Сканиранията на мозъка тестват една от основните теории за съзнанието

Предложен е начин за измерване на съзнанието, наречен теория на интегрираната информация, който е тестван с помощта на данни от сканирания на човешкия мозък и изглежда работи.

Ваня Милева Последна промяна на 20 юли 2023 в 00:01 7089 0

Сканирането на мозъка с ядрено-магнитен резонанс, извършено по време на анестезия, подкрепя теорията за интегрираната информация за съзнанието

Кредит DARPA via Picryl.com (Public Domain)

Сканирането на мозъка с ядрено-магнитен резонанс, извършено по време на анестезия, подкрепя теорията за интегрираната информация за съзнанието

Мозъчните сканирания, направени по време на анестезия, подкрепят едно от основните обяснения на съзнанието. Подходът може да доведе до напредък в разбирането на мозъка, както и до нови начини за тестване на съзнанието при хора с медицински проблеми със съзнанието, като например такива във вегетативно състояние след травми на главата.

Учените и философите отдавна се опитват да обяснят как мозъкът създава съзнание - усещането, че осъзнаваш заобикалящата те среда или вътрешните усещания и мисли - и съществуват редица противоположни идеи.

Според една от тях, наречена теория на интегрираната информация ("IIT" - Integrated information theory), предложена за пръв път през 2004 г. от Джулио Тонони (Giulio Tononi) от Университета на Уисконсин-Медисън, казва, че съзнанието на човека е на по-високо ниво, ако взаимодействията между компонентите му дават повече информация, отколкото когато се свежда само до компонентите му. С други думи, цялото е по-голямо от сумата на своите части. Концепцията може да определи количествено сложността на всяка система за обработка на информация - от мозъка до компютрите, но е в процес на разработка.

IIT прогнозира, че е възможно да се изчисли математическата стойност за нивото на съзнание, наречено Φ (Φ), на всяка информационно-обработваща система с известна структура и функциониране. Но това изисква много изчисления, а с нарастването на броя на точките на взаимодействие, или възлите, в една информационно-обработваща мрежа, математическите изчисления бързо стават експоненциално повече.

Понастоящем Φ може да се изчисли само за системи с по-малко от 10 възела. Така че, ако всеки от приблизително 86-те милиарда неврона в човешкия мозък се разглежда като един възел, би било невъзможно да се изчисли стойността на Φ, дори ако познаваме пълната му структура.

За да заобиколят този проблем, Андреа Соду (Andrea Soddu) от Университета на Западно Онтарио, Канада, и неговият екип използват данни от сканиране на мозъка, за да изчислят Φ за опростени модели на специфични невронни мрежи в човешкия мозък, които имат известни функции, като например зрителната кора.

Вместо да разглеждат всеки неврон като възел, те разглеждат малки, анатомично определени мозъчни области като възли, избирайки по пет възела за всяка мрежа, като правят това за общо 11 мрежи.

За да получи данните, екипът е предложил на 17 души да легнат в мозъчен скенер, докато преживяват четири различни състояния на съзнанието - будно, леко успокоено, в безсъзнание и във фаза на възстановяване - предизвикани от използването на анестезия.

Сканирането е извършено с помощта на функционален магнитен резонанс ( fMRI). Това позволи на екипа да определи стойност 1 (относително висока активност) или 0 (ниска активност) за всяка малка мозъчна област в последователни времеви моменти.

Аксиоми и постулати на теорията на интегрираната информация (IIT) Кредит: Giulio Tononi, Christof Koch - Giulio Tononi, Christof Koch "Consciousness: here, there and everywhere?" Phil. Trans. R. Soc. B 2015 370 20140167; DOI: 10.1098/rstb.2014.0167. Published 30 March 2015 http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/370/1668/20140167

За да се изчисли Φ за всяка мрежа, огромният набор от данни, изготвен от сканиранията, е вкаран в софтуерен пакет, написан от Тонони и неговия екип. Резултатите от всичките 17 души в изследването е трябвало да бъдат обединени, за да има достатъчно данни, без да се налага те да прекарват твърде дълго време в скенера.

За две мозъчни мрежи изследователите установяват, че Φ е по-ниско, когато хората са в дълбока анестезия, отколкото в будно състояние, като при лека анестезия нивото е междинно. За тези мрежи - фронтопариеталната и дорзалната мрежа за внимание - се предполагаше, че играят ключова роля за съзнанието. Другите мрежи не показват ясна тенденция на намаляване на Φ от будно състояние през лека анестезия до дълбока анестезия, а показват малки промени на Φ, които или се повишават, или намаляват.

Тъй като тези две мрежи бяха единствените, при които изчислената стойност на Φ се държи според очакванията, това дава допълнителна подкрепа за ролята им в съзнанието, заявява Соду.

За първи път Φ се изчислява от данни от сканиране на мозъка с помощта на текущата версия на IIT, известна като версия 3.0, въпреки че подобни изследвания са правени с помощта на предишната версия, наречена 2.0.

В момента екипът на Соду проучва дали изчисленията на Φ за тези мозъчни мрежи могат да се използват за обозначаване на мозъчната функция при хора със състояния на съзнание. Въпреки че тези резултати все още не са публикувани, "те вървят в правилната посока", заявява изследователят.

УнЧеол Лий (UnCheol Lee) от Медицинския университет в Мичиган, казва, че би било по-добре, ако Φ бе изчислено за отделни хора.

Мелани Боли (Melanie Boly) от Университета на Уисконсин-Медисън, която е помогнала за разработването на IIT заедно с Тонони, но не е участвала в това изследване, отбелязва, че подходът дава само приблизителна оценка на Φ за човешкия мозък. Но тя, Тонони и други са доусъвършенствали IIT и скоро ще бъде публикувана версия 4.0, посочва Боли.

И все пак работата може да не убеди критиците на IIT, като Скот Ааронсън (Scott Aaronson) от Тексаския университет в Остин.

"Ако разгледате мозъците с fMRI, докато са упоени и събудени, е ясно и неоспоримо, че можете да видите големи промени в нивата на активност и в моделите на трансфер на информация между различните региони", посочва Ааронсън. "Със сигурност можете да научите много интересни неща, проучвайки тези модели, със или без IIT."

Справка: Nemirovsky, I.E., Popiel, N.J.M., Rudas, J. et al. An implementation of integrated information theory in resting-state fMRI. Commun Biol 6, 692 (2023). https://doi.org/10.1038/s42003-023-05063-y 

Източник: Brain scans are putting a major theory of consciousness to the test, New Scientist

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !