Заходят как-то в бар нейробиолог, философ, психолог и физик. И давай вслепую слона с разных сторон щупать…

Один из самых неизученных вопросов в науке – это работа мозга. И хоть чисто физиологические процессы понемногу поддаются постепенному изучению, дают ли они ответы на будоражащие сознание людей вопросы? Например, а что есть “сознание”?

Эта задача занимает умы философов со времён Платона, а, может, и раньше. Сознание – это эти наши субъективные переживания, реакции на запахи, образы, ощущения, внешние и внутренние события. Оценка происходящего и определение его значения, этакое понимание нашего “Я”. Это постоянный неуловимый мыслительный процесс, который на протяжении многих веков исследователи не в силах описать. Где же оно образуется, откуда берётся или в каком месте обитает?

И ответы на эти вопросы важны для принятия решений во многих ситуациях. Например, вопросов жизни и смерти людей с повреждениями мозга, некоторых парализованных, имеющих признаки мыслительных процессов и т.п. Или присвоения прав животным и возможность наличия сознания у искусственного интеллекта.

С не такого уж давнего времени над этой проблемой работают не только философы, но и нейробиологи, и психологи, и даже физики. Теорий сознания есть десятки, но сейчас мы вернёмся “в бар” к нашим героям.

Пари на винишко и четверть века.

В 1998 году, на второй ежегодной конференции Ассоциации научных исследований сознания (Association for the Scientific Study of Consciousness – ASSC) нейробиолог Кристоф Кох поспорил с философом Дэвидом Чалмерсом, что в ближайшие 25 лет учёные разберутся, как функционирует сознание на уровне нейронов головного мозга.

Появившиеся в конце ХХ века в лабораториях аппараты МРТ и чудная оптогенетика, позволявшая и вовсе стимулировать отдельные группы нервных клеток – технологическое развитие методов исследования мозга захватывало и вселяло в нашего нейробиолога Кристофа (сегодня – заслуженного исследователя Алленовского института наук о мозге в Сиэттле) уверенность в том, что расшифровать природу сознания – не проблема.

Его оппонент Дэвид (ныне директор Центра изучения мышления, мозга и сознания в Университете Нью-Йорка) философски стоял на том, что за какую-то там четверть века невозможно придти к единой, непротиворечивой, полно описывающей работу человеческого сознания теории.

Просто ждать – это не для учёных, и чтобы разрешить спор, было решено провести серию “состязательных” экспериментов, проверяющих гипотезы о сознании. Шесть независимых лабораторий различными методами начали получать и сравнивать показатели активности различных областей мозга, чтобы подтвердить или опровергнуть теории о работе человеческого сознания. И среди многообразия этих теорий можно выделить парочку наиболее жизнеспособных: теорию интегрированной информации (Integrated Information Theory – IIT) и теорию глобального нейронного рабочего пространства (Global Neuronal Workspace Theory – GNWT).

Теория интегрированной информации (IIT) предполагает, что сознание “обитает” в некоей структуре, образованной нейронными связями, возникая каждый раз в задней части коры больших полушарий при нашем ответе на некий стимул: картинку, прикосновение и прочую информацию. Философы называют порождения субъективного опыта и ощущения, возникающие у нас при восприятии окружающего мира, наличие у нас квалиа – трудной проблемой сознания. Философ Дэвид Чалмерс объясняет, что описать работу сознания в чисто физических терминах по-прежнему сложно. Поэтому IIT идёт от обратного: принимает существование сознания за аксиому, от этого двигаясь к физическим принципам.

Теория глобального нейронного рабочего пространства (GNWT) описывает сознание как общее рабочее пространство, где взаимодействуют и конкурируют независимые процессы мозга, или когнитивные модули. Сознание возникает, когда информация транслируется в префронтальную кору мозга через взаимосвязанную сеть. Эта передача информации ограничена началом и завершением чувственного опыта. Кстати, наработки исследователей данной теории пригодились в развитии нейросетей и высокочувствительных роботов.

Время экспериментов.

Исследования “без отчета”, в которых участники пассивно просматривали изображения, связаны с бинокулярным соперничеством: если левому и правому глазу человека показывают разные изображения, его сознательное восприятие переключается между ними. Такие моменты можно фиксировать – независимо от отчета участников – путем отслеживания движений глаз. Эти эксперименты обнаружили сигналы сознательного восприятия в задней части мозга, области, предсказанной IIT.

Но лагерь сторонников переднего плана мозга не сдавался, утверждая, что эти исследования сами по себе изобилуют путаницами. Например, участники могут быть настолько утомлены созерцанием изображений на экране, что перестают обращать на них внимание и позволяют своему разуму блуждать по другим задачам. Этот феномен философ из Нью-Йоркского университета Нед Блок назвал ”проблемой скучающей обезьяны”.

Говорят, что в споре рождается истина. Так это состязание породило проект GNWT-vs-IIT, запущенный в 2019 году – детище Коха, тогдашнего главного научного сотрудника Института Аллена и сторонника IIT, и Давида Потгитера, директора научных программ Discovery в TWCF (Всемирный благотворительный фонд Темплтона), который выделил 20 миллионов долларов на серию грантов для данного проекта.

Несколько независимых руководителей проекта, психологи, психиатры и нейробиологи год работали над разработкой двух экспериментов, для которых каждая из двух теорий имела чёткие предсказания. Когда все приготовления были закончены, шесть теоретически нейтральных лабораторий приступили к исследованиям. Они сканировали мозг 250 участников с использованием трех методик: функциональной магнитно-резонансной томографии, магнитоэнцефалографии и электрокортикографии, при которых электроды помещаются на поверхность мозга перед операцией.

В первом эксперименте участникам показывали изображения с сопутствующим заданием (нажатием кнопки в ответ на любое из двух целевых изображений) и без него, чтобы исследователи могли искать различия в результирующих сигналах мозга.
IIT предсказывает, что пассивное восприятие активирует заднюю часть мозга, но восприятие во время выполнения задач вызовет активизацию передней части.
GNWT предсказывает схожую активацию мозга в префронтальной зоне в двух этих ситуациях.

Ключом к эксперименту были алгоритмы, называемые многомерными декодерами паттернов, которые могли предсказать, какое изображение участник просматривал в данный момент времени, на основе сигналов его мозга. Исследователи первоначально “обучили” эти декодеры, скармливая им примеры данных о мозговой активности этого участника вместе с соответствующим изображением.

Результаты оказались весьма неоднозначными.

По итогам экспериментов удалось доказать, что зоны в задней части коры больших полушарий действительно хранят информацию. Там и должна располагаться структура, описанная сторонниками IIT. При этом ученые не обнаружили синхронизацию разных зон мозга, которую тоже предсказывает теория интегрированной информации. Таким образом, теория подтвердилась не полностью.

GNWT тоже нашла подтверждение не в полном объеме. В префронтальной области коры мозга действительно обнаружили активность, которая могла бы оказаться трансляцией информации. Однако этот процесс, согласно теории, должен происходить в начале и в конце переживания ощущения. В процессе эксперимента удалось зафиксировать трансляцию лишь в его начале.

“Результаты в конечном итоге поставили под сомнение обе [группы], поскольку ключевые предсказания двух теорий были опровергнуты данными”, – говорит Лиад Мудрик, когнитивный нейробиолог из Тель-Авивского университета, который помог разработать и оценить научное противостояние.

Для последующего эксперимента, финансируемого TWCF, который исследовательская группа надеется представить на встрече ASSC в следующем году, Мудрик собирается внести определённые изменения в его “оформление”. Используя специальную видеоигру, чтобы отвлечь участников, этот эксперимент выделит нейронные сигналы сознательного восприятия путем сравнения сигналов мозга, когда испытуемые осознают, что видят изображение, а когда нет.

Итог первого тура пьяного пари 25-летней давности был подведён в июне 2023 года на очередном ежегодном собрании Ассоциации научного изучения сознания (ASSC) в театре Гринвич-Виллидж, Нью-Йорк. Нейробиолог Кристоф Кох признал, что ставка философа Дэвида Чалмерса оправдалась: наука до сих пор не может объяснить сознание. Кох торжественно вручил победителю бутылку мадеры 1978 года, к которой прилагались еще пять бутылок хорошего красного вина. “Я проиграл битву, – заявил он со сцены, – но выиграл войну за науку”.

Ждём продолжения, кто знает, быть может истина найдётся в вине.

Муркнула вас, пусть споры имеют только продуктивные последствия.

*На фото Дэвид Чалмерс (слева) получает свою заслуженную мадеру.