежденных нейронных связей сознания.
Свои вопросы вы можете смело оставить в комментариях к статье, и я на них отвечу. Больше переводов новостей – вы найдете в профиле на этом ресурсе.
Связаться напрямую можно или по почте: filipp.donchev@gmail.com
Или в Телеграме
Понимать сильные стороны своих недостатков, улучшать адаптивность и применять знания о мозге на практике – обо всем этом читайте на сайте Neural Hack или в одноименном канале.
ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/articles/1042206/