Начинается прилив

Один из лучших способов изучения связей между сознанием и мозговой активностью состоит в сравнении мозга, обладающего сознанием, с мозгом бессознательным. Есть ли заметная разница в мозговой деятельности? Для того чтобы получить такое сравнение, не обязательно ждать появления коматозного пациента или действия общего наркоза, так как существует другая ситуация, в которой мы ежедневно – точнее, еженощно – теряем сознание: сон. И именно научное изучение сна и того, что происходит с мозгом в такие периоды потери сознания, возможно, лучше всего позволяет проникнуть в тайну того, как именно мозг формирует опыт нашего сознания.

Поэтому я отправился в Центр изучения сна и сознания в Висконсинском университете в Мадисоне, в котором нейробиолог Джулио Тонони и его сотрудники проводят эксперименты, выявившие поразительную разницу в поведении мозга в состояниях бодрствования и сна без сновидений.

Раньше не было способа опрашивать спящий мозг. Но методика транскраниальной магнитной стимуляции, ТМС, дала ученым возможность проникать внутрь мозга и возбуждать нейроны искусственным путем. Воздействуя на мозг быстро флуктуирующим магнитным полем, исследователи могут активизировать конкретные участки мозга в бодрствующем и, что гораздо более интересно, спящем состоянии. Спрашивается, отличается ли реакция сознательного мозга на такое возбуждение от реакции бессознательного, спящего мозга?

Перспектива облучения мозга меня несколько нервировала. В конце концов, мой мозг – это главный инструмент, который я использую для своей математической работы. Если его запутать, у меня будут большие проблемы. Но Тонони заверил меня, что это вполне безопасно. Один из его коллег продемонстрировал на самом себе, как можно активизировать участок мозга, связанный с моторной активностью руки. Было очень интересно наблюдать, как подача импульса в этот участок вызывает движение пальцев. Каждый импульс ТМС как бы поворачивал в мозге выключатель, заставляющий палец двигаться. Поскольку коллеге Тонони это, по-видимому, никак не повредило, я согласился принять участие в этом эксперименте.

Его первый этап предполагал воздействие ТМС на небольшой участок моего мозга в бодрствующем состоянии. Электроды, прикрепленные к моей голове, регистрировали результаты такого воздействия при помощи ЭЭГ. Они показали, что разные участки мозга, удаленные от стимулируемой области, реагируют в разное время, образуя систему сложной структуры, подающую сигналы обратной связи на стимулируемый участок. Внутренние взаимодействия в мозге, как объясняет Тонони, подобны тому, что происходит в сложной интегрированной сети. Нейроны мозга действуют как последовательность взаимосвязанных логических вентилей. Один из нейронов может возбудиться, если возбудится большинство нейронов, соединенных с ним. Или же он может возбудиться, только если возбудился один из таких нейронов. В результатах ЭЭГ я увидел логический поток активности, порожденный исходной стимуляцией нейронов, на которые воздействовала ТМС.

На следующем этапе эксперимента мне следовало заснуть. По достижении «четвертой стадии» глубокого сна экспериментаторы должны были применить ТМС к той же точке моего мозга для стимуляции того же участка. По существу, ТМС возбуждает те же нейроны, включает те же выключатели, чтобы можно было увидеть, как изменяется структура возникающей сети при переходе мозга из сознательного состояния в бессознательное. К сожалению, эта часть эксперимента оказалась для меня слишком сложной. Я сплю невероятно чутко. И все эти электроды, покрывающие мою голову, в сочетании с пониманием того, что кто-то собирается обстреливать мой мозг импульсами, как только я задремлю, не особенно способствовали погружению в глубокий сон. Несмотря на то что я весь день отказывал себе в кофе, я так и не сумел зайти дальше «первой стадии» – неглубокого, беспокойного сна.

Поэтому мне пришлось удовольствоваться данными другого пациента, которому удалось уснуть в таких не способствующих расслаблению условиях. Результаты были поразительными. Электрическая активность не распространяется по всему мозгу, как в сознательном состоянии. Создается впечатление, что сеть отключена. Начался прилив, соединения разорвались, и любая активность стала крайне локализованной. Из этого можно сделать тот интересный вывод, что сознание может возникать в результате сложной интеграции мозга, что оно может быть порождено взаимосвязанными логическими вентилями, которые управляют тем, как возбуждение одного набора нейронов вызывает возбуждение других нейронов. В частности, из этого результата следует, что сознание связано с тем, как сеть организует передачу информации в обоих направлениях между нейронами, возбужденными воздействием ТМС, и остальными частями мозга.

Когда я так и не смог заснуть в лаборатории, Тонони отвел меня в свой кабинет, обещая возместить мое кофейное голодание идеальным эспрессо, который он варит на своей драгоценной итальянской кофемашине. Но, кроме того, он хотел показать мне что-то еще. Когда мы сели, вдыхая восхитительный аромат свежемолотых кофейных зерен, он протянул мне лист бумаги, на котором была записана какая-то формула.

Это сразу меня заинтересовало. Математические формулы действуют на меня, как звонок на собаку Павлова. Покажите мне математическую формулу, и я немедленно попадусь на крючок и примусь ее расшифровывать. Но эта формула была мне незнакома.

– Это мой коэффициент сознания.

Сознание в математической формуле… Как я мог устоять?