Человеческое сознание может быть эффектом энтропии, предполагает исследование
Новое исследование позволяет предположить, что сознание может быть следствием эффекта энтропии — физического процесса, в результате которого беспорядок в любой системе может только увеличиваться, и с помощью которого мозг максимизирует обмен информацией. Этот вывод был сделан на основе анализа мозговой активности пациентов с эпилепсией и без нее, показавшего, что нормальные (или осознанные) состояния бодрствования связаны с максимальными значениями энтропии.
В термодинамике энтропия — это неизбежный переход системы из упорядоченного состояния в неупорядоченное. Величина энтропии — это уровень дезорганизации данной системы. Физики предполагают, что после Большого взрыва Вселенная постепенно перешла из состояния с низкой энтропией в состояние с высокой энтропией и что, как и время, энтропия в системе может только возрастать. Нейробиологи, в свою очередь, считают, что этот принцип можно перенести на организацию связей между нашими нейронами.
Вопрос в том, какой тип организации нейронов лежит в основе синхронизации, наблюдаемой в нормальных и ненормальных состояниях бодрствования. Этим вопросом и занялись исследователи из Университета Торонто и Университета Париж Декарт. "Мы стремились определить глобальные характеристики организации мозга, оптимальные для сенсорной обработки информации и способные определять возникновение сознания", — поясняют они в своем исследовании, опубликованном в журнале .
Наблюдения за деятельностью мозга у человека показали, что она подвержена значительным колебаниям на уровне клеточных взаимодействий. Считается, что эта изменчивость лежит в основе широкого спектра состояний, включая сознание. С другой стороны, предыдущие работы по изучению работы мозга показали, что состояние сознания не обязательно связано с высокой степенью синхронизации между нейронами, а скорее со средним уровнем. Ученые в новом исследовании выдвинули гипотезу о том, что в этом состоянии максимальна не связность нейронов, а количество конфигураций, при которых может быть достигнута определенная степень связности.
Состояние сознания = высокая энтропия?
В рамках своего анализа ученые использовали статистическую механику, применив ее к моделированию нейронных сетей. Этот метод позволяет рассчитать сложные термодинамические свойства. К таким свойствам относится то, как электрическая активность одного набора нейронов колеблется синхронно с активностью другого набора. Такая оценка позволяет точно определить, как связаны между собой клетки мозга.
По мнению исследователей, существует множество способов организации синаптических связей в зависимости от размера набора нейронов. Для проверки гипотезы были собраны данные об эмиссии электрических и магнитных полей у 9 человек. Среди них 7 человек страдали эпилепсией. Во-первых, оценивались и сравнивались паттерны связности, когда одни добровольцы спали, а другие бодрствовали. Во-вторых, были проанализированы связи 5 пациентов с эпилепсией, как во время приступов, так и в обычном бодрствующем состоянии. Затем эти параметры были объединены для расчета уровня энтропии мозга. Результат оказался одинаковым во всех случаях: в состоянии сознания мозг обладает более высокой энтропией.
По мнению исследователей, максимизируя энтропию, мозг оптимизирует обмен информацией между нейронами. Это позволяет нам оптимально воспринимать окружающую среду и взаимодействовать с ней. Что касается сознания, то, по их мнению, оно может быть просто возникающей характеристикой, являющейся следствием энтропии. Однако эти выводы пока носят весьма спекулятивный характер из-за недостатков исследования, таких как небольшое число участников. По мнению ведущего автора исследования Рамона Гевара Эрра из Парижского университета Декарта, термин "энтропия" в данном контексте вообще следует употреблять с осторожностью.
Для реального подтверждения полученных результатов необходимы новые эксперименты на более крупной выборке. Другие термодинамические характеристики можно оценить с помощью магнитно-резонансной томографии, которая позволяет измерить оксигенацию — свойство, напрямую связанное с метаболизмом и, следовательно, с выделением тепла (а значит, и с увеличением энтропии). Исследования, проводимые вне больничных условий, также были бы интересны для оценки состояний сознания, связанных с более тонкими видами когнитивного поведения. Например, можно проанализировать активность мозга людей, выполняющих определенную задачу, такую как прослушивание или воспроизведение музыки.