Нейрональный субстрат глобального рабочего пространства сознания в мозге остается неясным. Баарс предполагает, что в нем есть как минимум два компонента: сенсорная кора, где стимулы представлены как паттерны активации коры; и активность ретикулярной формации и таламуса. Объединив их, можно получить следующую картину: сенсорную активность коры можно связать с таламусом посредством таламокортикальных петель обратной связи. У таламуса в свою очередь есть массивные связи со всей корой, а также с подкорковыми механизмами. Возможно, в этой системе совокупности нейрональной активации получают широкий доступ – так что, возможно, это и есть нейрональное глобальное рабочее пространство.

Несколько другую теорию рабочего пространства выдвинули французские нейробиологи Станислас Дехен, Лионель Наккаше и Жан-Пьер Шанже. Они считают, что нейрональное глобальное рабочее пространство (НГП) (NGW – neural global workspace) основано на кортикальных нейронах «рабочего пространства», которые создают дальние и обширные связи в коре. Такие нейроны особенно часто находят в определенных слоях коры (пирамидные нейроны кортикальных слоев 2 и 3). Идея состоит в том, что активность в этих слоях коррелирует с сознанием. Таких нейронов рабочего пространства особенно много в префронтальной коре, но они есть и во многих других областях мозга. Система НГП анатомически четко не очерчена, потому что в разное время в рабочее пространство мобилизуются разные популяции нейронов.

Для мобилизации – или участия в формировании содержания сознания – нужна длительная активность определенного типа. Во-первых, сам модульный процессор должен быть внутренне активен. Затем он отправляет результаты обработки (восходящие сигналы) к НГП, а активные нейроны рабочего пространства отсылают назад нисходящие сигналы, которые повышают активность и усиливают сообщения. Такая двусторонняя активация создает самоусиливающийся, самоподдерживающийся цикл нейрональной активности, поставляющий то или иное содержание в поток сознания. В отличие от первоначальной модели, предложенной Баарсом, эта модель рабочего пространства делает акцент на активности коры мозга и не отводит решающей роли таламокортикальным петлям активности. Активность нейрональных ансамблей, предполагаемая теорией NGW, тесно связывает сознание с нисходящим селективным вниманием и рабочей памятью – возможно, настолько тесно, что сознание становится почти идентичным вниманию и рабочей памяти.

Нейробиологическая теория (Крик и Кох)

Теория глобального рабочего пространства Баарса была опубликована в 1988 году, а спустя всего два года, в 1990 году, Фрэнсис Крик и Кристоф Кох предложили еще одну теорию сознания, получившую большое влияние. Впоследствии они развивали свой подход к сознанию в серии статей, до самой смерти Фрэнсиса Крика в 2004 году. Принимая во внимание, что подход Баарса почти полностью «когнитивен», Крик и Кох подходят к сознанию с точки зрения нейронауки и в своей довольно известной статье «К нейронаучной теории сознания» (1990) утверждают, что нейронауке пора начать серьезно относиться к сознанию. Благодаря этому весьма своевременному манифесту двух уважаемых, серьезных представителей нейронауки сознание быстро стало популярной темой исследований в нейронауке.

К их словам отнеслись серьезно, не в последнюю очередь благодаря репутации Фрэнсиса Крика – одного из самых известных ученых 20-го столетия. В 1953 году, вместе с Джеймсом Уотсоном, он обнаружил двойную структуру спирали ДНК, тем самым открыв «тайну жизни», и в 1962 году получил за это Нобелевскую премию. В 80-х годах Крик стал все чаще обращаться к когнитивной нейронауке и опубликовал несколько статей, посвященных нейрональным механизмам в фазе «быстрого сна» и таламическим механизмам внимания. Затем, в конце 80-х годов, он объединил усилия с молодым нейробиологом Кристофом Кохом, и их совместная работа вошла в историю исследований сознания.

Крик и Кох предложили даже не теорию, а общий подход или программу исследований сознания. Они считали, что на данном этапе не стоит пытаться давать точные определения сознанию, потому что это невозможно. Нейронауке не нужно стремиться первым делом объяснить квалиа; к этому можно будет вернуться позже. Нейробиологи могут и должны, утверждают Крик и Кох, сосредоточиться на поисках нейрональных коррелятов сознания, определяемых как минимальный набор механизмов мозга и событий, достаточных для возникновения тех или иных феноменальных состояний. В конечном счете, если феномен сознания вообще удастся объяснить, это будет сделано в терминах нейронауки.

Сенсорная кора содержит то, что Крик и Кох называют сущностными узлами ( essential nodes ) . Это популяции нейронов, отвечающие за один особый аспект сенсорного восприятия, скажем, за цвет воспринимаемого объекта. Таким образом, сущностные узлы – необходимая нейрональая основа квалиа. Но узел не может создавать квалиа сам по себе, даже если его нейроны, как сумасшедшие, отправляют импульсы во все стороны. Узел должен быть связан с более широкой сетью, которая называется коалицией нейронов. Коалиция – это набор нескольких сущностных узлов в более обширной сети. Только тогда, когда коалиция становится активной как единое целое, синхронизируя активность нейронов всех ее членов, возникает перцептивная репрезентация, способная войти в сознание.

Однако для формирования коалиции нейрональные проекции из сенсорных областей, расположенных в задней части мозга (где расположены узлы), должны поступать в области, связанные с вниманием и расположенные в передней части мозга, и получать от них соответствующую обратную связь. Только такая нисходящая обратная связь может повысить уровень активности коалиции выше критического порога на достаточно длительный период времени, чтобы эта коалиция победила в конкуренции. Нисходящее внимание, таким образом, можно считать механизмом, помогающим коалиции внутренне синхронизироваться и выиграть конкуренцию за доступ к сознанию. Такой механизм обратной связи для сознания весьма напоминает теорию рабочего пространства, описанную выше.В первой версии своей теории Крик и Кох предложили знаменитую гипотезу 40 Гц. Она описывает, как создаются нейрональные ансамбли, возникающие в сознании:

...

В 1990 году мы с Фрэнсисом утверждали, что синхронизированные колебания частотой 40 Гц в пределах подмножества нейронов, которые соответствуют воспринимаемому объекту, являются свидетельством НКС. Другими словами, содержание сознания может быть идентифицировано, в этот момент, активностью набора нейронов переднего мозга, работающих по принципу спайк-пауза [11] с периодичностью в 20–30 миллисекунд (Кох, 2004, p. 45).

Гипотеза специфичности 40 Гц активности (также известная как гипотеза гамма-активности [12] ) вызвала большой энтузиазм и интерес в научных кругах, потому что это была первая конкретная, эмпирически тестируемая идея нейрональных механизмов сознания. Стали появляться данные, поддерживающие эту идею (Engel & Singer, 2001), но также стало ясно, что эта гипотеза слишком упрощена. Очевидно, иногда возможна 40 Гц синхронизация при отсутствии сознания (это показывает, что ее недостаточно для НКС), и иногда возможно сознание без синхронизации в 40 Гц (это показывает, что она также не является необходимой). Поэтому позже Крик и Кох отклонили гипотезу 40 Гц:

...

Сегодня мы с Фрэнсисом уже не считаем, что синхронизированные импульсы – достаточное условие для НКС… Как только коалиция выиграла конкуренцию и мы начинаем осознавать те или иные свойства объектов, коалиция уже может обходиться без помощи синхронизации… Таким образом, синхронизированные колебания, вероятно, чаще всего возникают на ранних стадиях восприятия, но необязательно на более поздних (Koch, 2004, p. 46)

Сознание действует по принципу « победитель получает все », и выигравшая коалиция создает актуальное содержание сознания. При этом она «вербует» нерйрональные ансамбли по всей коре, в таламусе и в других сетях. В дополнение к НКС, победившая коалиция также активирует контекст , фон , или « полутень » в НКС. Этот фон включает в себя то, что иногда называют «краем» сознания, «феноменальным фоном» или «периферийным осознанием»: ассоциации, воспоминания, ожидания и планы на будущее, связанные с содержанием НКС, но не являющиеся его частью. Такое контекстуальное содержание может быть очень близким к порогу или к поверхности сознания и способно ненадолго войти в содержание сознания. Фон помогает интерпретировать более широкий смысл переживаний, поместив их в соответствующий контекст.