II. Невронни корелати на съзнанието (NCC)
Въведение: какво представляват "невронните корелати на съзнанието" (NCC)?
Целта на когнитивната невронаука е да открие невронните корелати и биологичните механизми, които са в основата на когнитивните феномени. За да събере емпиричните данни, които биха помогнали за това, когнитивната невронаука използва методи за измерване на различни аспекти на мозъчната дейност. Такива измервания се извършват по време, когато субектът решава определени интелектуални задачи. Следователно те отразяват дейността на мозъка, свързана с определена умствена дейност. Методите на когнитивната невронаука (EEG, MEG, функционален магнитен резонанс (fMRI), позитронно-емисионна томография (PET) и транскраниална магнитна стимулация (TMS)) също могат да се използват за идентифициране на невронни механизми на съзнанието. През последните години търсенето на невронни корелати на съзнанието се превърна в популярна област на изследване в пресечната точка на когнитивната невронаука и науката за съзнанието.
Когато нещо се случи в субективния ни душевен живот – преживяваме експлозия от емоции, чувстваме болка, виждаме цветове – в същото време нещо със сигурност ще се случи.
и в мозъка. Изглежда, че в нашия съзнателен живот не може да има феноменални преживявания, които да не бъдат придружени от съответната невронна активност в мозъка. Описвайки такава връзка между ума и мозъка, философите говорят за допълнителна връзка между дейността на съзнанието и дейността на мозъка: за всяко събитие в ума има съответно събитие в мозъка. Това
- принципът на ковариантността между съзнанието и мозъка. Но имайте предвид, че тази връзка работи само в една посока: обратното, че за всяко събитие в мозъка има съответстващо събитие в ума, не е вярно. Промени вмозъчните дейности, отговорни за несъзнателната дейност, могат да възникнат без участието на съзнанието, но промените в съзнанието задължително са придружени от някои промени в мозъчната дейност.
В допълнение, такива зависими взаимоотношения също включват предположението, че събитията в ума по някакъв начин са резултат от събития в мозъка и следователно са неделими от тях. Това е принципът на онтологичната зависимост на съзнанието от мозъка. Не може да има съзнание, ако няма мозък, но мозъкът със сигурност може да съществува без никакво съзнание.
Когнитивните невролози очевидно приемат тези допълващи се взаимоотношения за даденост. В съответствие с принципа на онтологичната зависимост те приемат, че съзнанието без мозък е невъзможно, докато мозъкът без съзнание е възможен. Ако съзнанието можеше да съществува независимо от мозъка, щяхме да наблюдаваме един вид картезиански дуализъм. Но нямаме твърди доказателства, че събитията в ума могат да съществуват независимо от събитията в мозъка. Така че трябва да вярваме, че събитията в ума са резултат от събития в мозъка.
Обърнете внимание обаче, че пристрастяващите взаимоотношения по никакъв начин не обясняват защо умът и мозъкът са свързани по толкова специален начин. Между другото, ковариацията заедно с онтологичната зависимост са съвместими с редуктивните теории
и възникващ материализъм. И едно възможно обяснение защо зависими
А. Ревонсуо. "Психология на съзнанието"
връзката се приема за вярна е, че редуктивният или възникващият материализъм адекватно описва реалността. Но този философски въпрос, разбира се, остава открит.
Зависимите взаимоотношения могат да формират основата на програматаневрологично изследване на съзнанието. Въз основа на принципа на ковариантността, изследователите в областта на когнитивната невронаука смятат, че всеки субективен феномен в съзнанието трябва задължително да корелира с някои обективни неврологични феномени в мозъка. Следователно има смисъл да се опитаме да открием с помощта на обективни измервания всичко, което е възможно за невроанатомичните и неврофизиологичните детайли на обединението на съзнанието и мозъка.
Какво имаме предвид, когато казваме, че събития от два различни типа корелират едно с друго? Ако две събития са свързани, те обикновено се случват по едно и също време. Ако едно от тях се появи, изчезне, промени се качествено или количествено, същото се случва и с другото събитие, приблизително по същото време. Следователно, чрез обективно измерване на мозъчната активност е възможно да се открие кои неврологични събития корелират точно с кои събития в съзнанието. Това би била първата разумна стъпка към създаването на теория за връзката между съзнанието и мозъка, основана на емпирични данни. Следователно търсенето на невронни корелати на съзнанието се превърна в основния подход към изследването на съзнанието в неврологията.
За да се постигне тази цел и да се открие NCL, е необходимо да се опише както природата на съзнателните събития, така и природата на събитията в мозъка и след това да се опитате да свържете тези описания с помощта на подробен речник или карта. Първо, за да се изследват отделно корелатите на всеки тип феномени на съзнанието, е необходимо да се създаде таксономия или подробна класификация на различните нива и съдържания на съзнанието. Второ, трябва да бъдат проектирани експерименти, при които невронните корелати на всеки тип съзнание могат да бъдат измерени независимо от другите типове. Такива изследвания се провеждат активно в когнитивната невронаука.
Глава 7 Методи иексперименти в областта на NCS
Въведение: как да проектираме NCM експеримент Функционални методи за изобразяване на мозъка: fMRI и PET Електромагнитно изобразяване на мозъка с помощта на EEG и MEG Заключения Въпроси за обсъждане
Въведение: Как да проектираме NCL експеримент
Основният принцип, залегнал в експериментите с NCL, е много прост. Ако искате да откриете невронните корелати на състояние на съзнание или съдържанието на съзнанието, трябва да проектирате експеримент, при който има две различни условия. Едното се нарича контролно (или базово) състояние. При това условие състоянието на съзнанието, или
А. Ревонсуо. "Психология на съзнанието"
Такава схема създава необходимата контролирана променливост на ниво феномени на съзнанието. За да се получи информация за едновременни събития в мозъка, активността на мозъка на субекта трябва да бъде измерена по един или друг начин. Най-разпространените методи за измерване могат да бъдат разделени на две групи: методи за функционална мозъчна томография и електромагнитно изследване на мозъка.
Методи за функционална мозъчна томография: fMRI и PET
Функционалната томография на мозъка включва функционален магнитен резонанс (fMRI) и позитронно-емисионна томография (PET). Експериментите на NCM използваха и двата метода, но сега fMRI се използва по-често, защото е по-евтин и лесен. При fMRI субектът се поставя в специална капсула, където се създава силно статично магнитно поле и кратки последователности от високочестотни (радиочестотни) електромагнитни импулси бомбардират мозъка му. Магнитното поле и импулсите са безопасни за мозъка като такива, но комбинацията от магнитно поле и импулси засяга субатомните частици (протони) в ядрата на водородните атоми в мозъка, като ги кара да „отразяват“ тези импулси. Такива"ехо" може да се регистрира от външната повърхност на главата на субекта.
Сигналите "ехо" отразяват точното местоположение и магнитните свойства на различни биологични тъкани и мозъчни структури. Конвенционалната или структурна fMRI създава триизмерно анатомично изображение на мозъка с висока резолюция; fMRI също отразява промените в количеството свежа, наситена с кислород кръв в мозъка. Това се нарича BOLD сигнал (т.е. „сигнал, зависим от нивото на кислород в кръвта (в зависимост от нивото на кислород в кръвта)“). Свежата кръв бързо навлиза в тези области на мозъка, където се увеличава активността на невроните, и изображението косвено отразява в кои области на мозъка се увеличава невроелектричната активност на невроните. По този начин, в проучвания на NCM, използващи метода fMRI, сравнявайки разликите в мозъчната активност при експериментални и контролни условия, може да се види в кои области на мозъчните неврони стават по-активни, отразявайки промените в съзнанието.
Минималното време, през което се описва едно изображение, се нарича времева разделителна способност. Необходими са няколко секунди на кръвния поток да реагира на изблик на локална невронна активност; по този начин в най-добрия случай fMRI отразява промените в мозъчната активност със закъснение от около 5-10 секунди. Първите промени в fMRI сигнала настъпват няколко секунди след началото на възбуждането, но fMRI отговорът достига своя максимум приблизително 10 секунди след началото на активирането.
Това означава, че fMRI има относително ниска времева разделителна способност.) Активната интелектуална обработка и невронната активност се появяват през първите две секунди след началото на възбуждането, но fMRI е твърде бавен, за да се види точно какво се случва. Обратно, пространствената разделителна способност на fMRI е относително висока.Пространствената разделителна способност е минималният размер на елемент на изображение (наречен "пиксел" или "воксел") в един регион на изображението по отношение на броя на получените сигнали (тълкувани като "мозъчна активност"). Пространствената разделителна способност на fMRI изображенията е около 2–3 mm2.
А. Ревонсуо. "Психология на съзнанието"
При PET изследвания радиоактивните изотопи, които излъчват позитрони, се прикрепят към молекули, предварително избрани от изследователя (например радиоактивен кислород се прикрепя към водна молекула H 2 O, което създава радиоактивен
вода) и след това се доставя в кръвния поток на субекта. Оттам радиоактивните молекули бързо се разпространяват в тялото, включително в мозъка. Радиоактивните изотопи са нестабилни и се разпадат с известна скорост, излъчвайки позитрони. В мозъка позитроните се сблъскват с електрони, двете частици се разрушават и стават
в енергия под формата на два гама лъча, излъчвани от мозъка в точно противоположни посоки.
PET устройството е пръстен от сензори за гама лъчи, който се поставя над главата на субекта. Той засича гама лъчи, идващи от мозъка, и въз основа на тях изчислява в кои области на мозъка е имало молекули с радиоактивни елементи.
в момента на колапса. В зависимост от това кои молекули се използват (вода, глюкоза, допаминови производни и т.н.), тяхното разпределение в мозъка отразява конкретен аспект на мозъчния метаболизъм или дейност (напр. кръвен поток, метаболизъм на глюкоза или взаимодействия на невротрансмитери). В повечето експерименти на NCC, използващи PET, маркерът за кръвния поток е радиоактивна вода.
Това отразява същите аспекти на мозъчната дейност като при fMRI: кръвта се втурва към тези области, където се намират невронитеелектрически и метаболитно по-активен. PET е дори по-бавен от fMRI и в най-добрия случай едно изображение може да покаже само общ модел на промени, настъпили в рамките на 30 до 60 секунди. Пространствената разделителна способност е в най-добрия случай няколко милиметра, обикновено малко по-ниска от fMRI.
Електромагнитно изследване на мозъка с помощта на EEG и MEG
Електроенцефалографията (ЕЕГ) и магнитоенцефалографията (МЕГ) са методи за електромагнитно изследване на мозъка. Те регистрират сигнали, възникващи по време на електрическата активност на невроните. Невронните импулси създават диполярна електрическа циркулация в мозъка. Диполът е източник на електричество с два полюса, отрицателен и положителен. В рамките на един неврон електрическият ток преминава от дендритите към тялото на клетката (наречен постсинаптичен потенциал) и далеч от тялото по аксона (наречен потенциал на действие). Такива вътреклетъчни токове не могат да бъдат открити извън мозъка, но, за щастие, отвън в клетката протича обратен или обемен ток, който завършва електрическата верига. Обратният ток тече извън невроните, обратно към противоположния електрически полюс. Обратните токове протичат свободно в мозъка и се разпространяват непредсказуемо през неговите тъкани, защото следват неправилни пътища, определени от най-ниското електрическо съпротивление в мозъка.
Понякога обратните течения достигат до черепа и преминават през него в скалпа. Чрез прикрепване на ЕЕГ електроди към скалпа, тези слаби електрически
токове под формата на вълни на електрическа активност на мозъка. Промените в електрическия потенциал на вълните могат да бъдат много точно измерени във времето, до милисекунди (времевата разделителна способност на ЕЕГ е една хилядна от секундата). За съжаление е изключително трудно да се определи кои точнозоните на мозъка са неврони, чиято дейност е създала регистрираните вълни, тъй като преди да достигнат електродите на скалпа, токовете, като правило, изминават дълъг и непредсказуем път в мозъка и в това пътуване токовете, идващи от много различни източници и области, взаимодействат, сливат се