Smadzeņu signāli var atklāt, cik nomodā ir mušas smadzenes

Fotogrāfija ar cilvēku, kurš spēlē tenisu Mohameds Nuzraths no Pixabay

Apziņas līmeni ir ļoti grūti izmērīt. Zelta standarts ir smadzeņu funkcionālo magnētiskās rezonanses attēlu izpēte, kad indivīds saņem dažādus stimulus, piemēram, norādījumus domāt par tenisa spēlēšanu. Tas izmērāmā veidā maina smadzeņu darbības modeļus.

Taču fMRI iekārtas ir apjomīgas un dārgas, un testus ir grūti veikt, jo īpaši pacientiem, kas atrodas komā vai ar minimālu apziņu. Vēl viena iespēja ir izmērīt smadzeņu elektrisko aktivitāti, izmantojot EEG skenēšanu. Tas ir vieglāk, bet neirozinātniekiem ir jāvienojas par skaidru izpratnes marķieri šajos signālos.

Tāpēc ir ļoti nepieciešams labāks veids, kā izmērīt to, ko sauc par 'apzinātu uzbudinājumu'.

Ienāc Roberto Munozs Monash universitātē Austrālijā un vairāki kolēģi. Šie cilvēki ir atraduši veidu, kā izmērīt augļu mušu apzinātās uzbudinājuma līmeni, izmantojot smadzeņu radīto signālu sarežģītību. Viņu tehnika ļauj viņiem atšķirt mušas, kas ir anestēzijas, un tās, kuras nav, vienkārši skatoties uz signāliem.

Jaunais darbs piedāvā objektīvu veidu, kā izmērīt apzinātu uzbudinājumu, pamatojoties uz vispāratzītām idejām no sarežģītības teorijas. Tas ir potenciāli piemērojams cilvēkiem. Un tas atspoguļo pieaugošo interesi par jaunām apziņas teorijām, kuras ir eksperimentāli pārbaudāmas.

Pirmkārt, nedaudz fona. Viens no pēdējo gadu svarīgākajiem sasniegumiem apziņas izpētē ir ideja, kas pazīstama kā integrētās informācijas teorija . Neirozinātnieka Džulio Tonīni izstrādātā ideja ir tāda, ka apzinātai sistēmai ir jābūt divām īpašām iezīmēm.

Pirmkārt, tai ir jāapstrādā liels informācijas apjoms. Otrs ir tas, ka šī informācija ir jāintegrē veselumā, ko nevar sadalīt neatkarīgās daļās. Tas atspoguļo pieredzi, ka katrs apziņas mirklis ir vienots veselums. Tātad apziņa ir informācijas parādība ar īpašām īpašībām.

Viena no šīs teorijas lielajām priekšrocībām ir tā, ka tā ir piemērota matemātiskajai analīzei. Patiešām, fiziķi, piemēram, Makss Tegmarks no MIT, ir izstrādājuši integrētās informācijas teorijas matemātiskos modeļus, kas sniedz pārbaudāmas prognozes un var tikt modificētas, lai ņemtu vērā novērojumu datus.

Piemēram, teorija paredz, ka informācijai, kas saistīta ar apzinātu uzbudinājumu, ir jābūt noteiktai sarežģītības pakāpei. Un tāpēc tās radītās informācijas sarežģītība ir apzinātas uzbudinājuma mēraukla.

Tomēr ir problēma. Informācija, kas saistīta ar apzinātu uzbudinājumu, ir skaidri saistīta ar daudzām dažādām smadzeņu daļām. Šīs integrētās informācijas mērīšana ir grūts uzdevums.

Bet ir vienkāršāka pieeja. Tas ir paredzēts, lai aplūkotu informācijas plūsmu no noteiktām smadzeņu vietām un novērtētu tās radīto laikrindu sarežģītību. Tā kā šī laika rinda ir saistīta ar mehānismiem, kas integrē informāciju smadzenēs, tai vajadzētu sniegt zināmu ieskatu apziņas līmenī, kas atrodas aiz tā.

Vismaz tā ir teorija. Lai noskaidrotu tā praktisko vērtību, Muñoz un citi pēta smadzeņu signālus, ko rada 13 augļu mušas gan nomodā, gan anestēzijas laikā. Pēc tam viņi pēta signālus, lai redzētu, cik tie ir sarežģīti.

Rezultāti rada interesantu lasīšanu. Mēs atklājām, ka statistiskā sarežģītība vidēji ir lielāka, kad muša ir nomodā, nekā tad, kad tā pati muša tiek anestēzēta, viņi saka.

Tas ir svarīgi, jo tas liecina par uzticamu veidu, kā noteikt apzinātas uzbudinājuma līmeni, izmantojot datus no viena kanāla, nevis no daudziem dažādiem datu avotiem. Tas arī liecina, ka ir skaidrs apzinātas uzbudinājuma marķieris, kas nav atkarīgs no īpašiem ārējiem stimuliem.

Tas ir interesants darbs, kas rada iespēju veikt detalizētākus pētījumus. Piemēram, dati no atsevišķiem kanāliem varētu sniegt vairāk ieskatu apziņas būtībā. Iespējams, ka līdzīgas analīzes piemērošana citām datu kopām, jo ​​īpaši cilvēka EEG datiem, radīs jaunus atklājumus par saistību starp apziņu un sarežģītību, saka Muñoz un co.

Ne tik sen apziņa bija pētnieku tabu tēma, jo tika uztverta nespēja to zinātniski risināt. Taču jaunais darbs atspoguļo jaunatklāto interesi un entuziasmu apziņas izpētē ar pārbaudāmām hipotēzēm un atkārtojamiem novērojumiem. Skaidrs, ka priekšā ir aizraujoši laiki.

Atsauce: arxiv.org/abs/1905.13173 : Apziņas uzbudinājuma stāvokļu atšķiršana, izmantojot statistisko sarežģītību

paslēpties