Ствол мозга может управлять основами осознания
В октябре 2004 года шведский нейробиолог Бьорн Меркер упаковал свою видеокамеру и присоединился к пяти семьям для недельной встречи во Флориде, в рамках которой он несколько раз посещал сад детских удовольствий, известный как Мир Диснея. Однако для Меркера поездка не была отпуском. С разрешения родителей он приехал, чтобы понаблюдать и задокументировать поведение одного ребенка в каждой семье, который родился с отсутствующим примерно 80 процентами мозга.
Эти дети в возрасте от 1 до 5 лет на момент их приключений в Диснее перенесли инсульты в зародыше или испытали другие проблемы со здоровьем незадолго до или после рождения, которые разрушили почти весь внешний слой мозга, или кора. В этом редком состоянии, называемом гидранэнцефалией, спинномозговая жидкость заполняет зияющую дыру в голове ребенка.
Такие подростки часто умирают на первом году жизни в результате судорог, церебрального паралича, аномалий легких и множества других физических недугов. Однако при правильном лечении и установке шунтов для оттока жидкости из мозговой оболочки некоторые люди живут 20 лет и более.
Неврологи обычно рассматривают гидранэнцефалию как анатомический приговор к пожизненному «вегетативному состоянию». Такие дети якобы подтверждают до безобразия простое уравнение: мало коры или ее отсутствие равнозначно отсутствию осознания любого рода.
В семейных мероприятиях, наблюдаемых в Волшебном Королевстве и других местах, дети быстро ставят под сомнение это стандартное предположение. Меркер отметил, что эти невербальные дети, лишенные коры головного мозга, оставались бдительными большую часть дня. Они реагировали на происходящее вокруг них и выражали палитру эмоций. Рот 3-летней девочки широко раскрылся, а ее лицо сияло от радости и волнения, когда ее родители взяли ее младшего брата на руки.
Подростки демонстрировали хороший слух, но ограниченное зрение, любопытная закономерность, учитывая, что они, как правило, сохраняли небольшие части зрительной коры, но не слуховую.
Во время наблюдения за каждым ребенком дома Меркер отметил, что эти дети узнавали знакомых взрослых, любили знакомую обстановку и предпочитали определенные игрушки, мелодии или видеопрограммы. Несмотря на ограниченную подвижность, некоторые дети брали на себя поведенческие инициативы, например, учились активировать игрушку, щелкая выключателем.
В февральском выпуске Behavioral and Brain Sciences Меркер, независимый нейробиолог из Сегельторпа, Швеция, описал, как достижения этих детей соотносятся с поведением, зафиксированным в предыдущих исследованиях функций мозга человека и животных после хирургического вмешательства. удаление коры. Его анализ приводит к провокационному предположению: базовое осознание человеком своего внутреннего и внешнего мира зависит от ствола головного мозга, часто упускаемого из виду цилиндра ткани, расположенного между спинным мозгом и корой..
Меркер утверждает, что ствол мозга поддерживает элементарную форму сознательного мышления у детей с гидранэнцефалией. Он также содержит слуховые структуры, способные сохранять слух у человека без коры. Напротив, повреждение зрительного нерва при гидранэнцефалии часто ухудшает зрение, независимо от того, что делает ствол головного мозга.
Самосознание и другие «высшие» формы мышления могут потребовать участия коры головного мозга. Но Меркер утверждает, что «первичное сознание», которое он рассматривает как способность интегрировать ощущения окружающей среды с непосредственными целями и чувствами, чтобы направлять поведение, исходит из ствола мозга.
Если он прав, практически все позвоночные, обладающие схожим строением ствола мозга, принадлежат к клубу «первичного сознания». Более того, медицинские определения смерти мозга как отсутствия активности коры столкнутся с серьезной проблемой. По крайней мере, врачи больше не могли предполагать, что людям с гидранэнцефалией не нужны обезболивающие или анестезия во время инвазивных медицинских процедур.
«Быть сознательным не обязательно быть самосознательным», - говорит Меркер. «Молчаливое согласие относительно коры головного мозга как «органа сознания»… на самом деле может быть серьезно ошибочным».
Утечка мозгов
Корни тезиса Меркера возникли более 50 лет назад в операционной канадских нейрохирургов Уайлдера Пенфилда и Герберта Джаспера. Хирурги первыми удалили большие куски коры в качестве лечения тяжелой, неконтролируемой эпилепсии. Чтобы определить и избежать повреждения еще функционирующих областей мозга, Пенфилд и Джаспер не давали пациентам спать во время операции и применяли только местную анестезию.
Во время и после операции пострадали различные умственные способности, в зависимости от места и степени потери нервной системы. Тем не менее, Пенфилд и Джаспер обнаружили, что пациенты сохраняли сознательный поток мыслей.
В ходе электростимуляции различных областей мозга во время операций по выявлению ключевых функциональных зон они отметили, что ток, подаваемый в нужные точки, может вызывать все виды припадков, кроме так называемой «абсансной эпилепсии». характеризуется внезапной потерей сознания на несколько секунд. Основываясь на том, что они знали о мозге, исследователи предположили, что структуры внутри и непосредственно над стволом мозга обычно вызывают абсансную эпилепсию и взаимодействуют с корой, чтобы регулировать сознательные мысли и намеренные действия..
Исследования на животных, преимущественно на крысах, с тех пор показали, что три соседние части ствола мозга представляют собой «симулятор нейронной реальности», который порождает фундаментальную форму сознания, утверждает Меркер.
Вдоль верхней части среднего мозга, которая представляет собой крышу ствола мозга, слои клеток интерпретируют пространственное расположение окружения животного относительно его тела. Чуть ниже участок серой ткани влияет на поведение, связанное с эмоциями, такое как агрессия, секс, защитные маневры и болевые реакции.
Далее вниз по стволу мозга лежат взаимосвязанные области, которые регулируют направление взгляда и организуют решения о том, что делать дальше, например, потянуться за кусочком еды или преследовать потенциального партнера.
Вместе эти структуры окружают ткань ствола головного мозга, которая соединяется с сенсорными областями по всей коре.
Меркер предполагает, что у существ со стволом мозга, но небольшой корой, симулятор нейронной реальности создает двухмерную экранную карту мира с движущимися фигурами. Большой объем коры головного мозга усиливает симулятор нейронной реальности, создавая способность воспринимать трехмерный мир, состоящий из твердых объектов. Нейронное расширение также позволяет людям размышлять о том, что они думают и чувствуют.
В поддержку своей теории Меркер цитирует исследования, проведенные за последние 40 лет, в которых крысы и кошки показали относительно мало поведенческих проблем после хирургического удаления коры головного мозга, как в младенчестве, так и во взрослом возрасте. Эти лишенные коры головного мозга животные используют зрение и осязание, чтобы ориентироваться в своем окружении, узнают, где найти пищу в лабиринтах, и сохраняют способность стоять, карабкаться, ухаживать, спариваться и заботиться о потомстве.
Меркер также упоминает необычное явление, известное как эффект Спрага. Полное удаление зрительной коры на одной стороне мозга делает животных неспособными видеть что-либо в половине поля зрения, противоположной хирургическому участку. Тем не менее крошечный надрез в среднем мозге восстанавливает способность животного обнаруживать движущиеся объекты и приближаться к ним, хотя оно по-прежнему не может отличить один объект от другого.
Эффект Спрага подчеркивает визуальное влияние ствола мозга, утверждает Меркер. Удаление зрительной коры подрывает активность ствола мозга через многочисленные нейронные связи с пространственными клетками среднего мозга, которые внезапно теряют значимую информацию. Удачно расположенный разрез среднего мозга останавливает активность некоторых из этих своенравных связей, позволяя, по его мнению, частично вернуть зрение.
Любая сущность с эквивалентом симулятора нейронной реальности, «независимо от того, находится ли она в нейронной среде или, в конце концов, в кремнии», будет иметь сознание, теоретизирует Меркер.
Кортикальный раздел
Из 27 комментариев исследователей мозга и мозга, опубликованных вместе со статьей Меркера, почти половина согласилась с тем, что внутренняя работа сознания лежит в стволе мозга.
«Корни сознания существуют на древних нейронных территориях, которые мы делим со всеми позвоночными», - говорит нейробиолог Яак Панксепп из Университета штата Вашингтон в Пуллмане. «Судя по эмпирическим данным, все млекопитающие являются разумными существами».
В своем собственном исследовании Панксепп изучает способность животных испытывать биологически обусловленные состояния ума или чувства, которые варьируются от голода и жажды до эмоционального восторга и страдания. Например, Панксепп и его коллега сообщили в спорной статье 2003 года, что крысы выражают «радость», играя с другими крысами, издавая ультразвуковые звуки, которые представляют собой наследственную форму смеха.
Психолог Кэрролл Изард из Делавэрского университета в Ньюарке подчеркивает, что эта форма первичного сознания, как выразился бы Меркер, или «первичный аффект», как Панксепп называет крысиное сознание, состоит из сенсорной активности. в стволе головного мозга. Эта способность порождает эмоции и осознание своего окружения, но не способность говорить о том, что он пережил, продолжает Изард. Точно так же люди могут осознать чувство, которое они не могут обозначить или описать, явление, которое особенно часто встречается у здоровых младенцев и детей с отсутствием коры головного мозга, говорит Изард..
Существование первичного сознания бросает вызов широко распространенному среди врачей представлению о том, что новорожденные и плоды не могут чувствовать боль, добавляет детский невролог К. Дж. С. Ананд из Арканзасского университета медицинских наук в Литл-Роке. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что взрослый и незрелый мозг используют разные системы для обработки боли, говорит Ананд.
Ствол головного мозга и таламус, ретрансляционная станция для ощущений чуть выше ствола мозга, стимулируют болевые реакции у младенцев до и после рождения, утверждает он. Ананд предполагает, что кора головного мозга берет на себя восприятие боли, поскольку она значительно расширяется в детстве и подростковом возрасте.
Другие исследователи критикуют Меркера за то, что он отрицает традиционное положение коры головного мозга как двигателя сознания. Даже если базовая форма сознания существует, они считают ее по крайней мере частичным продуктом коры, а не только ствола мозга, как утверждает Меркер.
Сознательное мышление, вероятно, зависит от работы связанных областей мозга внутри и вне коры, утверждают Сюзанна Уоткинс и Герайнт Риз, нейробиологи из Университетского колледжа Лондона. «Кажется маловероятным, что активности в какой-то одной области человеческого мозга будет достаточно для сознания», - пишут они.
Дети с гидранэнцефалией, изученные Меркером, обладают остатками кортикальной ткани, которые могли вызывать состояния сознания, предполагают исследователи.
Другие комментаторы, в том числе философ Гуальтьеро Пиччинини из Университета Миссури-Сент-Луис. Луис, приведите предыдущие доказательства того, что кора сама по себе регулирует зрительное восприятие. После повреждения зрительной коры некоторые пациенты сообщают об отсутствии сознательной способности видеть на одной стороне своего поля зрения, но все же бессознательно воспринимают идентичность и расположение предметов в том же поле зрения. Ученые называют это явление слепым зрением.
Наиболее широко изученный слеповидящий пациент часто сообщал, что осознает «что-то» в своем слепом поле зрения, отмечает Меркер. Этот человек сохраняет первичное визуальное сознание своего окружения, но не может описать то, что он видит, словами, утверждает шведский исследователь.
Восстановленные дети
В отчете 1999 г. Д. Алан Шьюмон, детский невролог из Медицинского центра Лос-Анджелеса Калифорнийского университета, и его коллеги описали домашние наблюдения за тремя детьми в возрасте от 6 до 17 лет, которым родился с гидранэнцефалией и воспитан любящими, внимательными родителями. Исследователи сообщили, что каждый ребенок демонстрировал сопоставимые признаки сознательной умственной деятельности.
Например, вскоре после рождения сканирование мозга новорожденной девочки выявило почти полное отсутствие кортикальной ткани. Медики сказали матери девочки, что в качестве «овоща» ребенок проживет не более 2 лет. Невролог пришел к выводу, что мозг девочки «как у рептилии» и что она никогда не будет взаимодействовать с другими людьми.
Шевмон впервые навестил девочку в 5 лет, наблюдая за ее поведением дома. Несмотря на то, что ей было трудно сидеть или ходить без посторонней помощи, она демонстрировала отличное здоровье. Она улыбнулась в ответ на дружеские предложения Шевмона и тут же посмотрела на поднесенные к ней предметы. Во время записанного на видео сеанса игры со своей матерью девочка произносила «а-а-а», когда ее просили сказать «мама».
Она оживилась, услышав веселые песни, но часто плакала во время грустных песен. Она наслаждалась сенсорной стимуляцией автомобильных поездок, плакала на остановках и успокаивалась, когда движение возобновлялось. Ей не нравился громкий шум пылесосов и фенов. Она продемонстрировала понимание нескольких слов, в том числе слова «кролик-кролик» для одной из своих мягких игрушек.
«Если бы этих детей содержали в приютах или обращались дома как с «овощами», можно не сомневаться, что они оказались бы в точности такими, как предсказывалось», - говорит Шевмон.
Проведя собственные наблюдения за детьми с гидранэнцефалией и их семьями, Меркер поддерживает этот момент. Он отмечает, что хорошо леченные дети, рожденные с небольшой корой или без нее, регулярно демонстрируют кратковременную потерю сознания из-за абсансной эпилепсии, что является явным признаком того, что в другое время они находятся в сознании.
Родители описывали эти провалы сознания у своих детей Меркеру такими фразами, как «она ушла, разговаривая с ангелами».
Возможно, наиболее интригующе то, что дети с гидранэнцефалией демонстрируют, что ствол мозга - это не просто реликт рептилий, спрятанный в подвале мозга. «Ствол человеческого мозга является специфически человеческим», - говорит Меркер.«Эти дети улыбаются и смеются специфически человеческим образом, в отличие от наших ближайших родственников среди обезьян».
На данный момент нейронная загадка сознания остается нерешенной. Но исследователи, наделенные корой, могут многому научиться у детей, лишенных коры головного мозга.