Sygnały mózgowe mogą ujawnić, jak obudzony jest mózg muchy

Zdjęcie osoby grającej w tenisa Mohamed Nuzrath z Pixabay

Poziomy świadomości są notorycznie trudne do zmierzenia. Złotym standardem jest badanie funkcjonalnych obrazów rezonansu magnetycznego mózgu, gdy dana osoba otrzymuje różne bodźce, takie jak instrukcje, jak myśleć o grze w tenisa. Zmienia to w wymierny sposób wzorce aktywności w mózgu.

Ale aparaty fMRI są nieporęczne i drogie, a testy są trudne do wykonania, szczególnie w przypadku pacjentów w śpiączce lub stanie minimalnej świadomości. Inną opcją jest pomiar aktywności elektrycznej mózgu za pomocą skanów EEG. Jest to łatwiejsze, ale neuronaukowcy muszą zgodzić się na wyraźny znacznik świadomości w tych sygnałach.

Tak więc pilnie potrzebny jest lepszy sposób pomiaru tego, co jest znane jako „świadome pobudzenie”.

Wchodzi Roberto Muñoz z Monash University w Australii i wielu kolegów. Ci ludzie znaleźli sposób na zmierzenie poziomu świadomego pobudzenia u muszek owocowych, wykorzystując złożoność sygnałów wytwarzanych przez mózg. Ich technika pozwala im odróżnić muchy, które zostały znieczulone, od tych, które tego nie zrobiły, po prostu patrząc na sygnały.

Nowa praca oferuje obiektywny sposób pomiaru świadomego pobudzenia, oparty na ugruntowanych pomysłach z teorii złożoności. Potencjalnie ma zastosowanie do ludzi. Odzwierciedla to rosnące zainteresowanie nowymi teoriami świadomości, które można testować eksperymentalnie.

Najpierw trochę tła. Jeden z najważniejszych przełomów w badaniach nad świadomością ostatnich lat to idea znana jako zintegrowana teoria informacji . Opracowana przez neurobiologa Giulio Toniniego idea polega na tym, że świadomy system musi mieć dwie specyficzne cechy.

Po pierwsze, musi przetwarzać duże ilości informacji. Po drugie, informacje te muszą być zintegrowane w całość, której nie można rozłożyć na niezależne części. Odzwierciedla to doświadczenie, że każdy moment świadomości jest zjednoczoną całością. Świadomość jest więc zjawiskiem informacji o określonych właściwościach.

Jedną z wielkich zalet tej teorii jest to, że nadaje się do analizy matematycznej. Rzeczywiście, fizycy, tacy jak Max Tegmark z MIT, opracowali matematyczne modele zintegrowanej teorii informacji, które tworzą testowalne prognozy i mogą być modyfikowane w celu uwzględnienia danych obserwacyjnych.

Na przykład teoria przewiduje, że informacje związane ze świadomym pobudzeniem muszą mieć pewien poziom złożoności. A zatem złożoność informacji, które wytwarza, jest miarą świadomego pobudzenia.

Jest jednak problem. Informacje związane ze świadomym pobudzeniem są wyraźnie powiązane z wieloma różnymi częściami mózgu. Pomiar tej zintegrowanej informacji jest trudnym zadaniem.

Ale jest prostsze podejście. Ma to na celu przyjrzenie się strumieniowi informacji z określonych miejsc w mózgu i zmierzenie złożoności wytwarzanych szeregów czasowych. Ponieważ ten szereg czasowy jest skorelowany z mechanizmami integrującymi informacje w mózgu, powinien on oferować pewien wgląd w stojący za nim poziom świadomości.

Przynajmniej taka jest teoria. Aby poznać jego praktyczną wartość, Muñoz i wsp. badają sygnały mózgowe wytwarzane przez 13 muszek owocówek, zarówno gdy nie śpią, jak i podczas znieczulenia. Następnie badają sygnały, aby zobaczyć, jak bardzo są złożone.

Wyniki stanowią ciekawą lekturę. Odkryliśmy, że statystyczna złożoność jest średnio większa, gdy mucha nie śpi, niż gdy ta sama mucha jest znieczulona, ​​mówią.

To ważne, ponieważ sugeruje niezawodny sposób określenia poziomu świadomego pobudzenia przy użyciu danych z jednego kanału, a nie z wielu różnych źródeł danych. Sugeruje również, że istnieje wyraźny marker świadomego pobudzenia, który nie zależy od konkretnych bodźców zewnętrznych.

To ciekawa praca, która stwarza możliwość bardziej szczegółowych badań. Na przykład dane z pojedynczych kanałów mogą dać więcej wglądu w naturę świadomości. Jest prawdopodobne, że zastosowanie podobnej analizy do innych zbiorów danych, w szczególności danych EEG dotyczących ludzi, doprowadzi do nowych odkryć dotyczących związku między świadomością a złożonością, mówią Muñoz i spółka.

Nie tak dawno świadomość była dla badaczy tematem tabu z powodu postrzeganej niezdolności do naukowego rozwiązania tego problemu. Ale nowa praca odzwierciedla nowo odkryte zainteresowanie i entuzjazm w odkrywaniu świadomości za pomocą sprawdzalnych hipotez i powtarzalnych obserwacji. Najwyraźniej nadchodzą ekscytujące czasy.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1905.13173 : Rozróżnianie stanów świadomego pobudzenia za pomocą złożoności statystycznej

ukryć