Текст:Марко Альтамирано:Где мой рассудок?

Где мой рассудок? Взлеты и падения клаустры олицетворяют охоту за сознанием в мозгу.

Where Is My Mind? The rise and fall of the claustrum epitomizes the hunt for consciousness in the brain.

Автор:

Марко Альтамирано и Брайан Н. Матур 
Marco Altamirano, Brian N. Mathur

• Nautil.us

Дата написания:

19 декабря 2019

Переводчик:

Google

Язык перевода:

русский

Предмет:

Нейробиология

О тексте:

Фрэнсис Крик привнес в нейробиологию сверхъестественную способность определять функции биологической системы, изучая ее структуру. Он хотел сделать для сознания то, что ему удалось сделать для развития жизни, с помощью ДНК: показать, что наша внутренняя жизнь имеет полностью материальную основу.
Марко Альтамирано - писатель из Нового Орлеана, автор книги «Время, технологии и окружающая среда: очерк философии природы».
Брайан Н. Матур - нейробиолог из Медицинской школы Университета Мэриленда.

В 1976 году Фрэнсис Крик прибыл в Институт Солка в Ла-Хойя, Калифорния, откуда открывался вид на Тихоокеанский Шангри-Ла с небом из сахарной ваты и сияющим сине-зеленым морем. Он уже получил Нобелевскую премию за совместное открытие двойной спиральной структуры ДНК, раскрывающей основу жизни как чисто физический, а не мистический процесс. Он надеялся сделать то же самое с сознанием. «Если материя была достаточно странной, чтобы объяснить жизненный код существа, — подумал он, — может быть, это достаточно странно, чтобы объяснить и разум существа».

Для чего-то, с чем каждый сталкивается каждый день, сознание не кажется такой огромной загадкой, как происхождение Вселенной. Это просто, что трудно себе представить, как субъективное переживание может возникнуть из основных физических элементов, таких как атомы и молекулы. Похоже, в этой истории должно быть что-то большее. Поэтому неудивительно, что веками люди верили, что сознание является функцией души, находящейся далеко за пределами досягаемости науки. Следовательно, сознание стало сильнейшим аргументом в пользу витализма, идеи о том, что жизнь зависит от нематериальных или нефизических сил. Крик, на протяжении всей жизни защитник материализма, был абсолютно полон решимости, когда он прибыл в Калифорнию, чтобы развеять это понятие из сознания и проложить путь к его решению.

За последние 30 лет своей жизни он совершил революцию в нейробиологии с помощью молекулярной биологии, бросив вызов самым ярким умам в этой области, обычно за чаем, и опубликовал работы по своей «удивительной гипотезе» о том, что сознание возникает только из мозга. На смертном одре в 2005 году Крик вместе со своим другом и коллегой Кристофом Кохом опубликовал заключительную статью «Какова функция клауструма?», Которая возобновила поиск физического местоположения сознания в мозгу. Он предложил клауструм, набор нейронов, по совпадению имеющий форму гамака, в качестве очага сознания, потому что он получает «входные данные почти из всех областей коры и проецируется обратно почти во все области коры», морщинистую поверхность мозга, отвечающую за это. для осознанных качеств от ощущений до личности. Многообещающая идея будет способствовать дальнейшим исследованиям природы сознания и обольстительной роли клауструма, которые продолжаются и сегодня.

Клаустрам — далеко не первая часть мозга, которую можно выделить как вместилище сознания. Первая гипотеза была высказана в середине 17 века Рене Декартом, который, как известно, утверждал, что «душа занимает свое главное место в маленькой железе, расположенной в середине мозга», а именно в шишковидной железе. Проблема, которую пытался решить Декарт, заключалась в том, как душа (или разум), которую он рассматривал как полностью отделенную от тела, тем не менее взаимодействует с ним. Легко представить, как взаимодействуют материальные тела, такие как шары для боулинга и кегли, но мысли не кажутся материальными. Трудно представить, чтобы они занимали какое-либо пространство или применяли силу — так как же что-то, казалось бы, нематериальное взаимодействует с материей? Как употребление мартини влияет на наши мысли?

Чтобы решить эту проблему, Декарт позаимствовал понятие «духи животных» у древнегреческого врача Галена. Духи животных, как полагал Декарт, были психофизиологическими посланниками в крови, которые могут записывать физические ощущения, одновременно подавая сигналы, которые разум интерпретирует как сознательные восприятия. Он назначил шишковидную железу центром для этих полументальных, полуматериальных духов-посланников, которые взаимодействуют между собой и излучают по всему телу. Гипотеза Декарта может показаться экстравагантной, но она привнесла сознание в область науки, как бы в механизм тел, открыв дверь, которая в конечном итоге привела к Крику.

На мгновение показалось, что клаустр действительно был тем, что подозревал Крик: центром сознания.

Альтернативы шишковидной железе не предлагали еще 200 лет. В 1835 году немецкий физиолог Иоганнес Мюллер назначил очагом сознания продолговатый мозг — часть ствола мозга, которая регулирует поток богатых кислородом клеток крови к остальной части мозга. Хотя это своего рода источник энергии для мозга, с современной точки зрения, продолговатый мозг не имеет отношения к сознательным функциям более высокого порядка. (Теперь известно, что мозговой мозг отвечает за непроизвольные функции, такие как рвота и чихание, вряд ли определяя аспекты человеческого опыта.)

Идея о том, что центр сознания в мозге каким-то образом должен быть центром нейронной активности в мозгу, была посеяна в 19 веке английским физиологом Уильямом Б. Карпентером. Он обнаружил сознание в таламусе, в середине мозга. Даже сегодня роль таламуса в сознании остается в значительной степени предположительной, но непреходящее наследие Карпентера заключалось в понимании того, что сознание — это эмпирическое единство, а не какофония несвязанных восприятий, и что нейронное происхождение сознания должно обладать способностью производить это единство. путем интеграции функций высшего порядка (таких как мысль, эмоции и действие) с сенсорными способностями низшего порядка.

Спустя столетие работы Карпентера были подтверждены новаторским канадским нейрохирургом американского происхождения по имени Уайлдер Пенфилд. Пенфилд лечил пациентов с тяжелой эпилепсией, поражая участки мозга, вызывающие припадки, и он понял, что может функционально отображать определенные движения или восприятия в определенных областях коры головного мозга, которая распространяется по всей поверхности мозга. Но его карта коры головного мозга представляла проблему географии мозга, ускользавшую от Карпентера: как могут удаленные и, казалось бы, разрозненные области обработки сенсорной информации генерировать единый опыт сознания? Решение не казалось ожидаемым.

То есть до Фрэнсиса Крика. У него была сверхъестественная способность представить себе функцию биологической системы, глядя на ее структуру. Крик искал нейронную структуру, способную интегрировать информацию из отдаленных областей коры головного мозга. Десятилетия детальных нейроанатомических исследований направили его к одной области мозга, которая удовлетворяла всем его критериям: клауструм. Двунаправленно связанный, пожалуй, с каждой областью коры, клауструм похож на Центральную станцию ​​мозга. Аналогия Крика заключалась в том, что если разные области коры головного мозга, обрабатывающие различные сенсорные модальности (зрительные, слуховые, соматосенсорные и т. Д.), Были музыкантами в оркестре, то клаустр был дирижером, следящим за тем, чтобы каждый вовремя брал нужные ноты. Его аргумент был простым, элегантным и убедительным.

Спустя десятилетия, прошедшие с тех пор, как Крик обратил внимание на клауструм, ученые поспешили собрать данные об этой загадочной области мозга. В 2014 году исследование пациента с эпилепсией в Университете Джорджа Вашингтона показало, что электрическая стимуляция возле клаустры приводила к немедленной потере сознания, хотя пациент приходил в сознание, как только стимуляция прекратилась. А в 2017 году исследователи из Института Аллена обнаружили, что клауструм содержит нейроны, которые охватывают весь мозг, как «терновый венец», подтверждая гипотезу о том, что это массивный интегратор и проводник активности всего мозга. На мгновение показалось, что клаустр действительно был тем, что подозревал Крик: центром сознания.

Эта область теперь стоит на краю пропасти новых проверяемых теорий сознания.

Но если клаустр не порождает сознание, что он делает? Немецкое исследование обезьян, проведенное в 2010 году, показало, что нейроны клаустры были возбуждены существенными изменениями в их сенсорной среде, такими как внезапный крик другой обезьяны. Основываясь на этом результате, исследование изображений всего мозга человека, проведенное в 2019 году Университетом Мэриленда, показало, что клаустр активируется, когда люди начинают задачу, требующую комплексного внимания. Эти последние два исследования, по-видимому, указывают на то, что клауструм, хотя и не отвечает за базовое сознание, тем не менее может играть неотъемлемую роль в когнитивно сложных задачах, которые могли бы, по крайней мере косвенно, поддержать идеи Крика.

Хотя клаустр не может быть средоточием сознания, он все же может быть для него чем-то вроде шофера. Приматы, особенно люди, могут быть на удивление рассеянными: мы часто почти не осознаем, как добираемся до работы, пока не свернем не туда, и внезапно наше внимание привлекает сенсорный мир. Навигационные привычки позволяют приматам эффективно выполнять множество задач на автопилоте до тех пор, пока не появятся непредвиденные изменения, которые стимулируют когнитивный спрос, разжигая клауструм. Как возможная функция клаустры, подобная когнитивному контролю, связана с сознанием, остается предметом споров.

В октябре Общество исследования клауструма собралось в Чикаго, где Кох из Института Аллена и один из нас, Брайан Н. Матур, провели открытую, хотя и нерешенную дискуссию о том, в какой степени клауструм может вести сознание. На последующем собрании Общества нейробиологии новые предварительные данные подтолкнули к пересмотру таламуса как возможного нейронного коррелята сознания. Эти данные, казалось бы, помещают центр сознания в другую структуру, но теперь нейробиологи в значительной степени подозревают, благодаря Карпентеру и Крику, что любой нейронный коррелят сознания функционирует как часть более широкой динамической нейронной сети.

Например, Бернард Баарс, разработавший теорию глобального рабочего пространства, утверждает, что сознание не возникает из единого анатомического центра, как клаустр. Вместо этого он возникает из сложной сети функциональных узлов, работающих вместе в своего рода формате нейронных «облачных вычислений».

Джулио Тонини из Университета Висконсин-Мэдисон предлагает еще один интересный подход . Интегрированная теория информации итальянского нейробиолога (IIT) утверждает, что нейронная активность субъекта связана с определенными сознательными переживаниями, такими как чтение газеты или прогулка по окрестностям. Гипотеза состоит в том, что чем больше областей мозга стимулируется одновременно, тем более интегрирована сенсорная, эмоциональная и когнитивная информация и, следовательно, тем более сознательным является организм.

Клауструм может не быть вместилищем сознания, но он все же может быть для него чем-то вроде шофера.

IIT поддерживается и даже количественно оценивается методом, разработанным Тонини и Массимини в 2013 году, который дает индекс пертубационной сложности (Pertubational Complexity Index — PCI). PCI включает стимуляцию (то есть функциональное нарушение) определенных частей коры, что вызывает реакцию остальной части коры, которую отображает и измеряет PCI. У спящих субъектов реактивная активность ограничена, но у сознательных субъектов активность значительно более распространена и сложна. Тонини утверждает, что измерение этой активности является измерением самого сознания, что позволяет ему, возможно, определить, действительно ли невосприимчивые пациенты находятся в вегетативном состоянии или в сознательном состоянии, но не могут общаться.

Методология IIT великолепна, но есть что-то вроде концептуальной ловкости рук, когда она отождествляет сознание с нейронной активностью. Хотя можно измерить паттерны нейронной активности и сопоставить их с определенными сознательными переживаниями, этого логически недостаточно, чтобы утверждать, что такие измерения являются самим сознанием, tout court . Концептуально, по крайней мере, утверждает, что активные нейронные паттерны сознание равносильно указывая на карту мира штукатурки на стене и сказал: «Это является Копенгагеном.»

Тем не менее, стремясь преодолеть разрыв между нейронной активностью и разумом, исследователи, использующие IIT, теперь применяют алгоритмы машинного обучения для корреляции данных PCI с причинными отпечатками пальцев сознания. В результате эта область теперь стоит на краю пропасти новых проверяемых теорий сознания. Но нейробиологи все еще должны бороться с основными вопросами, которые не давали покоя науке о сознании со времен Декарта; а именно, что такое сознание и как мы можем изучать его с помощью мозга?

Некоторые философы воображают, что мозг производит сознание, как желудок вырабатывает ферменты или желчный пузырь выделяет желчь. (Это не так.) Но желание ограничить сознание таким механистическим описанием представляет собой своего рода проблему: хотя легко локализовать аппараты для различных частей сознательного опыта, скажем, запаха обеда или расстояния до объекта. стола или музыки из радио, само сознание не предлагает такого разбитого зеркала опыта — это согласованный, единый опыт всего тела в окружающей среде — например, связь между мозгом и кишечником важна для сознательных эмоций.

Возможно, когда-нибудь удастся воспроизвести нечто, приближающееся к динамике сознательной системы in silico, и создать роботов, о которых мечтали в научной фантастике. Или, как теперь поразительно предполагает Кох, может быть так, что дуализм между разумом и материей является препятствием для локализации сознания в мозгу, и эта материя каким-то образом уже переживает себя. Идея панпсихизма, объединяющая витализм и материализм — фундаментальная материя, имеющая элементы сознания, — по общему признанию странная, но, опять же, то же самое и сознание. И каким-то странным образом это подтверждает подозрение Крика в том, что этот вопрос сам по себе достаточно ослепителен, чтобы его объяснить.