Ослабление обработки звуковых сигналов «сверху вниз» — от высших областей мозга к низшим — может служить индикатором бессознательного состояния.
©USAF, J.M. Eddins Jr.
Во время сна мозг продолжает воспринимать и обрабатывать информацию, но делает это в корне иначе, чем при бодрствовании. Возможно, именно эти различия лежат в основе феномена сознания. На это указали и уникальные эксперименты, проведенные в Тель-Авивском университете. Отслеживая активность отдельных нейронов, ученые обнаружили, что мозг спящего воспринимает звуки как обычно, однако высших его областей они не достигают. Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience.
Чтобы наблюдать активность нейронов головного мозга с высоким разрешением, к ним надо подвести тонкие электроды, что требует небезопасного хирургического вмешательства. Разумеется, ради «научного интереса» такую операцию не проводят, поэтому ученые часто обращаются к помощи людей, которым она назначается по медицинским показаниям. Имплантацию электродов проводят больным эпилепсией, если снять приступы другими способами не удается. С такими добровольцами экспериментировали Юваль Нир (Yuval Nir) и его коллеги.
Они отслеживали активность мозга у 13 добровольцев с тяжелой эпилепсией, которым ранее были имплантированы электроды, во время сна — как полноценного ночного, так и краткого дневного, — и в разные его фазы. Осторожные эксперименты продолжались восемь лет, пока авторы работы набирали данные об активности примерно 700 отдельных нейронов в ответ на звуки, которые проигрывались спящим. Эта активность сопоставлялась с записями, сделанными в периоды бодрствования добровольцев.
«Мы были удивлены, обнаружив, что реакция мозга во сне оказалась намного сильнее и богаче, нежели ожидалось, — говорит Ханна Хайят (Hanna Hayat), один из авторов работы. — Более того, этот яркий ответ распространялся на разные регионы коры. Сила его была такой же, как при бодрствовании, за одним важным исключением: уровень активности альфа-бета волн».
Напомним, в электрической активности головного мозга выделяют колебания, характерные для разных его состояний. Бета-волны связаны с обычным бодрствованием, при котором мы наблюдаем и действуем; альфа-волны — с расслабленностью и покоем, гамма-волны — с сосредоточенным решением задач. Все они отражают сознательное бодрствующее состояние, при котором в мозге идет двунаправленная обработка сенсорной информации.
Помимо движения сигналов «снизу вверх», от рецепторов к высшим областям мозга, существует поток «сверху вниз». Высшие области, опираясь на прошлый опыт и контекст происходящего, модулируют работу низших, помогая им выделять важные детали и отбрасывать несущественные. Когда мозг проявляет подобную активность, гамма-волны усиливаются, а альфа- и бета-, наоборот, ослабевают. Подобная десинхронизация отмечена при внимательной обработке мозгом сенсорных стимулов.
Новые эксперименты показали, что во сне десинхронизация резко ослабевает. Интенсивность гамма-волн, создаваемых звуковым стимулом, остается довольно высокой, однако альфа- и бета- почти не реагируют на него. Такая разница резко отличает бодрствование от сна. По-видимому, она показывает, что звуковые сигналы продолжают поступать и обрабатываться мозгом, но не достигают высших областей коры и не попадают в сознание.
Авторы работы замечают, что прежде подобный эффект был продемонстрирован у людей под анестезией. Возможно, он позволит лучше разобраться в природе сознания. Кроме того, ученые считают, что уровень десинхронизации мозговых волн в ответ на звуковые стимулы когда-нибудь будет использоваться в качестве измеримого индикатора «уровня сознания» — например, при той же анестезии во время хирургических операций.
