Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката

Вполне возможно, что «примитивные» животные, такие как осьминог, действительно обладают сознанием, но не настолько сознательны, как, например, крыса. И крыса обладает сознанием, но не настолько сознательна, как собака или кошка. И собаки и кошки сознательны, но не как приматы, – так же и плод может обладать сознанием, но не таким, как ребенок. И ребенок может быть сознательным, но не таким сознательным, как взрослый. Но где кроются важные эволюционные различия, определяющие глубину сознания? Возможно, как в случае с осьминогом, ключом является размер нейронных ансамблей. Давайте рассмотрим различные параметры, которые будут определять окончательную оценку глубины сознания – интенсивность ряби от брошенного в воду камня. Эта красивая метафора принесет нам практическую пользу – мы используем ее, чтобы сформировать представление о различных факторах, влияющих на конечный результат. Каждая новая рябь не похожа на предыдущую, потому что камни могут быть разными по размеру, может отличаться сила, с которой их бросают, – и эта аналогия идеальна, когда речь идет об изучении мозга. Теперь, когда мы определили, что будем искать, давайте, наконец, возьмемся за скальпель и исследуем, что есть «камень» и какой процесс является эквивалентом «броска».

Формирование ряби: размер камня и сила броска

Кем бы вы ни были, молодым или старым, человеком или другим животным, если вы не из камня, будильники всегда будут вас будить. Но почему? Почему необычно громкий звук всегда будет возвращать вас в сознание?

Будильник можно принять как эквивалент броска камня. Даже небольшой камень, если метнуть его с достаточной силой, может спровоцировать обширную рябь: звук будильника будет достаточно громким (эквивалент сильного замаха при броске), чтобы активировать через сенсорные пути слуховой центр мозга (эквивалент камня). Звук настолько силен, что будет охвачена еще более обширная зона, то есть ансамбль (рябь) будет увеличиваться в размерах. Любое животное с функционирующей слуховой системой, любого возраста и умственного развития, будет вырвано из сна в некое сознательное состояние. Возникающая при этом форма сознания – это еще одна проблема, но пока мы не будем ее касаться, пока важным для нас является сила броска и размер камня в качестве определяющих факторов конечной интенсивности ряби.

В то время как сила броска – громкость будильника – определяется внешними объективными факторами, размер камня будет зависеть от индивидуальных свойств мозга. Внутри любого вида (но особенно это заметно у наиболее высокоорганизованных животных, таких как мы) конфигурация и характер сопряжения групп нейронов могут иметь решающее значение для определения следующего важного вариабельного фактора: нейронального эквивалента размера камня. По мере развития нашего мозга нейронные связи формируются сообразно нашим впечатлениям о внешнем мире. Этот феномен, благодаря которому опыт почти буквально оставляет свой след в мозге, как мы узнали ранее, называется пластичностью.

В мозге всех видов мы найдем нейроны, которые активируются входящими сигналами различной интенсивности (это броски разной силы), но количество нейронов в группе (это размер камня) будет определяться в соответствии с конкретной конфигурацией и силой связи между нейронами. Это означает, что один и тот же звук или зрительный стимул одной и той же интенсивности будут вызывать разные эффекты в мозге разных животных, так как отличается размер камня. В свою очередь, конфигурация и сила нейронных связей будут за висеть от дополнительного, но крайне важного фактора – предшествующего взаимодействия со средой. Чем выше уровень организации вида, тем более выражена способность к формированию опыта, что делает восприятие одних и тех же стимулов в значительной степени индивидуальным. Итак, давайте еще раз представим, что камень брошен в воду, но теперь мы просто подбрасываем его, а не замахиваемся со всей силой – как в безжалостном примере с будильником. Обширная рябь может быть сгенерирована просто потому, что камень велик. Переводя на язык нейронауки, возбуждение постепенно распространяется через стабильные, прочные связи, обусловленные, в свою очередь, индивидуальным опытом и механизмами пластичности.

Эта закономерность также может иметь место, хотя и в меньшей степени, у других животных. Возьмем взрослых крыс. Популярным способом изучения этого эффекта в лаборатории является создание так называемой обогащенной среды. «Обогащение» для крысы не означает, что она будет есть экзотическую пищу или жить в золотой клетке. Термин «обогащение» относится к среде, которая максимально стимулирует мозг, поэтому если вы хотите дать максимальную стимуляцию для крысы, то вы должны убедиться, что она имеет возможности для взаимодействия с различными новыми объектами и явлениями (рис. 3).