Сознание уже давно считается одной из самых сложных загадок для науки. Исследователи до сих пор не до конца понимают, как физические ткани мозга порождают мысли, эмоции и субъективные переживания. Относительно новая технология, известная как транскраниальная фокусированная ультразвуковая стимуляция, может стать мощным инструментом для непосредственного изучения этой тайны. Хотя эта технология существует уже несколько лет, она до сих пор не стала стандартным инструментом в нейробиологических исследованиях. Сейчас двое исследователей из Массачусетского технологического института готовят новые эксперименты с использованием этой технологии и опубликовали статью в журнале Neuroscience and Biobehavioral Reviews, которая представляет собой подробное руководство, или “дорожную карту”, по ее применению для изучения сознания.
“Транскраниальная фокусированная ультразвуковая стимуляция позволяет стимулировать различные участки мозга у здоровых людей так, как раньше было невозможно. Это инструмент, который полезен не только для медицины и даже не только для фундаментальной науки, но и может помочь в решении сложной проблемы сознания. С его помощью можно определить, где в мозге находятся нейронные цепи, отвечающие за ощущение боли, зрения и даже за такие сложные процессы, как человеческое мышление”, — говорит Дэниел Фримен, исследователь из Массачусетского технологического института и соавтор статьи.
В отличие от других методов стимуляции мозга, транскраниальная фокусированная ультразвуковая стимуляция не требует хирургического вмешательства. Она позволяет воздействовать на более глубокие участки мозга с большей точностью, чем такие методы, как транскраниальная магнитная или электрическая стимуляция.
Понять, как устроен человеческий мозг, особенно трудно, поскольку исследователи, как правило, не могут проводить инвазивные эксперименты на здоровых людях. За исключением нейрохирургии, у ученых мало возможностей для изучения глубоких структур мозга. Такие методы визуализации, как магнитно-резонансная томография и различные виды ультразвукового исследования, позволяют получить представление об анатомии, а электроэнцефалограмма (ЭЭГ) регистрирует электрические сигналы, проходящие через мозг. Однако эти методы в основном позволяют наблюдать за активностью мозга, а не воздействовать на нее напрямую.
Транскраниальная сфокусированная ультразвуковая терапия работает иначе. Она посылает акустические волны через череп и фокусирует их на определенной цели, иногда всего в несколько миллиметров шириной. Это позволяет исследователям стимулировать определенные участки мозга и наблюдать за реакцией, что делает этот метод перспективным для тщательно контролируемых экспериментов.
“Впервые в истории появилась возможность модулировать активность глубоко в мозге, в нескольких сантиметрах от поверхности головы, изучая подкорковые структуры с высоким пространственным разрешением. В глубине мозга находится множество интересных эмоциональных центров, но до сих пор их нельзя было стимулировать вне операционной”.
Одним из важнейших преимуществ этой технологии является ее способность выявлять причинно-следственные связи в мозге. Многие современные исследования сознания основаны на наблюдении за активностью мозга в то время, когда человек обрабатывает визуальные стимулы или выполняет задачи, связанные с осознанностью. Хотя эти исследования выявляют корреляции, они не всегда позволяют понять, является ли тот или иной мозговой сигнал причиной осознанного восприятия или просто сопутствующим фактором.
Изменяя активность мозга, транскраниальная фокусированная ультразвуковая стимуляция может помочь исследователям определить, какие нейронные процессы необходимы для формирования сознания, а какие являются вторичными эффектами.
Конкурирующие теории о том, как работает сознание
В своей статье исследователи описывают, как эту технологию можно использовать для проверки двух основных теорий сознания. Согласно одной из них, известной как когнитивистский подход, осознанное восприятие зависит от высших психических процессов, таких как логическое мышление, рефлексия и интеграция информации в мозге. Сторонники этой точки зрения часто подчеркивают роль лобной коры головного мозга.
Согласно альтернативной точке зрения, которую иногда называют некогнитивистским подходом, сознание не требует сложных когнитивных механизмов. Вместо этого определенные паттерны активности мозга могут напрямую вызывать определенные переживания. С этой точки зрения сознание может возникать в более локализованных областях мозга, в том числе в задних отделах коры головного мозга или в более глубоких подкорковых структурах.
Исследователи предлагают использовать фокусированную ультразвуковую стимуляцию для изучения таких вопросов, как роль префронтальной коры в восприятии, зависимость осознанности от локальной активности мозга или крупномасштабных нейронных сетей, то, как отдельные области мозга объединяют информацию в единое переживание, и какую роль в осознанности играют подкорковые структуры.
Что могут рассказать боль и зрение
Эксперименты с использованием визуальных стимулов могут помочь определить, какие области мозга необходимы для осознанного восприятия. Аналогичные подходы можно применить и к изучению боли — еще одного фундаментального компонента осознанного восприятия. Например, люди часто отдергивают руку от горячей поверхности еще до того, как осознают боль. Это заставляет задуматься о том, где и как на самом деле возникает ощущение боли.
“Боль может исходить из коры головного мозга или из более глубоких структур. Меня интересуют методы лечения, но мне также интересно, могут ли подкорковые структуры играть более важную роль, чем принято считать. Возможно, физическое проявление боли связано с подкорковыми структурами. Это всего лишь гипотеза. Но теперь у нас есть инструмент для ее проверки”, — говорит Дэниел Фримен.
Ученые не просто выдвигают идеи для будущих исследований. Они активно планируют эксперименты, которые начнутся со стимуляции зрительной коры, а затем перейдут к более высокоуровневым областям лобной коры. Такие инструменты, как электроэнцефалография, позволяют определить, когда нейроны реагируют на зрительные стимулы, но цель новых исследований — установить более четкую связь между активностью мозга и тем, что на самом деле ощущает человек. “Одно дело — сказать, что эти нейроны отреагировали на электрический сигнал. И совсем другое — сказать, что человек увидел свет”.
Массачусетский технологический институт. Пер.: PSYCHOL-OK.RU
