Ученые на протяжении многих лет занимаются поисками нервных коррелятов сознания. Однако до сих пор вопрос, какие именно области мозга отвечают за наличие сознательного опыта, остается открытым.
Исследователи из Токийского университета предположили, что сознательные состояния могут быть связаны с активностью областей мозга, обладающих свойствами рекуррентных нейронных сетей. В своей работе, опубликованной в журнале Cerebral Cortex, они использовали разработанный ими метод и применили его для анализа коннектома всего мозга мыши. Найденные ими области — преимущественно изокортикальные и таламические, а также ограда мозга — вполне соответствуют тем структурам, с которыми ученые ранее уже связывали сознательные процессы.
Где в мозге находится сознание? Существует несколько подходов к поиску ответа на этот вопрос. Ряд ученых придерживается системной парадигмы, полагая, что у сознания нет определенных коррелятов. Однако существует и локализационистский подход, приверженцы которого считают, что в мозге есть конкретные области, которые могут выступать в качестве субстрата сознания наряду с областями, которые не связаны с сознательными процессами. В рассматриваемой нами работе исследователи занимались поиском таких нейронных сетей, которые могли бы считаться “the locus of consciousness”.
Гипотеза исследователей состояла в том, что области, в которых “живет” сознание, должны включать в себя нейронные сети, имеющие как с прямую (feed-forward processing), так и обратную (feedback processing) связь. Так, например, в сетчатке не могут протекать сознательные процессы, поскольку она связана с остальными областями мозга только посредством прямой связи.
Чтобы определить области, обладающие свойствами рекуррентных (то есть имеющих обратную связь) нейронных сетей, ученые действовали следующим образом. Сперва они определяли локализацию главного комплекса (a “main” complex) — нейронной сети с максимальной силой двунаправленных связей. Затем они искали области вблизи главного комплекса, обладающие меньшей силой двусторонних связей.
Таким образом, у них получилась иерархическая структура: главный комплекс — ядро, и близлежащие области — периферия. Для такого анализа они использовали разработанный ими алгоритм иерархического разделения для поиска комплексов (hierarchical partitioning for complex search, HPC), позволяющий идентифицировать комплексы с помощью иерархического разделения всей сети.
Для исследования взаимосвязи между комплексами и сознанием ученые применили свой метод для анализа коннектома всего мозга мыши и выделили в нем комплексы. Они обнаружили, что комплексы с сильными двунаправленными связями включают в себя те области мозга, которые ранее считались главными кандидатами на роль коррелятов сознания (изокортикальные и таламические области, ограда мозга). Параллельно они провели анализ, в котором двунаправленность связей не учитывалась. Такой подход не позволил выделить комплексы.
Авторы подчеркивают, что их анализ направлен на исследование анатомического, а не функционального коннектома, в то время как сознательный опыт связывают с определенными паттернами активности мозга. Так, они предполагают, что локализация двунаправленно связанных областей может изменяться со временем. Поэтому в будущем они планируют провести подобный анализ на данных нейрональной активности.
Текст: Евгения Букина