Сознание уже давно называют одной из самых сложных загадок науки. Исследователи до сих пор не до конца понимают, как физическая ткань мозга порождает мысли, эмоции и субъективный опыт. Однако относительно новая технология, известная как транскраниальный сфокусированный ультразвук, может предложить мощный инструмент для более прямого изучения этой тайны.
Хотя технология существует уже несколько лет, она еще не стала стандартным инструментом в нейробиологических исследованиях. Сейчас двое ученых из Массачусетского технологического института (MIT) готовят новые эксперименты с использованием этого метода и опубликовали статью, которая служит подробным руководством – или «дорожной картой» – по его применению для изучения сознания.
«Транскраниальный сфокусированный ультразвук позволит стимулировать различные участки мозга у здоровых людей способами, которые ранее были просто недоступны», – говорит Дэниел Фриман, исследователь из MIT и соавтор статьи. – «Это инструмент, полезный не только для медицины или фундаментальной науки, но и способный помочь в решении трудной проблемы сознания. Он может исследовать, где в мозге находятся нейронные цепи, порождающие чувство боли, зрение или даже нечто столь сложное, как человеческая мысль».
В отличие от других методов стимуляции мозга, транскраниальный сфокусированный ультразвук не требует хирургического вмешательства. Он способен достигать более глубоких областей мозга с большей точностью, чем такие методы, как транскраниальная магнитная или электрическая стимуляция. Как отмечает Маттиас Михель, философ из MIT и соавтор работы, существует очень мало надежных и безопасных способов манипулировать активностью мозга.
Понимание работы человеческого мозга особенно затруднено, поскольку исследователи обычно не могут проводить инвазивные эксперименты на здоровых людях. За пределами нейрохирургии у ученых ограничены возможности для изучения глубоких структур мозга. Инструменты визуализации, такие как МРТ, показывают анатомию, а электроэнцефалограмма (ЭЭГ) регистрирует электрические сигналы, но эти методы в основном наблюдают за активностью, а не влияют на нее напрямую. Транскраниальный сфокусированный ультразвук работает иначе: он посылает акустические волны через череп и концентрирует их на точной цели, иногда шириной всего в несколько миллиметров.
Одним из важнейших преимуществ этой технологии является ее способность помогать устанавливать причинно-следственные связи. Многие современные исследования сознания основаны на наблюдении за активностью мозга во время выполнения различных задач. Хотя такие исследования выявляют корреляции, они не всегда показывают, создает ли конкретный мозговой сигнал сознательный опыт или просто сопровождает его. Активно изменяя активность мозга, сфокусированный ультразвук может помочь исследователям определить, какие нейронные процессы необходимы для сознания, а какие являются вторичными.
В своей статье ученые описывают, как технология может быть использована для проверки двух основных теорий сознания. Одна из них, известная как когнитивистский подход, утверждает, что сознательный опыт зависит от мыслительных процессов высокого уровня, таких как рассуждение и интеграция информации по всему мозгу. Альтернативная точка зрения предполагает, что сознание не требует сложной когнитивной «машинерии», а возникает непосредственно из-за специфических паттернов активности в более локализованных областях мозга, включая подкорковые структуры.
Исследователи предлагают использовать сфокусированный ультразвук для изучения роли префронтальной коры в восприятии, а также для ответа на вопрос, зависит ли осознанность от локальной активности или от крупномасштабных сетей. Например, эксперименты со зрительными стимулами могли бы помочь определить, какие области мозга необходимы для сознательного восприятия. Подобные подходы применимы и к боли. Человек часто отдергивает руку от горячей поверхности еще до того, как сознательно почувствует боль, что поднимает вопрос о том, где и как на самом деле генерируется это ощущение.
Фриман и Михель не только намечают идеи для будущих исследований, но и активно планируют эксперименты, которые начнутся со стимуляции зрительной коры, а затем перейдут к областям лобной коры. Если ЭЭГ может показать, когда нейроны реагируют на зрительный сигнал, то новые исследования призваны установить более четкую связь между активностью мозга и тем, что человек на самом деле видит и ощущает. «Одно дело сказать, что нейроны отреагировали электрически. Совсем другое – сказать, увидел ли человек свет», – заключает Фриман. По мнению его коллеги Маттиаса Михеля, этот путь исследований сопряжен с «низким риском и высокой наградой».
