Зависимые отношения могут лечь в основу программы неврологических исследований сознания. На основании принципа ковариации исследователи в области когнитивной нейронауки считают, что каждый субъективный феномен в сознании обязательно должен коррелировать с какими-то объективными неврологическими явлениями в мозге. Поэтому имеет смысл попытаться обнаружить с помощью объективных измерений все, что только возможно, о нейроанатомических и нейрофизиологических деталях единения сознания и мозга.

Что же мы имеем в виду, когда говорим, что события двух разных типов коррелируют друг с другом? Если два события коррелируют, они обычно происходят одновременно. Если одно из них появляется, исчезает, качественно или количественно изменяется, то же самое происходит и с другим событием, примерно в то же время. Поэтому возможно обнаружить, с помощью объективного измерения деятельности мозга, какие неврологические события точно коррелируют с теми или иными событиями в сознании. Это был бы первый разумный шаг к созданию теории отношений между сознанием и мозгом, основанной на эмпирических данных. Поэтому поиск нейрональных коррелятов сознания стал основным подходом к исследованиям сознания в нейронауке.

Долгосрочная цель таких исследований – выяснить, какие же неврологические события коррелируют с теми или иными состояниями и содержанием сознания. В конечном счете такие исследования должны определить, каковы минимальный достаточный объем нейронов или активность нервной системы, которая обязательно сопровождает то или иное осознаваемое переживание. Это стандартное определение концепции «нейрональных коррелятов сознания» (или НКС) (Кох, 2004).

Чтобы достичь этой цели и обнаружить НКС, необходимо описать как характер осознаваемых событий, так и характер событий в мозге, а затем попытаться соединить эти описания с помощью подробного словаря или карты. Во-первых, чтобы по отдельности изучать корреляты каждого типа феноменов сознания, необходимо создать таксономию или подробную классификацию различных уровней и содержания сознания. Во-вторых, нужно разработать эксперименты, в которых нейрональные корреляты сознания каждого типа можно было бы измерить независимо от других типов. В когнитивной нейронауке активно проводятся такие исследования.

Глава 7

Методы и эксперименты в сфере НКС

Введение: как разработать эксперимент по исследованию НКС

Методы функциональной томографии мозга: фМРТ и ПЭТ

Электромагнитное исследование мозга с помощью ЭЭГ и МЭГ

Выводы

Вопросы для обсуждения

Введение: как разработать эксперимент по исследованию НКС

Основной принцип, лежащий в основе экспериментов НКС, очень прост. Если вы хотите обнаружить нейрональные корреляты осознанного состояния или содержания сознания, следует разработать эксперимент, где есть два разных условия. Одно называется контрольным (или базовым ) условием. При этом условии состояние сознания, или содержание сознания, полностью отсутствует в психике испытуемого. Это условие служит нейтральной базовой линией , которому противопоставляется другое условие. Другое условие называется экспериментальным : определенное состояние сознания, или содержание сознания, четко присутствует в психике испытуемого. В идеале все остальные параметры одинаковы или не меняются в обоих условиях: единственное отличие – наличие или отсутствие содержания в сознании испытуемого.

Такая схема создает необходимую управляемую вариативность на уровне феноменов сознания. Чтобы получить информацию об одновременных событиях в мозге, активность мозга испытуемого нужно измерить тем или иным способом. Самые распространенные методы измерений можно разделить на две группы: методы функциональной томографии мозга и электромагнитное исследование мозга .

Методы функциональной томографии мозга: фМРТ и ПЭТ

Методы функциональной томографии мозга включают функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) и позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ). В экспериментах с НКС раньше использовались оба метода, но сейчас фМРТ используется чаще, потому что он дешевле и проще. При фМРТ испытуемый находится в специальной капсуле, где создано сильное статическое магнитное поле, и его мозг бомбардируют короткие последовательности высокочастотных (радиочастотных) электромагнитных импульсов. Магнитное поле и импульсы как таковые безопасны для мозга, но сочетание магнитного поля и импульсов влияет на субатомные частицы (протоны) в ядрах атомов водорода в мозге, побуждая их «отражать» эти импульсы. Такое «эхо» можно зарегистрировать с внешней поверхности головы испытуемого.

Сигналы «эха» отражают точное расположение и магнитные свойства различных биологических тканей и структур мозга. Обычный или структурный фМРТ со здает трехмерное анатомическое изображение мозга в высоком разрешении; фМРТ, кроме этого, отражает изменения в количестве свежей, наполненной кислородом крови в мозге. Это называется BOLD-сигналом (то есть «сигналом, зависящим от уровня кислорода в крови (Blood Oxygen Level Dependent)»). Свежая кровь быстро поступает в те области мозга, где увеличивается активность нейронов, и изображение косвенно отражает, в каких областях мозга растет нейроэлектрическая активность нейронов. Таким образом, в НКС-исследованиях с помощью метода фМРТ, сравнивая различия в деятельности мозга в экспериментальных и контрольных условиях, можно видеть, в каких областях мозга нейроны стали более активными, отражая изменения, происходящие в сознании.

Минимальное время, в течение которого описывается отдельное изображение, называют временны м разрешением . Нужно несколько секунд, чтобы кровоток среагировал на всплеск локальной нейрональной активности; таким образом, в лучшем случае фМРТ отражает изменения в активности мозга с задержкой примерно в 5–10 секунд. Первые изменения в сигнале фМРТ возникают через несколько секунд после начала возбуждения, но реакция фМРТ достигает максимума примерно через 10 секунд после начала активации.

Это означает, что у фМРТ относительно невысокое временно е разрешение) . Активная интеллектуальная обработка и нейрональная активность происходит в первые две секунды после начала возбуждения, но фМРТ слишком медлительна, чтобы точно увидеть, что происходит. Наоборот, пространственное разрешение фМРТ относительно высоко. Пространственное разрешение – это минимальный размер элемента изображения (он называется «пикселем», или «voxel») в отдельной области изображения с точки зрения количества полученных сигналов (они интерпретируются как «активность мозга»). Пространственное разрешение изображений фМРТ составляет около 2–3 мм2.

В исследованиях по методу ПЭТ радиоактивные изотопы, испускающие позитроны, присоединяются к заранее выбранным исследователем молекулам (например, радиоактивный кислород присоединяется к молекуле воды H2O, что создает радиоактивную воду), а затем поставляются в кровоток испытуемого. Оттуда радиоактивные молекулы быстро распространяются по всему телу, и в том числе попадают в мозг. Радиоактивные изотопы непостоянны и распадаются с известной скоростью, испуская позитроны. В мозге позитроны сталкиваются с электронами, обе частицы уничтожаются и превращаются в энергию в форме двух гамма-лучей, исходящих из мозга в прямо противоположных направлениях.

ПЭТ-устройство – это кольцо датчиков гамма-лучей, которое надевают на голову испытуемого. Оно обнаруживает гамма-лучи, исходящие из мозга, и на их основании вычисляет, в каких областях мозга находились молекулы с радиоактивными элементами в момент распада. В зависимости от того, какие молекулы используются (воды, глюкозы, производные дофамина и т. д.), их распределение в мозге отражает определенный аспект метаболизма или активности мозга (например, кровотока, метаболизма глюкозы или взаимодействия нейромедиаторов). В большинстве НКС-экспериментов с использованием ПЭТ маркером для кровотока была радиоактивная вода.