В часы бодрствования мозг получает почти постоянный приток сенсорных сигналов различной силы. На протяжении десятилетий ученые задавались вопросом, почему одни сигналы выходят на свет осознанного осознания, в то время как другие сигналы такой же силы остаются в темных тенях бессознательного. Что управляет воротами, разделяющими тени и свет?
В новом исследовании Департамента анестезиологии и Центра науки о сознании в Мичиганской медицине, опубликованном в Cell Reports, исследователи идентифицируют ключевую область коры головного мозга, которая, по-видимому, является воротами осознания.
"Обработка информации в мозгу имеет два измерения: сенсорная обработка окружающей среды без осознания и тип, который возникает, когда стимул достигает определенного уровня важности и входит в сознательное осознание," объясняет Zirui Huang, Ph.D., научный сотрудник отделения анестезиологии.
Хуанг вместе с ведущим исследователем Энтони Худетцем, Ph.D. и их команда попытались подтвердить, что это переключение происходит в части мозга, называемой передней частью коры островка, действуя как своего рода ворота между сенсорной информацией низкого уровня и осознанием более высокого уровня.
Для экспериментов участников поместили внутрь аппарата фМРТ и вводили анестезирующий препарат пропофол, чтобы контролировать их уровень сознания. Затем их попросили представить себя играющими в теннис, идущими по дорожке или сжимающими руку, а также попросили выполнить двигательную активность (сжать резиновый мяч), поскольку они постепенно теряли сознание и снова приходили в него после прекращения приема пропофола.
Предыдущие исследования показали, что мысленные образы вызывают мозговую активность, аналогичную фактическому выполнению этой деятельности. Когда участники представляют себя играющими в теннис, загорается часть мозга, отвечающая за управление движением. Другие области мозга деактивируются при выполнении задач, так как умственное внимание сосредоточено на деятельности.
По мере того как участники исследования начали терять сознание, деактивации происходили реже. Когда они полностью теряли сознание, соответствующие области их мозга также не проявляли активности в ответ на задачи мысленных образов. Когда они пришли в сознание, к ним вернулась некоторая активность, связанная с мысленными образами, и вскоре после этого в полном сознании их мозг показал нормальные паттерны активации.
Поиск корреляции между этими состояниями сознания показал, что активация передней части коры островка сыграла роль в успешном переключении между этими активациями и деактивациями.
"Сенсорный стимул обычно активирует переднюю часть коры островка," говорит Худец. "Но когда вы теряете сознание, передняя кора островка деактивируется, и в мозгу нарушаются сетевые сдвиги, поддерживающие сознание." Он объясняет, что передняя часть коры островка может действовать как фильтр, позволяющий только самой важной информации поступать в сознание.
Они попытались подтвердить свою гипотезу с помощью другого классического психологического эксперимента, в котором на экране на короткое время мелькает лицо в течение едва заметных трех сотых секунды. За изображением лица следует зашумленное высококонтрастное изображение, предназначенное для прерывания сознательной обработки изображения лица. Затем участников спросили, видели ли они лицо или нет. Осознанный доступ к лицу можно было предсказать по активации в передней части коры островка.
"Активность передней части коры островка постоянно колеблется," говорит Хуанг. "Сможете ли вы обнаружить стимул, зависит от состояния передней части островка, когда информация поступает в ваш мозг: если активность островка высока в точке стимула, вы увидите изображение. Основываясь на данных этих двух экспериментов, мы заключаем, что передняя кора островка может быть воротами для сознательного осознания."