Сознанье, как шестой урок

[egovoru]

Один из немногих ясно сформулированных вопросов о сознании таков: можем ли мы определить, находится человек в сознании или нет, просто регистрируя электрическую активность его мозга (энцефалограмму)? Ответ на него весьма важен для клинической практики. Обзор достигнутого в этом направлении к 2016-му году написали авторы, работы которых мы уже обсуждали в этом журнале.

Как вообще подступиться к этой проблеме? Основной способ – сравнение электрической активности мозга у людей в нормальном, бодрствующем состоянии и у людей, подвергнутых воздействию анестетиков. Более естественный отрицательный контроль – глубокий сон без сновидений (сновидения же считают проявлением сознания).

Предлагалось уже немало электрофизиологических маркеров сознания: например, синхронные осцилляции в гамма-диапазоне (30-70 Гц). Но Кох и Тонони пишут, что это скорее коррелят внимания, чем сознания: такие осцилляции наблюдаются и в глубоком сне. Марчелло Массимини разработал некий perturbational complexity index (PCI), который отражает, с одной стороны, степень интегрированности отклика мозга на магнитную стимуляцию (способность его коры вести себя как единая возбудимая система), а с другой, степень дифференцированности этого отклика в пространстве и во времени.

PCI – якобы единственный на сегодня известный электрофизиологический показатель, количественно соответствующий оценкам состояния испытуемого, полученным обычными в клинике вербальными тестами (вопросами типа «Какое сегодня число?»). На пояснительных картинках (внизу) запись «высокой интеграции» выглядит точно так же, как запись «низкой дифференциации», и наоборот, так что высокие уровни обоих этих параметров показались мне взаимоисключающими. В статье Массимини есть подробое описание процедуры вычисления PCI, но я, увы, недостаточно компетентна, чтобы как следует в этом разобраться.

В своем обзоре Кох и Тонони валят в одну кучу результаты, полученные на людях и на других животных – почему-то в этой области особенно любят котиков :) Они пишут, что обезьяны, по всей вероятности, обладают сознанием, потому что их поведение и строение мозга уж очень похожи на человеческие, а вот об осьминогах, пчелах и прочих они судить не берутся. В этом случае они считают PCI мало полезным – как и в случае детей, пациентов с серьезными мозговыми травмами и, понятное дело, роботов.

Иллюстрация из обсуждаемого обзора Коха и Тонони, показывающая серии энцефалограмм. На панели (а) также представлены схемы связей
между разными отделами коры, а на панели (b) –
изменения зон ее активности во времени

А о свежих результатах исследований того, какие же именно отделы мозга ответственны за сознание, рассказывает в своем посте уважаемая catta.

Comments

[lj-frank-bot.livejournal.com]

Hello!
LiveJournal categorization system detected that your entry belongs to the following categories: Животные (https://www.livejournal.com/category/zhivotnye?utm_source=frank_comment), Медицина (https://www.livejournal.com/category/medicina?utm_source=frank_comment), Общество (https://www.livejournal.com/category/obschestvo?utm_source=frank_comment), Психология (https://www.livejournal.com/category/psihologiya?utm_source=frank_comment).
If you think that this choice was wrong please reply this comment. Your feedback will help us improve system.
Frank,
LJ Team

[egovoru.livejournal.com]

Перестарался, Фрэнк: подходят только "Психология" и "Медицина", остальное - лишнее :)

[lj-frank-bot.livejournal.com]

Не сложилось. Но я стараюсь

[alex-new-york.livejournal.com]

Вспомнился советский анекдот: вчера, после долгой и продолжительной болезни, на 73-м году жизни, не приходя в сознание, Константин Устинович Черненко был избран Генеральным Секретарем ЦККПСС :)

[egovoru.livejournal.com]

Вот Вы смеетесь, а ведь и на самом деле далеко не все наши действия совершаются сознательно :)

[alex-new-york.livejournal.com]

Конечно. Например, когда члены Политбюро голосовали за Константина Устиновича, они не принимали сознательного решения расправить правую ладонь, составить ее пальцы в относительно ровный ряд и аккуратненько поднять, пальцами вверх. Если бы они стали всё это проделывать сознательно, они бы завозились, запутались, и их запоздало поднятые руки изумленный председательствующий увидел бы не в числе голосующих за, а в числе голосующих против или в числе воздержавшихся. И судьба одной шестой части земной суши, как и прочих её частей, могла бы сложиться совершенно иным образом :)

[galka-psisa.livejournal.com]

Спасибо за ссылку, ушла читать.

[egovoru.livejournal.com]

Расскажите потом о своих впечатлениях, пожалуйста!

[http://users.livejournal.com/_hedning_/]

а были сравнения с энцефалограммами коматозников и совсем уж впавших в овощное состояние пациентов?

[egovoru.livejournal.com]

Да, авторы исходной статьи пишут (выделение мое): "We test PCI on a large data set of TMS-evoked potentials recorded in healthy subjects during wakefulness, dreaming, nonrapid eye movement sleep, and different levels of sedation induced by anesthetic agents (midazolam, xenon, and propofol), as well as in patients who had emerged from coma (vegetative state, minimally conscious state, and locked-in syndrome)".

[yoginka.livejournal.com]

Полный текст статьи мне не показывают.

[egovoru.livejournal.com]

Увы, и исходная статья, и обзор распространяются только по подписке, но я могу прислать Вам то и другое по эл. почте, если сообщите адрес в личку.

[yoginka.livejournal.com]

Спасибо за предложение, но не думаю, что я смогу разобраться в статье. Вот если бы Вы дополнили свой пост некоторыми подробностями, было бы интересно.

[egovoru.livejournal.com]

Вот что авторы исходной статьи пишут о процедуре вычисления этого индекса:

"We determined the PCI in individual patients by performing several
steps (Fig. 1): (i) recording the brain’s early reaction (within the first 300 ms) to a direct TMS-induced cortical perturbation with high-density electroencephalography (hd-EEG) (25); (ii) performing source modeling and nonparametric statistics to extract a binary matrix of significant sources [SS(x,t)] that describes the spatiotemporal pattern of activation caused by the TMS perturbation (26); (iii) compressing this matrix to calculate its information content with algorithmic complexity measures, such as the Lempel-Ziv complexity index (27); and (iv) normalizing algorithmic complexity by the source entropy of SS(x,t) (28). Thus, operationally, PCI is defined as the normalized Lempel-Ziv complexity of the spatiotemporal pattern of cortical activation triggered by a direct TMS perturbation (see the Supplementary Materials for details of these steps)."

А вот подпись к Фиг. 1:

"Fig. 1. The PCI is calculated from TMS-evoked potentials. (A) The black traces show the superposition of the averaged TMS-evoked potentials (150 trials) recorded from all EEG channels (butterfly
plot of 60 channels) in one representative subject during wakefulness. (B) The color-coded maps show the instantaneous voltage distributions at selected latencies [auto-scaled between the maximum (+100%) and the minimum (−100%) instantaneous voltages]. (C) The corresponding distributions of cortical currents are calculated by means of a weighted minimum norm inverse solution applied to a three-sphere BERG forward model. (D) Significant TMS-evoked cortical currents are estimated by applying a nonparametric bootstrap-based statistical procedure at the source level. (E) A binary spatiotemporal
distribution of significant sources (SS) is extracted: SS(x,t) = 1 for significant sources (x) and time samples (t); SS(x,t) = 0 otherwise. The sources in the matrix SS(x,t) are sorted, from bottom to top,
on the basis of their total activity during the post-stimulus period. (F) The information content of SS is estimated by calculating the Lempel-Ziv complexity measure (see fig. S3 for a diagram of the
algorithm). PCI is defined as the information content of SS, normalized by the correspondent source entropy. Green star, site of TMS stimulation."

Конечно, это совсем не то, что хотелось бы: не описание механизма того, как субъективные ощущения возникают в результате нейронной активности, а просто описание поведения "черного ящика". Но до механизма, как я понимаю, еще очень и очень далеко, потому что тут задействованы миллиарды нейронов, а у нас пока нет - и неизвестно, когда будет - даже просто карты их контактов - т.е., эквивалентной схемы.

[yoginka.livejournal.com]

Спасибо!
Не зря я думала, что не пойму :) Но тем не менее, кое-что меня насторожило:
"(ii) performing source modeling and nonparametric statistics to extract a binary matrix of significant sources [SS(x,t)] that describes the spatiotemporal pattern of activation caused by the TMS perturbation (26);"
А именно, слова "binary matrix". То, что в этой матрице значения о или 1, заставляет думать, что каждый нейрон рассматривается как бит, а это очень сильное упрощение. Или я что-то не так поняла?

[skogar.livejournal.com]

Т.е. для "измерений" сознания пока что ожидаемая польза связана с ПЦИ-тестом, который копает не слишком глубоко и, в частности, не видит качественного различия между людьми с одной стороны и обезьянами с котиками с другой - так?

[egovoru.livejournal.com]

Как я поняла, этот тест к котикам - и даже к человеческим детям - вообще не применим. Их мозги разботают иначе, и для интерпретации их активности нужны другие тесты.

Вообще говоря, эти самые авторы разработали и функциональный тест общего характера, пригодный даже для роботов (о нем рассказывает мой пост по второй ссылке), но тот показался мне даже еще более сомнительным. Здесь у нас хотя бы есть параллельная "шкала измерения", основанная на ответах пациента, а как проверить точность такого теста в общем случае? Котику - или грудному ребенку - ведь никаких вопросов не задашь?

[skogar.livejournal.com]

Про тест ясно, я некорректно соединил абзацы про ПЦИ-тест и про котиков.

Меня интересует вопрос о качественном (т.е. не количественном) различии между людьми и животными, и этот вопрос по всей видимости упирается именно в сознание.

[egovoru.livejournal.com]

Основная проблема, как Вы понимаете, в том, что сознание - это наличие субъективного внутреннего мира, к которому нет доступа извне. Иными словами, у каждого из нас нет доступа к внутреннему миру никаких других существ, кроме самого себя. Что автоматически означает, что судить о наличии сознания у других мы можем только по внешним проявлениям - поведенческим реакциям или электро-физиологическим параметрам вроде описанного в посте теста.

Пока речь идет о других людях, в дело идет аналогия: поскольку другие люди похожи на меня, а у меня есть сознание, значит, и у других людей есть сознание. Но с другими животными такой фокус уже не проходит, и проблема становится тем сложнее, чем они дальше от нас. Может, их сознание проявляется в каких-то совсем других поведенческих реакциях, чем у нас?

Не исключено, что, когда все это изучат получше, перестанут говорить о сознании как о едином феномене, а будут говорить о совокупности нескольких нейрофизиологических/психических функций, в разной степени проявляющихся у разных существ.

[skogar.livejournal.com]

Да, именно так всё и понимаю. Только сознание связываю не с нейронами, а с душой, но с научных позиций это лишь разные возможные варианты.

[greygreengo.livejournal.com]

Я сейчас один умный вещ скажу, толко ты не обижайся! (с)
Взять несколько связанных осцилляторов и посмотреть какие на них возможны биения (движения с кратными частотами) и взять эти же самые биения отделить по сознательному счету индивидуума экспериментально. Ну самые простые - если синхронно указательные пальцы на двух руках двигать в одинаковом направлении, то они через некоторое время начнут движение в противофазе. Постараться добиться, чтобы движение в противофазе было только на счет двадцать или сто, например. Ну или для людей, умудренных в анатомии, думаю можно найти более сложные контролируемые колебательные контуры.

[egovoru.livejournal.com]

Боюсь, я пока не уловила Вашей мысли. Вы предлагаете это как способ выяснения нейрокоррелята сознания?

[greygreengo.livejournal.com]

Какой-нибудь перцептрон в модели розенблатта или мак-каллоха-питта описывающий обучаемую нейронную сеть не дает ответа на вопрос "существует ли в обучаемой сети сознание как независимый параметр". А значит, обученную многопараметрическую систему в которой число обучаемых параметров превышает число координируемых внешних запросов, и, может спрашивающим быть проинтерпретировано как волевое изменение внешних условий среды. Что вполне может им, т.е. спрашивающим, считаться за независимое сознание.

[egovoru.livejournal.com]

Основная проблема изучения сознания в том и состоит, что мы можем быть еверены только в существовании собственного сознания; доступа к внутреннему миру другого у нас нет по определению. Судить о нем мы можем только по внешним проявлениям, а это, как Вы сами понимаете - очень рискованное дело.

[greygreengo.livejournal.com]

В теории обучаемых нейросетей то, что вы написали - совсем не парадокс, а одна из доктрин обучения. Т.н. обучение с наставником (или с учителем) в котором учитель задает примеры, позволяющие вывести те нейронные сети, возможно даже с меньшими весами, но выдающими правильные результаты в решении задач (распознавании образов, обнаружении минимально затратной стратегии и другие) приводят к тому, что переводят сеть в состояние в котором функционал самостоятельно работает с минимизированным отклонением. Если интересно - посмотрите у Хайкина "Нейронные сети. Полный курс" там много, особенно в водных главах их биологии и того, как это потом было применено в программировании. Математика простая, на уровне первых курсов университета. И модели, парадигмы и доктрины обучения описаны достаточно внятно.