Под наркозом в мозге поток информации увеличивается, но становится более хаотичным

Изучение человеческого сознания — чрезвычайно сложная проблема, которую учёные, философы и теологи пытаются решить уже множество веков. Однако за последние два столетия у людей появился неожиданный помощник в исследовании глубин человеческого разума: анестезия. Она не способна непосредственно решить так называемую «трудную проблему сознания», то есть объяснить, почему человеческий мозг порождает субъективные переживания, но может помочь понять, что происходит, когда сознание нарушается.

В новом исследовании, опубликованном в журнале iScience, учёные из Киотского университета изучили влияние анестезии на правое полушарие мозга крыс, чтобы выяснить, как меняется передача информации между областями коры. Сравнивая бодрствующих животных с находящимися под наркозом, команда использовала массивы для высокоплотной электрокортикографии (ECoG), чтобы выделить так называемые бегущие волны — распространяющиеся по мозгу волны электрической активности, связанные с переносом информации.

Сравнение выявило некоторое количество неожиданных различий. У животных под анестезией абсолютная трансферная энтропия, математическая мера направленного потока информации, оказалась выше, однако информационный поток был слабее связан с направлением распространения бегущих волн. В мозге бодрствующих крыс данные, напротив, передавалась точнее вдоль направления этих волн.

Исследователи называют такую направленную избирательность «информационной настройкой». Результаты показывают, что преимущество бодрствующего мозга заключается не просто в количестве передаваемой информации, а в надёжности и точности её маршрутизации.

Учёные также обнаружили, что вызванные зрительными стимулами бегущие волны при бодрствовании были стабильнее, чем под анестезией. У бодрствующих животных более поздние волны распространялись за пределы зрительных областей, достигая височных, теменных, слуховых и соматосенсорных зон, тогда как под наркозом их распространение оставалось более локальным. Показатель сложности реакции коры также был выше в бодрствующем состоянии.

Полученные результаты согласуются с теориями, согласно которым сознательное восприятие зависит от широко распределённой передачи информации между областями коры. Однако исследование не доказывает, что бегущие волны или информационная настройка сами по себе являются причиной сознания.

Работа даёт представление о различиях между бодрствующим и анестезированным мозгом, но пока не раскрывает конкретные биологические механизмы, которые их вызывают. В будущих исследованиях предстоит связать информационную настройку с более глубокими механизмами работы нейронных цепей.