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

[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]

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

[egovoru.livejournal.com]

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

[lj-frank-bot.livejournal.com]

Не сложилось. Но я стараюсь

[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.

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

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

[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.

[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)".

[egovoru.livejournal.com]

Расскажите потом о своих впечатлениях, пожалуйста!

[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?

[egovoru.livejournal.com]

Вот что они пишут в пояснение:

"To detect significant TMS-evoked cortical activation, we first localized the primary electromagnetic sources of scalp EEG activity by performing source modeling. As in previous analyses of TMS/hd-EEG (26), conductive head volume was modeled according to the 3-spheres BERG method (54, 55) and the inverse problem was solved by the Weighted Minimum Norm constraint applied to an “empirical” Bayesian approach (56-58). After source modeling, the deterministic responses of the brain were estimated by applying a non-parametric bootstrap-based statistical procedure to TMS-evoked cortical currents.

First, each source’s activity was centralized and normalized on the mean and standard deviation of its baseline level (from -500 to -1 ms). Then, surrogate average baseline activity was obtained for each source by randomly shuffling pre-stimulus samples at the single-trial level (59). At this point, the maximum absolute value of the surrogates across all sources was calculated (60). This entire procedure was repeated 500 times to obtain a distribution of 500 bootstraps, corrected for multiple comparisons. The one-tail (1-α) 100th percentile of the distribution of the maximum absolute values was used to estimate a significance threshold T(α) for all normalized sources and samples. In this way, a binary spatiotemporal distribution of significant sources (SS(x,t)) was calculated: SS(x,t) = 1 for significant sources (x) and time samples (t); SS(x,t) = 0 otherwise. SS matrices were computed from the immediate cortical response to the stimulation (first 300 ms) with statistical significance level α = 0.01."

Боюсь, it's Chinese to me, но, если я не ошибаюсь, до уровня единичных нейронов они и не пытаются добраться, а говорят о неких условных "источниках активности" коры - группах особо активных нейронов? Ссылку 26, статью под названием "General indices to characterize the electrical response of the cerebral cortex to TMS", вроде бы можно прочесть без подписки вот здесь (https://www.academia.edu/19235704/General_indices_to_characterize_the_electrical_response_of_the_cerebral_cortex_to_TMS). Еще я попробовала посмотреть, нет ли какой вводной информации на сайте университета, но это в Милане, и английская версия там довольно редуцированная, я не нашла ничего о собственно исследованиях.

Надо поискать, может, есть какие-то недавние популярные книги или статьи, дающие еще более общий обзор состояния дел в этой области, а то в таких специальных статьях неспециалисту трудно разобраться :(

[egovoru.livejournal.com]

Мне было удивительно узнать, что, оказывается, нейрофизиологи считают сновидения проявлениями сознания. Мне-то казалось, что они - некий сугубо "пассивный" процесс, а сознание - "активный". Но, видимо, я тут путаю сознание со свободой воли, а это вещи связанные, но не тождественные.

[yoginka.livejournal.com]

Мне это тем более трудно понять :)
Похоже, Вы правы, и они даже до единичных нейронов не доходят. Это еще более огрубляет все. Слова "cortical currents" говорят о том, что они работают на макроуровне. Сознание вовсе не обязано там гнездиться :)

[yoginka.livejournal.com]

А мне странно, что Вам это удивительно :) Конечно, бывает и бессмысленная чепуха, которую и словами-то нельзя описать. Но сны бывают ничуть не менее сознательными и четкими, чем действительность. Бывают и со "свободной волей", но у меня это редко (у некоторых такое часто).

[egovoru.livejournal.com]

"Бывают и со "свободной волей", но у меня это редко"

Да, это то, что называют lucid dreams. Кажется, сны, галлюцинации и проч. считают все-таки "измененными состояниями" сознания. Видимо, это просто вопрос терминологии: поскольку у нас нет четкого даже феноменологического критерия сознания, то все эти классификации достаточно условны.

[egovoru.livejournal.com]

"Сознание вовсе не обязано там гнездиться"

Относительно местоположения сознания, то в своем обзоре Кох и Тонони агитируют за какой-то posterior hot spot в коре, но, кажется, все же и некоторые подкорковые структуры нужны: сознание - это не узко-локальный и не чисто-корковый феномен. Подробно об этом как раз в посте catta, на которую ведет ссылка из моего поста (она настоящий нейрофизиолог и понимает в этом лучше). Правда, я не знаю, можно ли и эту совсем свежую работу считать "окончательной" - я думаю, выводы еще много раз переменятся.

Проблема в том, что на более детальном уровне, отдельных клеток или даже нейронных цепей, изучать сознание невозможно: его просто нет на этих уровнях, в него вовлечены целые большие области мозга. Соответственно, то, что делается сейчас, это все еще попытки построить самолет из глины и соломы :)

[yoginka.livejournal.com]

В моих словах "там гнездиться" слово "там" означало не пространственную область мозга, а уровень иерархии структур. Смысл был в том, что сознание может оказаться распределенным на более глубинном уровне, чем даже отдельный нейрон. А то, что обычно изучают на уровне нейронов и выше, может оказаться всего лишь интерфейсом между сознанием и макроскопичесими "датчиками" и "движущимися частями".
Иными словами, пока изучают внимание и управление телом. Но о самом сознании трудно говорить, как Вы заметили в комментарии ниже:
//у нас нет четкого даже феноменологического критерия сознания//.

[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]

"сознание может оказаться распределенным на более глубинном уровне, чем даже отдельный нейрон"

Вы имеете в виду нечто вроде идеи Пенроуза, которую мы уже обсуждали раньше? Я по-прежнему настроена по отношению к ней очень скептически. Данные сравнительной анатомии и физиологии очень ясно показывают корреляцию между сложностью нервной системы и сложностью психических функций. Из чего вроде бы ясно следует, что для такой сложной функции, как сознание, нужны сложные мозги.

[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?