Науковці перевірили дві провідні теорії свідомості у масштабному дослідженні

Науковці з Інституту мозку Аллена здійснили одне з найамбітніших досліджень у галузі нейронауки, намагаючись розкрити таємницю виникнення свідомості — як фізичні подразники, наприклад світло від дерева чи спів птаха, перетворюються на суб'єктивний досвід свідомого життя.

Починаючи з 2018 року, дослідники випробовували дві найвпливовіші теорії походження свідомості. Перша — теорія інтегрованої інформації (ТІІ), розроблена італійським нейронауковцем Джуліо Тононі, стверджує, що свідомість виникає внаслідок того, наскільки система інтегрує інформацію всередині себе. За цією теорією, ключову роль відіграє задня частина мозку — задня кора, де нейронні мережі формують цілісний досвід сприйняття.

Друга теорія — теорія глобального нейронного робочого простору (ТГНРП), яку обстоює французький когнітивний нейронауковець Станіслас Деан, припускає, що свідомість з'являється, коли інформація стає глобально доступною через мережу ділянок мозку. Це своєрідний нейронний прожектор, зосереджений переважно у префронтальній корі, який виводить думки та сприйняття на рівень усвідомлення.

Дослідження було організоване як «змагальна співпраця» — рідкісний науковий формат, коли теоретики з протилежними поглядами погоджуються на спільний експеримент, використовуючи стандартизовані методи та засліплений аналіз даних. Мета такого підходу — зменшити упередженість та вирішити давні суперечки не словами, а даними.

У експерименті 2019 року взяли участь 256 дорослих — рекордна кількість учасників для такого типу досліджень мозку. Науковці використовували комбінацію методів візуалізації мозку: функціональну магнітно-резонансну томографію для відстеження кровотоку, електроенцефалографію для фіксації електричної активності та магнітоенцефалографію для вимірювання магнітних полів. Це дозволило спостерігати за реакцією мозку на свідомий та несвідомий візуальний досвід.

Дослідники визначили три ключові прогнози, де ТІІ та ТГНРП мали б суперечити одна одній:

• де в мозку представлений свідомий зміст
• як він підтримується з часом
• які ділянки синхронізуються для його підтримки

Учасники розглядали надпорогові візуальні стимули — обличчя, літери, об'єкти та навіть несправжні символи — представлені під різними кутами та з різною тривалістю. Їх просили виявляти рідкісні цілі, але здебільшого вони просто спостерігали, поки їхній мозок сканували.

Результати не принесли перемоги жодній теорії. Обидві теорії — ТІІ та ТГНРП — частково підтвердилися, але також виявили серйозні недоліки. Свідомий зміст можна було розпізнати як у задній корі, так і в префронтальній корі, що відповідало обом теоріям. Однак коли справа дійшла до детальніших аспектів, як-от орієнтація обличчя, префронтальна кора показала гірші результати, що суперечило ТГНРП.

ТІІ передбачала, що свідомий зміст підтримуватиметься в задній частині мозку, поки стимул залишається видимим. Докази виявилися неоднозначними — деякі нейронні сигнатури в задній корі дійсно відстежували тривалість стимулу, але таку стійку активність показала лише меншість електродів.

Ще більш проблематичним виявилося те, що не вдалося знайти тривалої синхронізації всередині задніх ділянок — ключового твердження ТІІ. Зв'язок виявився короткочасним і фрагментарним, а не безперервною інтеграцією, як передбачала теорія.

ТГНРП також не впоралася зі своїми прогнозами. Теорія передбачала чіткі спалахи активності — «запалення» — у префронтальній корі як на початку, так і в кінці свідомого досвіду. Проте кінцеві спалахи були відсутні. Хоча префронтальна кора активувалася при появі стимулу, вона залишалася переважно неактивною при його зникненні.

Найбільшим досягненням дослідження можна вважати не стільки його результати, скільки методологію. На відміну від типових нейронаукових досліджень, які часто проводяться невеликою командою з метою підтвердити гіпотезу, ця робота втілила принципи відкритої науки. Прогнози були публічно зареєстровані заздалегідь, експерименти відтворювалися в різних лабораторіях з використанням різних технологій, а прихильники теорій відсторонилися від аналізу даних для зменшення упередженості.

Результати дослідження вказують на те, що свідомість може не бути строго локалізованою в передній чи задній частині мозку. Можливо, вона не проявляється ні у спалахах, ні у безперервності. Натомість свідомість може бути подібною до мінливої мозаїки, зшитої швидкоплинними узгодженнями нейронної активності.

Наслідки цього дослідження виходять за межі філософських роздумів. Вони можуть допомогти лікарям виявляти ознаки свідомості у пацієнтів, які здаються невідповідальними, наприклад, у комі чи вегетативному стані. Дослідження New England Journal of Medicine 2023 року показало, що до 25% таких пацієнтів можуть зберігати «приховану свідомість», яку можна виявити лише за допомогою сканування мозку.

Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature.