Мысли материальны. Американские ученые приблизились к разгадке тайны человеческого сознания - фото

Мысли материальны. Американские ученые приблизились к разгадке тайны человеческого сознания

27 ноября 2019, 20:00

Ученые из США определили, что мозг человека может развиваться раньше, чем предполагалось до этого.

Коротко:

— что видит плод в утробе матери

— когда у ребенка формируется сознание

— какая часть мозга отвечает за сознание

К акие самые ранние воспоминания из детства у вас остались? Начальная школа? Детский сад? Размытые образы игрушек и дальних родственников? А как насчет воспоминаний из утробы матери, — возможно ли такое?

Видео дня

Несмотря на то, что человека принято считать умнейшим существом на планете, до сих пор мы лишь изучаем когда именно человек становится человеком, как у плода формируется восприятие внешнего мира и на каком этапе появляется сознание (если мы вообще когда-нибудь узнаем, что это такое).

Недавно ученые из США определили, что органы зрения у плода начинают воспринимать свет несколько раньше, чем предполагалось. Как ни странно, от этого зависят контроль настроения и эмоций ребенка, не говоря уже о его понимании времени суток, смены дня и ночи.

Подобные исследования чрезвычайно важны для современной науки: прежде чем создать сложное программное и аппаратное обеспечение, основанные на принципах работы нейронов в человеческом мозге, а также прийти к разработке полноценного искусственного интеллекта — нам сперва нужно самим понять, как эти нейроны работают, и чем в сущности является наше сознание.

pregopillow.org

Фото: pregopillow.org

Что узнали американские нейробиологи?


На днях группа ученых из Калифорнийского университета в Беркли опубликовала исследование о кодировании света в развивающейся сетчатке. Оказалось, что плод может воспринимать свет ко второму триместру своего развития, — задолго до того, как он может полностью видеть изображения.

Нейробиологи обнаружили, что светочувствительные клетки в развивающейся сетчатке могут общаться друг с другом. Это позволяет мозгу воспринимать больше света и напрямую влияет на его развитие.

Только 3% ганглиозных клеток сетчатки, которые отправляют сигналы в мозг через зрительные нервы, являются чувствительными к свету. Но ученые определили, что существует около шести разных этих клеток, которые отвечают за передачу сигнала в разные области мозга и контролируют важнейшие его функции.

К примеру, некоторые из них «общаются» с супрахиазматическим ядром в передней области гипоталамуса и отвечают за настройку наших внутренних часов на восприятие дня и ночи. Другие области передают сигнал о ярком свете в мозг, после чего наши зрачки сжимаются. А некоторые из этих клеток могут влиять даже на настроение и эмоции.

Предыдущие исследования мозга мышей и обезьян подтвердили, что ганглиозные клетки у животных также коммуницируют друг с другом с помощью щелевых контактов, — электрических импульсов, которые переносят информацию между клетками. Теперь ученые пытаются выяснить, как именно эти клетки могут влиять на деятельность мозга, циркадные ритмы и даже проблемы с мозговой активностью, вызванные избытком получаемого света.

777blog.hu
Фото: 777blog.hu

«Мы думали, что мышиный и человеческий плод были слепы на данном этапе развития. Предполагалось, что ганглиозные клетки были в развивающемся глазу, что они связаны с мозгом, но не связаны с большей частью остальной сетчатки. Теперь мы выяснили, что они связаны друг с другом, что оказалось удивительным», — говорит автор исследования, профессор молекулярной и клеточной биологии Марла Феллер.

Феллер исследует развивающуюся сетчатку около 20 лет, но важнейшие ее составляющие — фоточувствительные ганглиозные клетки (ipRGCs) — обнаружили только 10 лет назад.

Найденные в новом исследовании шесть типов ipRGCs позволили ученым говорить о том, как формируется мозговая нейронная сеть у плодов млекопитающих, как восприятие света сетчаткой влияет на развитие мозга и как свет в целом связан с состоянием организма.

«Отталкивание света, которое у плодов развивается очень рано, зависит от его интенсивности. Мы не знаем, какой из этих подтипов ipRGCs в сетчатке новорожденных действительно влияет на поведение, поэтому будет очень интересно посмотреть, какую роль играют такие клетки», — говорит соавтор исследования Франклин Кавал-Холм.

По словам нейробиологов, интенсивность получаемого света также влияет на развитие кровеносных сосудов в сетчатке. Это доказывает, что светочувствительные ганглиозные клетки кодируют гораздо больше информации, чем ранее полагали ученые.

turingchurch.net

Фото: turingchurch.net

Как зрение связано с сознанием?


Несмотря на раннее развитие сложной мозговой активности плода, восприятие света сетчаткой и т. д., сознание у детей появляется гораздо позже. Именно поэтому у подавляющего большинства людей не существует воспоминаний из самого раннего детства.

Как пишет профессор когнитивной и поведенческой биологии в Калифорнийском технологическом институте Кристоф Кох, даже младенцы не могут определять свое состояние, эмоции и мотивацию. Да, сразу после рождения дети могут смотреть на вас «умным» взглядом, строить гримасы, бормотать и плакать, но пока точно неизвестно, когда именно и вследствие чего у детей появляется сознание.

Кроме того, Кох уверен, что у младенцев острота зрения находится на начальном уровне, и они первое время могут видеть только пятна. Позже, зрительные и звуковые стимулы определяются окружающей средой, и дети начинают копировать то, что видят и слышат вокруг.

«Но когда начинается волшебное путешествие сознания? Сознание требует сложной сети сильно взаимосвязанных компонентов, нервных клеток. Его физический субстрат, таламо-корковый комплекс, который обеспечивает сознание его очень сложным содержанием, начинает действовать между 24-й и 28-й неделями беременности. Примерно через два месяца синхронность электроэнцефалографического (ЭЭГ) ритма в обоих полушариях коры указывает на начало глобальной интеграции нейронов», — объясняет Кристоф Кох.

Иными словами, нейроны начинают передавать информацию между собой по всем областям мозга только после рождения ребенка. И хоть основная цепь мозговых элементов, необходимых для формирования сознания, готова уже к третьему триместру беременности, в утробе матери ребенок находится в состоянии сна: организм поддерживается за счет плаценты, которая качает кровь, питательные вещества и гормоны в развивающееся тело и мозг.

Ученые пока не знают, могут ли у плода возникать какое-либо подобие снов на поздних этапах развития. Тем не менее, эксперименты с крысами и ягнятами показали, что в третьем триместре развития плод находится в одном из двух состояний сна — активном или спокойном. Во время спокойного сна у него отсутствуют дыхание, движение глаз и любая мышечная активность, а во время активного, наоборот, плод может дышать, глотать, двигать глазами и даже облизываться.

Является ли плод полноценным человеком — чрезвычайно важный вопрос с морально-этической точки зрения. Власти разных стран, в зависимости от уровня секуляризации общества или его приближенности к церкви и религии, могут запрещать/разрешать аборты на законодательном уровне, что напрямую влияет на свободу человека.

iStock

Фото: iStock

Когда у ребенка появляется сознание?


Согласно исследованию, которое провели во Франции несколько лет назад, первые признаки сознания и памяти у ребенка появляются в возрасте пяти месяцев. Нейробиологи проанализировали мозговую активность около 240 младенцев с помощью специальных устройств.

Детям на долю секунды показывали определенное изображение лица на экране. У младенцев в возрасте около одного года мозговая активность была примерно похожа на показатели взрослых, но происходила в три раза медленнее. Открытием стало то, что даже пятимесячные дети имели признаки слабой мозговой активности, которые позволяют говорить об их сознании.

Авторы эксперимента уверены, что сознание человека как таковое напрямую связано с так называемой временной рабочей памятью. Руководитель исследования когнитивный нейробиолог Сид Куидер из Национального центра научных исследований Франции предположил, что мозговая активность младенцев не совсем похожа на аналогичную активность у взрослых, и хоть дети и учатся быстро в начале своего развития, «они совершенно не осознают то, что изучают».

В прошлом году свое исследование о появлении сознания у детей опубликовал профессор экспериментальной когнитивной психологии Станислас Дехен из парижского Коллеж де Франс. По его словам, сознание возникает, когда различные части мозга взаимодействуют и общаются друг с другом на высоком уровне.

В отличие от философского подхода к пониманию сознания, Дехен с помощью технологий нейровизуализации пытается выяснить, как работает мозг человека, когда мы находимся в сознании. Нейробиолог использовал специальное устройство, которое представляет комбинацию магнитно-резонансного томографа (МРТ) и упомянутого электроэнцефалографа, чтобы засечь мозговую активность во время события или процесса.

В еще одном эксперименте с изображениями, Станислас Дехен демонстрировал респондентам разные картинки в течение доли секунды. Когда картинку показывали очень быстро — в течение 300 миллисекунд — мозг успевал лишь обработать информацию, но не позволял взрослому человеку сознательно видеть изображение. Если же время показа увеличивали до 700 миллисекунд — активизировались другие участки мозга, и респонденты сообщали о сознательном восприятии изображения.

Такой же эксперимент провернули с детьми в возрасте от пяти до 12 месяцев, и получили похожие результаты: во время более продолжительной демонстрации изображений у детей работали те же участки мозга, которые позволяли взрослым сознательно воспринимать картинку. Но, конечно, дети не могли сказать или объяснить, что именно они увидели.

«Все, что у нас было, — это мозговые волны, показывающие эволюцию мозговой активности как функцию от продолжительности стимула, которая в данном случае была изображением лица. Лицо очень привлекательно для младенцев, поэтому мы знали, что они будут привлечены к этому», — говорил профессор Дехен.

Исследование показало, что более четко мозговая активность, которую связывают с сознанием, проявлялась у годовалых детей, но некоторые похожие признаки существуют уже у пятимесячных младенцев.

ThinkStock

Фото: ThinkStock

Что такое сознание?


Дискуссии о природе сознания ведутся еще с античных времен, и, как и в случае с запретом/разрешением абортов, очень часто они связаны с якобы божественным началом человека. Но у ученых на этот счет есть свои предположения. Хотя и они пока сугубо теоретические.

Одними из наиболее распространенных являются нейробиологические теории сознания, которые предполагают что в нашем мозге существует определенный материальный субстрат, отвечающий за сознание. Именно этот субстрат позволяет взрослым людям и детям идентифицировать и осознавать изображение за доли секунды, как в описанном выше эксперименте.

Разные из этих теорий гласят, что мозг человека полностью состоит из нейронных коррелятов, которые обеспечивают целостность нашего сознания, о функциональных системах нейронов, которые работают синхронно и обеспечивают контроль за всеми функциями организма, и даже о нейродарвинизме, который предполагает, что нейроны в нашем мозге постоянно перестраиваются и адаптируются к любым внешним изменениям, прямо как отдельная целостная система.

Как можно было заметить, все подобные теории основаны на деятельности нейронов. Но, дело в том, что в мозге взрослого человека существует около 10 триллионов нейронных соединений. Ученые итак преуспели в объяснении того, как этот крайне сложный механизм действует и отвечает за разные функции нашего организма, но сознание остается непостижимым, поскольку пока невозможно определить, какая конкретная группа нейронов или их общая связь отвечают за него.

Доцент кафедры философии в Даремском университете в Англии Филип Гофф уверен, что наука на данном этапе не может объяснить, что такое сознание. «Мы можем определить, например, что невидимое чувство голода коррелирует с видимой активностью в гипоталамусе мозга. Но накопление таких корреляций не составляет теорию сознания. В конечном итоге мы хотим объяснить, почему сознательный опыт связан с деятельностью мозга. Почему такая активность в гипоталамусе сопровождается чувством голода? На самом деле, мы не должны удивляться тому, что научные методы не работают в определении сознания», — пишет Гофф.

Как и в случае с квантовой механикой, исследования сознания упираются в природу материи. Вероятной «теорией всего» в вопросе сущности сознания может быть философия панпсихизма, — идея о том, что весь физический мир в целом и каждая его частичка имеют сознание. В своем изучении панпсихизма Филип Гофф пришел к выводу, что сознания могут иметь разную сложность, которая зависит от сложности самого организма. Например, человек имеет сложную структуру мозга, и поэтому его сознание также гораздо более сложное, чем сознание любого другого животного.

Очевидно, нельзя проверить, имеет ли каждая частичка, включая электрон, сознание, являются ли мысли в нашей голове продуктом какой-либо материи и наоборот. Но, идея о том, что вся существующая материя, включая нас, это и есть сознание — еще одна равноправная теория о его природе, не менее аргументированная, чем существование нейронных коррелятов или нейродарвинизма.

hansonrobotics.com

Фото: hansonrobotics.com

Почему важно исследовать сознание?


Одним из пионеров изучения сознания был английский медик и физиолог Бенджамин Карпентер, который почти 200 лет назад предположил, что за сознание в головном мозге человека отвечает сенсорный ганглий — сплетение нервных клеток. Карпентер называл этот нейронный узел «основой сознания».

Современники Карпентера назвали сенсорный ганглий таламусом и предположили, что эта внутренняя часть головного мозга отвечает за управление сознанием, сном, бодрствованием, концентрацией внимания и многие другие процессы. Тем не менее, наука до сих пор не может ответить на вопрос, откуда формируется сознание.

Несколько месяцев назад это пыталась выяснить группа нейробиологов из разных университетов Европы и США. Ученые исследовали «неврологический отпечаток сознания» и проанализировали нейронную активность в головном мозге 159 людей с помощью МРТ.

Ученые анализировали данные о мозговой активности здоровых людей во время выполнения некоторых умственных задач и в спокойном состоянии. Результаты сравнили с данными об активности поврежденного головного мозга людей, которые находились в коме, вегетативном состоянии или состоянии минимального сознания.

Ожидаемо, у здоровых людей функционировала сложная система взаимодействия и координации между разными частями мозга. У респондентов, мозг которых был поврежден и существовал без сознания работали только отдельные его части с меньшим уровнем взаимодействия между ними.

Нейробиологи пришли к выводу, что за сознание отвечает не отдельная часть в головном мозге, а взаимодействие всех его долей и коры. Если же какая-то из частей мозга наоборот функционирует изолированно — сознание, скорее всего, не появится или будет на очень низком уровне.

Кроме возможных прорывов в нейробиологии, вроде восстановления поврежденных участков головного мозга, изучение сознания человека является важнейшей частью в разработке продвинутого аппаратного и программного обеспечения.

Сегодня передовые цифровые системы называют искусственным интеллектом (ИИ), хотя на самом деле существующим компьютерным программам еще очень далеко до получения собственного интеллекта. На данном этапе мы научились лишь копировать некоторые функции нейронов человеческого мозга и их структуры, чтобы быстрее обрабатывать информацию в так называемых искусственных нейросетях.

Полноценный или «сильный» ИИ появится тогда, когда компьютер сможет не только обрабатывать информацию, но и понимать ее смысл. К примеру, если цифровой помощник Apple Siri будет общаться с пользователями не только по своим алгоритмам и набору заданных команд, а вести разговор на общие темы и хотя бы иметь собственные рассуждения — фактически, он обретет сознание и станет сильным ИИ.

Наиболее интеллектуальные современные системы могут понимать смысл информации и вводить ее в контекст, но и это они делают на основе заранее прописанных алгоритмов и массива обработанных данных. От появления компьютера, который мог бы понимать информацию так, как ее понимает человек, нас отделяют десятки, а, возможно, и сотни лет.

Быстрее наделить компьютер сознанием, похожим на человеческое, нам поможет только исследование этого сознания, ведь все еще мы не знаем, как оно формируется, и что из себя представляет.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях Facebook, Telegram и Instagram.

Делитесь материалом




Радіо НВ
X