Новая технология неинвазивной стимуляции мозга может помочь раскрыть тайну сознания
Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) представили новое исследование, в котором описывается, как развивающийся метод стимуляции мозга — транскраниальный фокусированный ультразвук — может предложить возможный путь к разгадке происхождения сознания. Этот метод использует акустические волны для модуляции активности мозга, позволяя ученым неинвазивно воздействовать на глубинные структуры мозга с точностью до миллиметра. В обзоре, опубликованном в журнале Neuroscience and Biobehavioral Reviews, авторы излагают стратегию и план экспериментов по использованию этой технологии для проверки различных теорий сознания.
Транскраниальный фокусированный ультразвук может быть использован для определения того, вызывают ли конкретные сигналы мозга сознание или просто происходят одновременно с ним. В этом методе акустические волны проходят через череп и фокусируются на определенной области, временно изменяя активность в структурах мозга, расположенных на несколько сантиметров ниже поверхности. Изменяя активность мозга, а не просто наблюдая за ней, исследователи могут начать выявлять причинно-следственные связи. Это ключевой шаг для проверки идей о том, как формируется сознательный опыт.
«Транскраниальный фокусированный ультразвук позволит стимулировать разные части мозга у здоровых испытуемых так, как это было просто невозможно раньше», — заявил Дэниел Фримен, исследователь из Лаборатории Линкольна MIT и соавтор статьи. «Это инструмент, полезный не только для медицины или фундаментальной науки, но и способный помочь в решении сложной проблемы сознания». «Существует очень мало надежных способов манипулировать мозговой деятельностью, которые были бы безопасны и при этом работали», — добавил Маттиас Михель, философ из MIT, изучающий сознание и также выступивший соавтором работы.
В отличие от других неинвазивных методов, таких как транскраниальная магнитная или электрическая стимуляция, фокусированный ультразвук может проникать глубже в мозг и воздействовать на меньшие области. Это позволяет ученым изучать подкорковые области, участвующие в эмоциях, восприятии и мотивации, которые обычно доступны только во время операции. «Это действительно первый раз в истории, когда можно модулировать активность в глубине мозга, в сантиметрах от кожи головы, исследуя подкорковые структуры с высоким пространственным разрешением», — пояснил Фримен. «В глубине мозга много интересных эмоциональных цепей, но до сих пор ими нельзя было манипулировать вне операционной».
Авторы основывают свой подход на двух основных теориях сознания. Первая, известная как когнитивистский подход, предполагает, что сознательный опыт зависит от процессов высшего психического уровня, таких как рассуждение или самоанализ. Эти процессы, вероятно, затрагивают крупномасштабные сети мозга, особенно в лобной коре, которые объединяют информацию в единый опыт. Другая теория, известная как некогнитивистский взгляд, предполагает, что сознание может возникать непосредственно из определенных паттернов мозговой активности, без необходимости высшего мышления. Согласно этой школе мысли, ключом к созданию сознательного опыта могут быть кора или подкорковые структуры, расположенные в задней части мозга. «Транскраниальный фокусированный ультразвук дает нам решение этой проблемы», — сказал Михель. Изменяя активность в определенных областях мозга, исследователи могут определить, влияет ли нарушение работы лобной коры на сознательное восприятие или существует ли сознание, когда активны только задние или подкорковые области.
Авторы выделяют зрительное восприятие как первоначальную область для тестирования. В то время как такие методы, как электроэнцефалография, могут показать, какие нейроны реагируют на зрительные стимулы, они не показывают, действительно ли эти реакции вызывают сознательный зрительный опыт. «Одно дело — сказать, отреагировали ли эти нейроны электрически, — отметил Фримен. — И совсем другое — сказать, увидел ли человек свет». Боль — это еще одна область для изучения. Люди часто реагируют на вредные стимулы еще до осознания боли, что ставит вопросы о том, где и как возникает чувство боли. Фокусированный ультразвук может помочь показать, начинается ли боль в коре, в более глубоких структурах мозга или в результате взаимодействия между ними. «Это фундаментальный научный вопрос: как боль генерируется в мозге, — сказал Фримен. — Боль может исходить из корковых областей или из более глубоких структур мозга. Это гипотеза. Но теперь у нас есть инструмент, чтобы ее исследовать».
Авторы подчеркивают, что технология еще нова и остается много вопросов о том, насколько надежно она может модулировать нейронные цепи, участвующие в сознании. «Это новый инструмент, поэтому мы не знаем, в какой степени он будет работать, — признал Михель. — Но я считаю, что здесь низкий риск и высокая отдача. Почему бы не пойти этим путем?»