Психологическая помощь новости психологии и психотерапии
Наш мозг удивительно динамичен, он постоянно переключается между состояниями активности, которые отражают наши мысли, восприятие и осознанность. Новое исследование, опубликованное в журнале Communications Biology, предполагает, что этот динамизм является ключом к различению сознательного и бессознательного состояний. Исследователи обнаружили, что во время бодрствования мозг “изучает” широкий спектр паттернов связности, но во время таких состояний, как глубокий сон или анестезия, мозг становится более предсказуемым и жестким, его функциональная активность более точно соответствует его структурной организации.
Сознание – наша способность переживать, воспринимать окружающий мир и реагировать на него – долгое время было одной из самых загадочных тем в нейробиологии. Исследователи искали надежные, объективные маркеры для различения сознательных и бессознательных состояний, чтобы углубить наше понимание сознания и усовершенствовать клинические инструменты для диагностики и лечения таких состояний, как кома или анестезия.
Связность мозга можно разделить на два типа: структурную и функциональную. Структурная связность относится к физическим соединениям мозга, фиксированным сетям нейронов и проводящих путей, которые формируют его архитектуру.
С другой стороны, функциональная связность отражает паттерны активности мозга, показывая, как различные области динамично взаимодействуют в любой момент времени.
Предыдущие исследования показали, что функциональная связность мозга постоянно меняется между различными конфигурациями, отражая различные когнитивные процессы. Новое исследование было направлено на то, чтобы выяснить, могут ли меняющиеся паттерны функциональной связности позволить надежно различать сознательные и бессознательные состояния, при этом ученые сосредоточились на динамике мозга у людей, которые бодрствовали, находились под общим наркозом или в глубоком сне.
“Сознание остается одной из самых интригующих тем в нейробиологии – чем-то глубоко фундаментальным, но до конца не изученным”, – объясняют авторы исследования Ален Дестекше и Родриго Кофре, которые оба работают в Институте нейробиологии Париж-Сакле.
“Нас интересует весь спектр состояний сознания, от бессознательных состояний до состояний, вызванных психоделиками. Наш интерес заключается в раскрытии динамических функциональных механизмов, лежащих в основе осознанного восприятия, и в том, как они отличаются, когда сознание нарушено. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) в состоянии покоя дает нам уникальный способ наблюдать за мозгом в действии, позволяя фиксировать спонтанную активность и ее переходы, которые могут отражать более глубокие процессы, связанные с сознанием”.
В рамках своего исследования ученые проанализировали данные МРТ из двух наборов данных. В первый набор вошли 16 здоровых участников, которые подверглись сканированию в трех состояниях: в бодрствующем состоянии, под общим наркозом (с использованием внутривенного введения препарата пропофол) и после восстановления. Второй набор данных включал 18 здоровых участников, прошедших сканирование во время бодрствования и глубокого сна (стадия N3).
Анализ был сосредоточен на “фазовой когерентности”, которая измеряет, насколько синхронизированы различные области мозга в любой данный момент. Этот подход позволил исследователям выявить повторяющиеся паттерны мозговой активности и отслеживать их изменения с течением времени. С помощью методов статистической кластеризации эти паттерны были сгруппированы в отдельные категории, или “состояния”, для каждого состояния сознания.
Затем частота и распределение этих состояний были проанализированы в сознательных и бессознательных состояниях.
Чтобы охарактеризовать динамику мозга, в исследовании использовались два ключевых показателя. Энтропия Шеннона количественно характеризовала разнообразие паттернов мозговой активности, при этом более высокая энтропия указывала на более широкий спектр состояний. Структурно-функциональная связь оценивала, насколько тесно функциональная активность мозга соответствует его физическим связям, определяемым с помощью структурной МРТ. Исследователи также использовали модель цепи Маркова для оценки вероятности переходов между состояниями, что позволило получить представление о стабильности и гибкости динамики мозга в различных условиях.
Результаты показали значительные различия в динамике мозга между сознательными и бессознательными состояниями. Во время бодрствования мозг демонстрирует разнообразный и гибкий набор паттернов активности, что отражается в высокой энтропии Шеннона. Эти паттерны в меньшей степени зависели от структурной связности мозга – это указывает на то, что сознательный мозг исследует состояния независимо его своих физической структуры. Частые переходы между состояниями во время бодрствования подчеркивают динамичную и адаптивную природу сознательного мозга.
Напротив, бессознательные состояния, например, вызванные общей анестезией или глубоким сном (N3), показали меньшее разнообразие паттернов мозговой активности. Энтропия Шеннона была значительно ниже. Это указывает на то, что мозг исследовал более узкий диапазон состояний. Кроме того, функциональная активность в бессознательных состояниях тесно связана со структурной связностью мозга, позволяя предположить, что бессознательный мозг в большей степени полагается на свои анатомические связи. Переходы между состояниями также были менее частыми, что отражает более жесткую и повторяющуюся динамику.
“Проще говоря, паттерны активности нашего мозга гораздо более динамичны, когда мы бодрствуем и находимся в сознании”, – говорят Дестекше и Кофре.
“Эти богатые динамические паттерны взаимодействия мозга, по-видимому, необходимы для сознательного состояния. Однако под наркозом или в глубоком сне мозг по-прежнему очень активен, но полагается на менее динамичные паттерны, более близкие к анатомической связности, и демонстрирует меньше переходов. Эти результаты приближают нас к выявлению объективных и надежных показателей сознания, которые однажды могут помочь нам лучше понять и даже отслеживать сознательное состояние в клинических условиях”.
Исследователи заметили, что определенные паттерны активности, обычно связанные с бессознательным состоянием, иногда проявляются во время бодрствования, и наоборот. Это открытие позволяет предположить, что сознание может существовать в различных диапазонах, с перекрывающимися характеристиками между состояниями осознанности и неосознанности. Несмотря на эти совпадения, общие результаты неизменно демонстрировали, что насыщенная и динамичная мозговая деятельность является отличительной чертой сознания.
“Мы были удивлены надежностью и обобщаемостью наших результатов”, – говорят исследователи. “Кроме того, мы были удивлены, обнаружив, что определенные паттерны связности, которые больше ассоциируются с бессознательным состоянием, могут проявляться небольшими всплесками, даже когда мы бодрствуем, и наоборот. Это говорит о том, что сознание не обязательно является состоянием ”все или ничего”; скорее, это может быть изменчивый спектр с перекрывающимися характеристиками, поднимающий интригующие вопросы о границах между сознательным и бессознательным состояниями”.
Как и все исследования, это исследование включает некоторые ограничения. Данные были получены двумя разными исследовательскими группами с использованием различных методов сканирования и предварительной обработки, что могло привести к вариабельности.
Кроме того, исследование было сосредоточено на одном анестетике, а влияние других препаратов на динамику мозга остается неизученным.
Глубокий сон, который включает в себя нечто большее, чем просто потерю сознания, также может создавать сложности, которые не были полностью учтены в этом исследовании.
“Несмотря на то, что наш метод надежен и, по-видимому, применим в различных состояниях, таких как общая анестезия и глубокий сон, все еще существуют ограничения в способах сбора и предварительной обработки данных в различных исследованиях”, – объясняют Дестекше и Кофре. “Например, различия в установках сбора данных и методах предварительной обработки могут приводить к незначительным вариациям. Кроме того, хотя мы изучали действие одного анестетика (пропофола), другие препараты могут по-разному влиять на динамику мозга”.
В будущих исследованиях можно было бы расширить эти результаты, изучая другие бессознательные состояния, например, вызванные различными анестетиками или психоделиками. Использование альтернативных методов визуализации мозга также может дать дополнительную информацию. В конечном счете, цель состоит в разработке универсальных маркеров сознания, которые можно применять в различных клинических и исследовательских ситуациях.
“В долгосрочной перспективе мы надеемся разработать универсальные маркеры сознания, которые можно было бы использовать в различных клинических сценариях, от мониторинга общей анестезии до оценки сознания пациентов с травмами головного мозга”, -говорят Дестекше и Кофре. “Нас также интересует изучение других методов визуализации, таких как ЭЭГ, которые могут дать дополнительное представление о сознательных и бессознательных состояниях мозга”.
“Мы также хотели бы обобщить наши результаты для психоделических состояний. Это исследование подчеркивает центральную роль в сознании динамических паттернов мозга”.
“Более глубокое понимание этой динамики открывает перспективы не только для развития научных знаний, но и для практического применения в медицине, например, для оценки состояния мозга у пациентов с черепно-мозговыми травмами или коматозными состояниями, или для мониторинга глубины анестезии и измененных состояний под воздействием психоделиков. В конечном счете, мы надеемся, что эта работа вдохновит на дальнейшие исследования, направленные на распространение этих методов на другие виды, альтернативные анестетики и различные методы сбора данных”.
Помощь психолога
