Бессознательный мозг, по-видимому, обладает гораздо большими возможностями, чем считали ученые ранее. Исследователи обнаружили, что пациенты под общим наркозом все еще способны обрабатывать язык на высоком уровне, различая существительные, глаголы и прилагательные, слушая рассказы. Что еще более примечательно, нейронная активность демонстрировала признаки предсказания следующих слов еще до того, как они были услышаны. Результаты ставят под сомнение традиционные представления о сознании и указывают на новые возможности для интерфейсов «мозг-компьютер».
Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора обнаружили, что человеческий мозг способен продолжать выполнять удивительно сложные языковые задачи даже в состоянии полной бессознательности под общим наркозом. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature , ставят под сомнение давно устоявшиеся представления о взаимосвязи между сознанием и познанием. Они также предлагают новые идеи, которые могут повлиять на будущие исследования памяти, языка и интерфейсов «мозг-компьютер».
«Наши результаты показывают, что мозг гораздо активнее и работоспособнее во время бессознательного состояния, чем считалось ранее», — сказал доктор Самир Шет, профессор, заведующий кафедрой нейрохирургии, финансируемой Фондом Каллена, и стипендиат Макнейра в Университете Бейлора. «Даже когда пациенты находятся под полной анестезией, их мозг продолжает анализировать окружающий мир».
Регистрация мозговой активности во время анестезии
Чтобы исследовать возможности бессознательного мозга, Шет и его коллеги записали активность сотен отдельных нейронов в гиппокампе — области мозга, отвечающей за память. Записи проводились во время общей анестезии у пациентов, перенесших операцию по поводу эпилепсии. Эти процедуры предоставили исследователям редкую возможность непосредственно изучить эту часть мозга.
Исследовательская группа использовала зонды Neuropixels — передовую технологию, которая ранее никогда не применялась в гиппокампе для такого рода исследований. Это позволило им наблюдать за реакцией мозга на звуки и речь даже в тех случаях, когда пациенты не осознавали происходящего.
Язык непрерывной обработки информации в мозге
В первом эксперименте пациентам предъявляли серию повторяющихся тонов с периодическими вкраплениями неожиданных звуков. Исследователи обнаружили, что нейроны в гиппокампе постоянно распознавали эти необычные тоны. Что еще более интересно, мозг со временем стал лучше их распознавать, что говорит о том, что обучение или нейронная пластичность продолжались и во время анестезии.
Затем исследователи усложнили эксперимент, проигрывая короткие рассказы и продолжая записывать активность мозга. Гиппокамп продемонстрировал явные признаки обработки языка в реальном времени. Анализ нейронной активности показал, что мозг способен различать различные части речи, включая существительные, глаголы и прилагательные.
Команда также сделала еще одно удивительное открытие. Нейронные сигналы можно использовать для прогнозирования будущих слов еще до того, как они будут произнесены.
«Похоже, мозг предугадывает, что произойдет дальше в рассказе, даже без осознанного восприятия», — сказал Шет, который также является директором лабораторий Фонда исследований детской неврологии имени Гордона и Мэри Кейн в рамках Неврологического исследовательского института Дункана при Детской больнице Техаса.
«Такое предиктивное кодирование мы ассоциируем с бодрствованием и внимательностью, однако здесь оно происходит в бессознательном состоянии», — сказал доктор Бенджамин Хайден, профессор нейрохирургии в Университете Бейлора.
Переосмысление сознания
Полученные результаты свидетельствуют о том, что важные когнитивные способности, включая понимание языка и прогнозирование, могут не зависеть от сознательного восприятия. Вместо этого, само сознание может возникать в результате взаимодействия между несколькими областями мозга, а не в результате активности в одной области, такой как гиппокамп.
Исследователи также отметили сходство между предсказательным поведением мозга и искусственным интеллектом (ИИ). Подобно тому, как большие языковые модели генерируют текст, предугадывая следующее слово, гиппокамп, по-видимому, делает аналогичные предсказания во время обработки языка. Понимание этих общих принципов может помочь ученым лучше понять как биологический, так и искусственный интеллект.
Данная работа также может внести вклад в разработку будущих коммуникационных технологий, включая речевые протезы, предназначенные для людей, утративших способность говорить.
«Можем ли мы использовать эти сигналы для развертывания и управления речевым протезом для некоторых участков мозга, поврежденных в результате инсульта или травмы? Это вопросы, которые мы теперь можем рассмотреть в отношении этой части мозга», — сказал доктор Виги Катловиц, первый автор и ординатор нейрохирургии в университете Бейлора.
Необходимы дополнительные исследования.
Исследователи предупреждают, что полученные результаты следует интерпретировать с осторожностью. В исследовании рассматривался только один тип общей анестезии, поэтому результаты могут не распространяться на другие бессознательные состояния, такие как сон или кома. Кроме того, исследование было сосредоточено на одном участке мозга, и остается неясным, насколько широко эти процессы происходят во всем мозге.
«Эта работа заставляет нас переосмыслить значение понятия «сознание», — сказал Шет. — Мозг работает за кулисами гораздо активнее, чем мы можем себе представить».
