Smegenų sąmonės mechanizmai: aptikimas, pulsavimas, perjungimas ir bangavimas

Abstraktus

Sąmonė yra patraukli neurologijos tyrimų sritis, kurioje klausimų dažnai yra daugiau nei atsakymų. Mes pasisakome už atvirą ir optimistišką požiūrį, kai susiliejantys neuromokslų mechanizmai ilgainiui gali suteikti patenkinamą sąmonės supratimą.

Neuromokslas yra mokslinis nervų sistemos tyrimas, o atmintis yra svarbus žmogaus gebėjimas. Tarp judviejų yra neatsiejamas ryšys. Neurologijos tyrimų rezultatai rodo, kad atmintį lemia smegenų neuronų sinapsių sandara ir funkcija. Todėl galime daryti išvadą: neuromokslai ir atmintis yra glaudžiai susiję.

Neurologijos tyrimai leido mums geriau suprasti, kaip veikia žmogaus atmintis. Mūsų smegenų neuronai yra sujungti per sinapses ir perduoda informaciją. Šis informacijos perdavimo ir saugojimo procesas sudaro mūsų atmintį. Todėl neurologijos tyrimai gali ne tik padėti mums geriau suprasti atminties prigimtį, bet ir pasiūlyti veiksmingų metodų bei priemonių individualiems atminties gebėjimams gerinti.

Tuo pačiu metu atmintis taip pat turi didelę reikšmę neurologijos tyrimams. Kai suprantame skirtingų populiacijų atminties gebėjimų skirtumus, galime panaudoti neurologijos išvadas ieškodami sprendimų, kaip pagerinti atmintį.

Verta paminėti, kad suprasdami ryšį tarp neurologijos ir atminties neturėtume tapatinti atminties gerinimo su nervinių ląstelių funkcijos gerinimu. Turėtume tai vertinti kaip visapusišką procesą, apimantį daugelį veiksnių, tokių kaip mityba, mankšta, miegas ir kiti gyvenimo įpročiai, taip pat tarpasmeninis bendravimas, mokymosi stilius, pomėgiai ir pan. Todėl, įvaldę susijusius gyvenimo ir studijų įgūdžius, galime labai optimizuoti savo atmintį.

Kartu paėmus, neuromokslas ir atmintis yra neatsiejamai susiję. Turėtume naudoti teigiamą požiūrį, kad suprastume ryšį tarp neurologijos ir atminties, pagerintume atmintį ir turėtume geresnį žinių rezervą. Matyti, kad reikia pagerinti atmintį. Cistanche gali žymiai pagerinti mūsų atmintį, nes Cistanche yra tradicinė kinų vaistinė medžiaga, turinti daug unikalių poveikių, vienas iš kurių yra pagerinti atmintį. Maltos mėsos veiksmingumą lemia įvairios joje esančios veikliosios medžiagos, įskaitant karboksirūgštį, polisacharidus, flavonoidus ir kt. Šie ingredientai įvairiais kanalais gali skatinti smegenų sveikatą.

Spustelėkite, kad sužinotumėte, kokie papildai gerina atmintį

Pirmiausia apžvelgiame keletą sąmoningos nervinės veiklos ypatybių, įskaitant tam skirtų sistemų, skirtų turiniui ir sąmonės lygiams, įtraukimą, mechanizmų, prisidedančių prie sąmonės būsenų susidarymo ir sąmoningo laikinų įvykių suvokimo, netiesinių perėjimų ir didelio masto tinklų įtraukimo, skirtumą ir sutapimą. ir galiausiai laikinasis ryšys, kai sąmoningas atskirų įvykių suvokimas atsiranda, kai susitinka dėmesio ir atminties mechanizmai. Šie svarstymai ir naujausi eksperimentiniai atradimai verčia mus pasiūlyti visa apimančią hipotezę, apimančią keturias fazes, kurios buvo pradėtos netrukus po išorinio jutimo stimulo: (1) Aptikti – pirminė ir aukštesnė žievės ir subkortikinė grandinė aptinka dirgiklį ir pasirenka jį sąmoningam suvokimui. (2)

Pulsas – laikinas ir didžiulis neuromoduliacinis bangavimas subkortikiniuose-žievės susijaudinimo ir išryškinimo tinkluose sustiprina signalus, leidžiančius tęsti sąmoningą suvokimą. (3)

Jungiklis – tinklai, kurie gali trukdyti sąmoningam apdorojimui, išjungiami. (4) Banga – nuoseklus apdorojimas per hierarchinius žemesnius ir aukštesnius žievės regionus sukuria visiškai suformuotą suvokimą, užkoduotą frontoparietalinėje darbinėje atmintyje ir medialinėje laikinosios epizodinės atminties sistemose, kad vėliau būtų galima pranešti apie patirtį.

Čia iškelta hipotezė turi būti neišskirtinė ir skatina papildyti kitus mechanizmus su tolesne pažanga. Galiausiai, kaip daugelis biologijos mechanizmų kartu skiria gyvą nuo negyvų dalykų, daugelis neuromokslo mechanizmų gali sinergiškai atskirti sąmoningą ir nesąmoningą nervinę veiklą.

Raktažodžiai

Sąmonė; talamas; mechanizmai; dėmesys; subkortikinis; atmintis.

Įvadas

Daugelis žmonių sutinka, kad yra skirtumas, ar esate sąmoningas, ar ne. Tačiau yra plačiai paplitusių nesutarimų, kas tiksliai yra sąmonė ir kaip ją paaiškinti. Kai kurie teigia, kad tikras sąmonės supratimas priklauso nuo vidinių išgyvenimų, kurių negalima visiškai paaiškinti moksliniais metodais, kurie iš esmės remiasi išoriniu stebėjimu. Nepaisant to, čia manysime, kad neuromokslai gali suteikti vertingų įžvalgų apie sąmonės prigimtį.

Kaip ir kitos sudėtingos mokslo temos, tokios kaip gyvybės apibrėžimas, mes priartėsime prie sąmonės aprašydami svarbias jos savybes ir charakteristikas, o ne siekdami glausto ar paprasto vieno apibrėžimo. Galbūt būtent šis turtingumas ir gražus sudėtingumas, bendras su kitais svarbiais biologiniais reiškiniais, sukuria intuiciją, kad paprasti ar sausi sąmonės paaiškinimai yra nepriimtini. Sąmonė nėra paprasta, bet taip pat nėra ir nervų grandinės ar neuronai. Tikimės, kad didesnis supratimas ir supratimas apie sudėtingus, elegantiškus neuroninius mechanizmus, kurie gali prisidėti prie sinergetinio poveikio, galiausiai sukels patenkinamą neuromokslinį sąmonės paaiškinimą.

Sąmonei paaiškinti buvo pasiūlyta daug teorijų, kurios išsamiai aptartos kitur ir kurių čia neapžvelgsime (Dehaene 2014; Koch ir kt. 2016; Lamme 2006; Lau ir Rosenthal 2011; Tononi ir kiti 2016). Vietoj to, mes remsimės ankstesniu darbu, kad pasiūlytume naują hipotezę, skirtą susintetinti įvairius neuromokslo mechanizmus, kurie kartu gali sukurti sąmonę. Ši sąskaita nėra išskirtinė; verčiau teigiame – vėlgi, kaip ir pačios gyvybės biologinis tyrimas – kad sąmonė geriausiai suprantama per sinerginį kelių sudėtingų mechanizmų derinį, o ne per vieną paprastą mechanizmą. Pirmiausia aptarsime keletą svarbių sąmonės savybių ir savybių; tada pateikiame aptikimo, impulso, jungiklio ir bangų hipotezę, kad suvienodintume šias charakteristikas naujausių eksperimentinių išvadų kontekste; kol galiausiai atsigręžiama į ateities kryptis ir neatsakytus klausimus.

Sąmonės turinys, sąmonės lygis ir sąmonės sistema

Neurologai Plum ir Posner (1972) apibūdino sąmonę kaip turinčią du komponentus:

1. Sąmonės turinys

2. Sąmonės lygis

Sąmonės turinys yra substratas, ant kurio sąmonė veikia, ir apima hierarchiškai organizuotas sensorines, motorines, emocines ir mnemonines sistemas, veikiančias keliais lygiais. Sąmonės turinys apima daugumą neurologijos tyrinėtų sistemų, įskaitant sensorinius ir motorinius kelius, atmintį, emocijas ir potraukius, kalbą, vykdomąją funkciją, regimąjį ar kitokį jutimo apdorojimą, motorinį planavimą ir pan. (1 pav.). Kiekvienas atskiras sąmonės turinys gali būti paveiktas židinio disfunkcijos, kuri selektyviai sutrikdo konkretų modulį, o kitas funkcijas palieka santykinai nepaliestas (Heilman ir Valenstein 2003; Mesulam 2000). Pavyzdžiui, jei regėjimo takai yra pažeisti, žmogus gali turėti sutrikusią regėjimo sąmonės būklę, bet gali ir toliau turėti įprastą patirtį kitose srityse. Jei kas nors pažeidžia kalbos tinklus, jo kalbos sąmonė gali pakisti, o kiti neverbaliniai išgyvenimai tęsiasi nevaržomai.

Priešingai, neuroninės sistemos, valdančios sąmonės lygį, dažnai kartu veikia daugelį sąmonės turinio, sukeldamos daugiau visuotinio poveikio sąmonei (Giacino ir kt., 2018; Laureys ir kt., 2015; Posner ir kt., 2019; Schiff, 2008). Mes vadiname specializuotus žievės ir subkortikinius smegenų tinklus, kurie reguliuoja sąmonės lygį kaip sąmonės sistemą, analogiškai kitoms pagrindinėms smegenų funkcinėms sistemoms, tokioms kaip motorinė sistema, somatosensorinė sistema ir pan. 2). Sąmonės sistema kontroliuoja sąmonės lygį ir todėl reguliuoja prieigą prie viso sąmonės turinio.

Tai vyksta per tris skirtingus, bet susijusius procesus, kurie palaiko (1) budrumą, (2) dėmesį ir (3) savęs ir aplinkos suvokimą (mnemoninis AAA). Šias funkcijas kontroliuojantys sąmonės sistemų tinklai apima viršutinę smegenų kamieno, talaminio, pagumburio ir bazinės priekinės smegenų sužadinimo sistemas (Li ir kt., 2021; McCormick ir kt., 2015; Motelow ir Blumenfeld, 2014; Parvizi ir Damasio 2001; Redinbaugh ir kt.; Redinb0201; ir kiti, 2001; Steriade ir McCarley 2010), kartu su medialine ir šonine aukštesnio laipsnio asociacijos žieve (Corbetta ir Shulman 2002; Dosenbach ir kt. 2008; Menon ir Uddin 2010; Raichle ir Snyder 2007; Seeley ir kt.; žr. Fig. 2).

Kitos struktūros, tokios kaip klausulas, baziniai ganglijos, nucleus accumbens ir smegenėlės, taip pat gali turėti įtakos (Crick ir Koch 2005; Li ir kiti 2021; Middleton ir Strick 2000; Schiff 2010; Schmahmann 2019). Įvairūs žievės ir subkortikiniai sąmonės sistemos tinklai sutampa savo indėliu į budrumą, dėmesį ir sąmoningumą.

Nors sąmonės neuroanatomija yra gana gerai žinoma (Blumenfeld 2015; 2 pav.), neurofiziologiniai mechanizmai, generuojantys sąmonę, tebėra menkai suprantami. Norint suprasti sąmonės fiziologiją ir tai, kaip prisideda neuroanatominiai sąmonės sistemos komponentai, būtina apsvarstyti, kaip laikui bėgant atsiranda sąmonė.

Sąmoningos būsenos ir sąmoningi įvykiai

Sąmoningos būsenos yra situacijos, kai tam tikras sąmonės lygis trunka gana ilgą laikotarpį. Įvairios sąmonės būsenos apima miegą, pabudimą, mieguistumą, padidėjusį budrumą arba sąmonės sutrikimus, tokius kaip koma, minimalios sąmonės būsena arba epilepsijos priepuoliai. Sąmonės būsenos priklauso nuo žievės ir subkortikinių sąmonės sistemų tinklų, kurie kontroliuoja sąmonės lygį ilgesnį laiką (žr. 2 pav.). Priešingai, sąmoninguose įvykiuose yra trumpesnis sąmoningas suvokimas, paprastai apie konkretų pojūtį, veiksmą, mintį arba jų derinį, kad susidarytų patirtis. Naujausi darbai rodo, kad tie patys žievės-subkortikinės sąmonės sistemos tinklai, kurie, kaip žinoma, reguliuoja sąmonės lygį ilgesniais laiko intervalais sąmoningose ​​būsenose, taip pat dinamiškai valdo sąmonės lygį daug trumpesniais laiko intervalais trumpų sąmoningų įvykių metu (Chica ir kt., 2016; Kronemer ir kt., 2021). Li ir kiti 2021; Sarter ir Lustig 2019; Schiff ir kiti 2013; Warren ir kiti 2015).

Sąmonė yra netiesinė ir apima didelio masto smegenų tinklus

Dar dvi svarbios sąmonės savybės yra netiesiškumas ir didelio masto neuroninių tinklų įtraukimas į smegenis. Netiesiniai perėjimai tarp sąmonės būsenų yra dažni, kaip mes visi patiriame, kai per paskaitą staigiai grįžtame į budresnę būseną, mieguisti arba epilepsija sergantiems žmonėms, kai priepuolių metu sutrikusios sąmonės sunkumas dažniausiai pasiskirsto bimodaliai.

Žinoma, sąmonės lygyje yra gradacijų, o sąmonė nėra griežtai „viskas arba nieko“ reiškinys; tačiau sąmonės lygio perėjimai tarp būsenų dažniausiai vyksta netiesiškai (Cunningham ir kt., 2014; Del Cul ir kt., 2007; Saper ir kt., 2001). Panašiai netiesiniai procesai yra svarbūs sąmoningų įvykių patyrimui. Įdomūs pastarojo meto daugelio laboratorijų darbai parodė, kad nors žemesnio lygio nerviniai atsakai yra linkę labiau linijuoti, reaguojant į dirgiklio stiprumą (pvz., signalus pirminėje regos žievėje), vėlesni aukštesnio laipsnio nerviniai atsakai yra labai netiesiniai (Del Cul ir kt. 2007; Fisch ir kiti 2009; Herman ir kiti 2019; Noy ir kiti 2015; van Vugt ir kiti 2018).

Tai sukuria netiesinius signalus aukštesnio laipsnio žievės srityse, kurios masiškai sustiprinamos sąmoningai suvoktiems ir nesuvoktiems įvykiams. Be to, tiek sąmoningos būsenos, tiek sąmoningi įvykiai apima didelio masto neuroninius tinklus smegenyse. Daugelis susiliejančių normalios sąmonės ir sąmonės sutrikimų tyrimų parodė, kad sąmonė yra „didelė“ smegenyse, o tai reiškia, kad kai atsiranda sąmonė, ji paprastai apima plačiai paskirstytus žievės ir subkortikinius tinklus abiejuose pusrutuliuose (Baars 2005; Dehaene 2014; Koch 2004; Laureys ir kiti 2015; Posner ir kiti 2019; Schiff 2008; Steriade ir McCarley 2005; Tononi ir kiti 2016). Šis platus sąmonės įtraukimas į tinklą atitinka jos esminę funkcinę svarbą ir išgyvenimo naudą, suteikia tvirtumo ir pertekliškumo, kurie gali turėti evoliucinių pranašumų.

Sąmonės laiko juosta

Kai žmonės vartoja žodį „sąmoningas“ įprastoje kalboje, jie paprastai reiškia (1) ne be sąmonės (ty ne komoje ar be sapno miego) arba (2) sąmoningą kažko suvokimą. Mechanizmai, kurie užkerta kelią sąmonės praradimui ir palaiko normalią budrumo būseną, yra mažiau prieštaringi (Posner ir kt., 2019; Steriade ir McCarley 2010). Todėl dabar mes išsamiau aptarsime sudėtingesnius sąmoningo suvokimo mechanizmus. Daugiausia dėmesio skirsime sąmoningam įvykių suvokimui, nes jie buvo aktyviausiai tyrinėti. Nors iš tikrųjų sąmoningas suvokimas gali vykti daugiau kontinuumo (Huk ir kt., 2018), ir galima sąmoningai suvokti dalykus, kurie nevyksta tam tikru laiko momentu, atskirų įvykių suvokimą daug lengviau ištirti eksperimentiškai. . Sąmoningas įvykių suvokimas gali būti „sąmonės tyrimo E. coli“, suteikiantis paprastą modelių sistemą, kurios rezultatai būtų ekstrapoliuojami ir interpretuojami plačiau, nors tokiam supaprastintam modeliui reikia laikytis visų atitinkamų atsargumo priemonių.

Sąmoningi įvykiai gali būti apibūdinti kaip įvykę sąmonės laiko juostoje (3 pav.). Keletas tyrėjų pastaruoju metu išskyrė neuroninius mechanizmus, prisidedančius prie paties sąmoningo įvykio, ir kitus mechanizmus, kurie gali būti prieš jį arba po jo, bet, griežtai tariant, nėra sąmonės dalis (Aru ir kiti 2012; Pitts ir kiti 2014a; Tsuchiya ir kiti 2015). Šioms sąvokoms aptarti naudosime trumpo išorinio dirgiklio pavyzdį, pvz., trumpalaikį veido atsiradimą regėjimo lauke (pavaizduota raudona rodykle 0 momentu 3 pav.). Svarbūs sąmonės pirmtakai arba prielaidos gali turėti įtakos tam, ar įvykis pasiekia sąmoningą suvokimą, ar ne.

Šie sąmonės pirmtakai apima budrumo ir susijaudinimo lygį, dėmesio budrumą ar laukimą, ankstesnę patirtį, susijusią su būsimu įvykiu, motyvacinę būseną ir smegenų svyravimų fazę, pvz., alfa ritmą (Boly ir kt., 2007; Gonzalez-Garcia ir kt. 2018; Libet ir kiti 1983; Mathewson ir kiti 2009; Palva ir kiti 2005; Sadaghiani ir kiti 2009; Wyart ir Tallon-Baudry 2009). Po sąmoningo įvykio gali atsirasti keletas sąmonės padarinių (žr. 3 pav.).

Tai yra vadinamasis post-percepcinis apdorojimas, informacijos kodavimas į atminties sistemas ir pasiruošimas vėlesniems pranešimams ar patirties aprašymams (Aru ir kt. 2012; Pitts ir kt. 2014a; Tsuchiya ir kt. 2015). Tarp sąmonės pirmtakų ir pasekmių slypi pats sąmoningas įvykis, tikriausiai trunkantis kažkur nuo 200 iki 300 ms (tiksli trukmė ginčytina). Sąmoningas įvykis 3 paveiksle pavaizduotas žaliu langeliu vietoj garsiosios juodosios dėžės su viltinga dvasia, kad galiausiai tai gali būti paaiškinta remiantis biologija.

Dėmesys, atmintis ir sąmoningas suvokimas

Pabandykime atidaryti žalią dėžutę. Kaip sąmoningo įvykio pavyzdį vėl naudosime trumpą vizualinio stimulo atsiradimą nuliniu momentu. Tačiau tos pačios sąvokos gali būti taikomos bet kokiam išoriniam jutiminiam (vizualiniam, klausos, lytėjimo ir kt.) dirgikliui, taip pat motoriniam veiksmui arba vidinei minčiai, atminčiai ar jausmui, kurių turinys galėtų būti bet kuris iš jų. sąmonės (žr. 1 pav.). Kaip jau aptarėme, susijaudinimas ir dėmesys greičiausiai yra būtini, bet jų galbūt nepakanka sąmoningam suvokimui. Sąmonės laiko juostoje (žr. 3 pav.) dirgiklio metu reikalingas dėmesys, kad vizualinis įvykis pasiektų sąmoningą suvokimą (Simons ir Chabris 1999). Be dėmesio, atmintis suteikia svarbių užuominų apie sąmonės mechanizmus.

Kad sąmoningas įvykis būtų naudojamas vėlesnėms pažinimo operacijoms, jis turi patekti į nugaros priekinės ir parietinės darbinės atminties sritis (Carver ir kt., 2018; Goldman-Rakic ​​1996; Persuh ir kt., 2018). Be to, kad būtų galima vėliau pateikti ataskaitą kaip epizodinė deklaratyvi atmintis ar patirtis, ji turi pasiekti medialinės laikinosios atminties grandines (Hassabis ir kiti 2007; Squire ir Wixted 2011; Tulving 2002). Taigi, atminties sistemos turi būti įjungtos sąmoningo įvykio metu arba jo pabaigoje (žr. 3 pav.). Taigi žalia dėžutė arba sąmoningas įvykis yra ryšyje arba laikinajame perėjime tarp dėmesio ir atminties sistemų – arba, trumpai tariant, sąmonė yra ta vieta, kur dėmesys susitinka su atmintimi.

Tačiau ne visi sąmoningi įvykiai prisimenami. Galima vieną akimirką sąmoningai ką nors suvokti, bet vėliau to neprisiminti arba dėl amnezijos, ar tiesiog dėl įprasto pamiršimo. Todėl sąmonė nėra tas pats, kas atminties kodavimas, o veikiau gali reprezentuoti etapą prieš pat atminties kodavimą, kai potenciali atmintis pasiekia vartus į atminties sistemas tokiuose regionuose kaip medialinė laikinoji skiltis. Panašiai galima įtraukti dėmesio mechanizmus neformuojant sąmoningos patirties. Pavyzdžiui, kai kurie veiksmai, reikalaujantys daug dėmesio, pavyzdžiui, automobilio vairavimas, gali įvykti iš esmės automatiškai, kai įvyksta daug įvykių, kurie netampa sąmonės dalimi. Todėl sąmonės suvokimas nėra tapatus dėmesiui. Reikalingi papildomi nerviniai ingredientai, kad įvykis, kuris atkreiptų dėmesį, taip pat pasiektų sąmoningą suvokimą.

Aptikti, pulsuoti, perjungti ir banguoti

Kas vyksta perėjimo nuo dėmesio prie atminties metu? Dabar pateiksime naują sąmoningų įvykių tyrimo sistemą, vadinamą aptikimo, impulso, jungiklio ir bangos hipoteze (4 pav.). Ši hipotezė remiasi ir apima ankstesnes teorijas ir išvadas bei naujausius darbus, susijusius su sąmonės neuromokslu iš mano laboratorijos. Grįžtant prie trumpo vaizdinio dirgiklio pavyzdžio 0 momentu, netrukus po dirgiklio (<100 ms), primary cortices are activated, specifically the visual cortex in this case. To detect the stimulus, signals interact with higher cortical areas including the frontal eye fields and other frontoparietal regions (Bisley and Goldberg 2010; Gregoriou and others 2009; Thompson and Schall 1999) as well as subcortical areas such as the midbrain tectum (Bollimunta and others 2018; Knudsen 2011. see Fig. 4, "Detect"). We recently found support for a rapid early cortical detection network based on human electrocorticography analysis with both visual and auditory stimuli (Christison-Lagay and others 2018; Herman and others 2019; Khalaf and others 2021 [unpublished data]; Kwon and others 2021).

Sąmoningai aptikti dirgikliai suaktyvina kitus tris veiksmus per 200–300 ms. Pirmajame iš šių žingsnių subkortikinės sužadinimo sistemos suteikia dinaminį trumpalaikį impulsą, kuris palengvina vėlesnius masinius netiesinius žievės signalus, būtinus sąmonei (žr. 4 pav. „Pulsas“). Kaip jau aptarėme, kitos teorijos patvirtina netiesinį žievės „uždegimą“ sąmoningame suvokime; tačiau subkortikinėms susijaudinimo sistemoms paprastai suteikiamas lėtesnis, leistinas vaidmuo nuolatiniam dėmesiui. Priešingai, mes manome, kad trumpalaikis ankstyvas subkortikinis susijaudinimo impulsas arba neuromoduliacinis padidėjimas dinamiškai sustiprina žievės tinklus, palengvindamas ir sustiprindamas greitą ir plačiai paplitusį smegenų įsitraukimą į sąmonę. Neseniai radome įrodymų, patvirtinančių ankstyvą trumpalaikį subkortikinį-žievės susijaudinimo impulsą žmogaus regėjimo suvokime, pagrįstą fMRI (funkcinio magnetinio rezonanso tomografija) ir tiesioginiais įrašais iš žmogaus talamo (Christison-Lagay ir kt., 2018; Kronemer ir kt., 2021; Li ir kt. 2021). Atkreipkite dėmesį, kad „aptikimo“ ir „pulso“ žingsniai sutampa su iš apačios į viršų esančiais subkortikiniais ir žievės išryškinimo tinklais, kurie buvo aprašyti anksčiau (Kinomura ir kiti, 1996; Menon ir Uddin 2010; Sarter ir Lustig 2019; Schiff ir kiti 2013; Seeley ir kiti 2007). .

Tada konkrečių tinklų veikla išjungiama, kad jie netrukdytų nuolatiniam sąmoningo stimulo apdorojimui, šiuo atveju įskaitant pirminę regos žievę, frontoparietalinio aptikimo tinklo sritis ir numatytojo režimo tinklą (žr. 4 pav. , „Perjungti“). Manome, kad toks aktyvumo sumažėjimas gali „susmulkinti“ sąmoningus įvykius į atskirus momentus arba atlikti kitas funkcijas, kad būtų galima pasirinktinai valdyti arba sutelkti informacijos srautą. Pavyzdžiui, gerai žinoma, kad sumažėjęs aktyvumas atsiranda numatytųjų režimų tinkluose, kai išjungiamas vidinis dėmesys ir įjungiamas išorinis dėmesys (Herman ir kt., 2019; Li ir kt., 2019; Miller ir kt., 2009; Ossandón ir kt., 2011; Raichle ir Snyder 2007; Singh ir Fawcett 2008). Be nuolatinio numatytojo režimo tinklo aktyvumo sumažėjimo, neseniai nustatėme, kad sąmoningai suvokiami vizualiniai dirgikliai laikinai sumažina pirminę regos žievę, taip pat aukštesnės eilės aptikimo tinklus maždaug po 350 ms po stimulo pateikimo (Herman ir kt., 2019). Šių sumažėjimų laikas sutampa su dėmesio mirksėjimo ar psichologinio atsparumo periodu, todėl gali padėti apriboti potencialiai blaškančius duomenis sąmoningo apdorojimo metu (Dux ir Marois, 2009; Hindi Attar ir kt., 2010; Li ir kt., 2013; Sergent ir kt., 2005).

Galiausiai plati hierarchinio apdorojimo banga prasiskverbia per žemesnes į aukštesnes žievės sritis (įskaitant nugaros ir ventralinius regos srautus šiuo atveju), kad įvykis būtų visiškai apdorotas, kol jis neužkoduojamas frontoparietalinėje darbinėje atmintyje ir medialinėje laikinosios epizodinės atminties sistemose (4 pav. , „Banga“). Ankstesnės bangos dalys gali būti laikomos paties sąmoningo įvykio dalimi; tačiau nuolatinis apdorojimas po suvokimo, reikalingas pilnai atminties kodavimui ir pasiruošimui vėlesniam pranešimui, susilieja su vėlesnėmis sąmonės pasekmėmis (3 pav.). Remdamiesi intrakranijiniais EEG (elektroencefalografijos) įrašais su sąmoningai suvokiamais regos dirgikliais, nustatėme padidėjusio žievės aktyvumo bangą, besitęsiančią iš nugaros į priekį per hierarchiškai organizuotus žievės tinklus maždaug 150 mm/s greičiu (Herman ir kt., 2019). Panaši aktyvumo banga buvo pastebėta ir sąmoningai suvokiant klausos dirgiklius (Christison-Lagay ir kt., 2018). Abiejuose tyrimuose banga nebuvo pastebėta su identiškais regos ar klausos dirgikliais, kurie nebuvo sąmoningai suvokti. Įdomu tai, kad kai kurios bangos aktyvumas frontoparietaliniuose tinkluose išliko dar ilgai po stimulo pabaigos (Herman ir kiti, 2019). Neseniai atliktas darbas su fMRI ir EEG, naudojant nuo ataskaitos nepriklausomas paradigmas sąmoningam suvokimui tikrinti, rodo, kad ankstyvosios bangos dalys yra susijusios su sąmone, o vėlesnės bangos dalys yra susijusios su po-suvokimo apdorojimu (Kronemer ir kt., 2021; Pitts ir kt. kiti 2014b).

Neatsakyti klausimai ir ateities darbai

Aptikimo, pulso, perjungimo ir bangos hipotezė skirta apibendrinti keletą pagrindinių sąmonės laiko juostos mechanizmų, užpildant spragą tarp pirmtakų ir sąmonės pasekmių tikėtina nervinių įvykių seka. Hipotezė atitinka mūsų nurodytas sąmonės charakteristikas, įskaitant skirtas sistemas, kurios prisideda prie sąmonės turinio tam tikriems modalumams, tokiems kaip regėjimas, klausa, veiksmas ir pan. (1 pav.); bendresnės sistemos, valdančios sąmonės lygį per sąmonės sistemą (2 pav.); dinamiškas momentinis sąmonės lygio valdymas, leidžiantis sąmoningai suvokti atskirus įvykius; netiesiniai perėjimai ir stiprinimas, vedantis į didelio masto smegenų tinklų įtraukimą; ir greita nervinių mechanizmų seka „žaliojoje dėžutėje“ sąmonės laiko juostoje (3 ir 4 pav.), leidžianti dėmesiui susitikti su atmintimi.

Nors tokio pobūdžio išsamios ir patikrinamos hipotezės labai padeda paaiškinti sąmoningo suvokimo mechanizmus, išlieka daug svarbių klausimų. Pavyzdžiui, esminio išsišakojimo mechanizmai, kai įvykis patenka į sąmonę arba jo nepatenka, reikalauja daug papildomo tyrimo. Įdomu tai, kad trumpą laiką po įvykių jie potencialiai vis tiek gali patekti į sąmonę, jei dėmesys bus sutelktas į juos (Sperling 1960). Dėl to kyla intriguojančių klausimų apie tai, kada tiksliai atsiranda sąmonė ir koks informacijos pogrupis smegenyse bet kuriuo momentu atspindi sąmonę ir nesąmoningą medžiagą, nuolat vykstančios diskusijos (Aru ir Bachmann 2017; Mack ir kiti 2018).

Susijęs klausimas, ar sąmonei reikalinga tam tikra atgalinio refleksijos ar metakognicijos forma, ar ne (Fleming ir kt., 2012; Mazor ir kt., 2020). Kai kurie teigia, kad sąmonė reikalauja sukurti informacinį modelį arba skirti dėmesio sau ar kitiems (Graziano 2020; Wilkerson ir kt., 2020). Kai kuriais atžvilgiais klausimas yra apibrėžiamas, panašus į garsųjį klausimą, ar miške krintantis medis, kurio niekas negirdi, skleidžia garsą. Ar sąmoningam sąmoningumui reikia to suvokimo, ar ne? Vėlgi, laikas gali būti labai svarbus šiam klausimui. Tikriausiai paprastas suvokimas įvyksta arčiau įvykio, o suvokimas gali įvykti šiek tiek vėluojant.

Emocinio valentingumo ir vertės vaidmuo, galbūt dalyvavimas moduliaciniame impulse ar kituose aukščiau aprašytos hipotezės žingsniuose, taip pat reikalauja išsamaus papildomo tyrimo. Pavyzdžiui, neseniai atliktas darbas parodė, kad branduolys yra įtrauktas į sąmoningą vizualinį suvokimą (Kronemer ir kt., 2021). Panašiai kaip emocijų ir motyvacijos vaidmuo dėmesiui, limbinis indėlis gali padėti nustatyti, kas svarbu, yra svarbu ir todėl patenka į sąmonę (Damasio ir Damasio 2021; Romer Thomsen ir kiti 2011).

„Įrišimo problema“ yra svarbi neišspręsta sąmonės tyrimų problema, klausiama, kaip, pavyzdžiui, laikant oranžinę spalvą skirtingi aspektai, tokie kaip spalva, pojūtis, kvapas, vieta ir laikas, yra susieti, kad sudarytų vieningą. patirtis (Dainininkė 2001). Aukščiau aprašyti jungiklio ir bangos aspektai, apimantys aukštesnes žievės ir medialines laiko sistemas, gali prisidėti prie surišimo, tačiau detalėms reikia daug tolesnių tyrimų. Kai kurie įkalčiai gali kilti dėl klinikinių sutrikimų, tokių kaip Balinto sindromas, kai dvišalis dorsolaterinis parietalinis pažeidimas sulaužo įprastą vaizdinės patirties susiejimą į mažesnius atskirtus fragmentus (Barton 2011).

Kitas svarbus klausimas – kaip čia aprašyti mechanizmai gali sukurti ryškią, subjektyvią ir asmeninę („pirmojo asmens“ perspektyvos) suvokimo patirtį tiek apie save, tiek apie išorinį pasaulį (Blanke ir kt., 2015; Lou ir kt., 2017). Schaefer ir Northoff 2017). Vėlgi, kai kurie įkalčiai gali kilti dėl klinikinių sutrikimų, tokių kaip hemineglekto sindromas, kai pažeidimas – dažniausiai dešinėje parietalinėje skiltyje – gali priversti individus nesuvokti visos kairiosios visatos pusės, įskaitant kairę savo „aš“ pusę (Heilmanas). ir kiti 2000).

Nors sąmonės laiko juosta yra naudinga euristika trumpiems išoriniams įvykiams, ypač jutiminėje srityje, sąmonės laikas ir mechanizmai tampa sudėtingesni, kai atsižvelgiama į (1) vidinių minčių suvokimą, kai įvykio laikas nėra toks aiškus; (2) motorinių veiksmų, kurių metu kai kurie sąmonės aspektai gali pasireikšti tiek prieš išorinį įvykį, tiek po jo, suvokimas; ir (3) nuolatinės natūralistinės patirties, kai laikas yra mažiau aiškus, priešingai nei atskiri ir paprasti pavieniai įvykiai, dažnai tiriami eksperimentiškai.

Daugelio sričių pažanga padės atsakyti į šiuos klausimus ateinančiais metais. Įžvalgos bus gautos iš įdomios pažangos dėmesio, atminties, suvokimo, susijaudinimo, emocijų, motyvacijos, sprendimų priėmimo, vykdomosios funkcijos, psichinių vaizdų ir kitų susijusių temų, įskaitant tyrimus, tiesiogiai skirtus sąmonės tyrimui, neuromokslų srityje. Didelė dalis neurologijos gali būti laikoma „slaptu sąmonės tyrimu“, nes kai kurie tyrėjai vengia termino „sąmonė“, tačiau vis tiek svarbiais būdais prisideda prie šios įdomios tyrimų srities. Kaip jau aptarėme, kadangi sąmonė yra tokia iš esmės svarbi, tikėtina, kad kelių tvirtų nervinių mechanizmų konvergencija veikia kartu, kad užtikrintų sąmonę, o ne vieną mechanizmą. Ir toliau siekdami geresnio smegenų supratimo, tikimės, priartėsime prie smegenų veiklos ir sąmoningos minties, kuri yra viena didžiausių šiuolaikinio mokslo paslapčių, ryšio.

Finansavimas

Autorius (-ai) atskleidė, kad gavo šią finansinę paramą šio straipsnio tyrimams, autorystei ir (arba) publikavimui: Šį darbą parėmė NIH/NINDS UG3/UH3 NS112826, R37 NS100901, R01 NS066974, R01 NS096088, R0829NS , kurį sukūrė Loughridge Williams fondas ir Betsy ir Jonathan Blattmachr šeima.

Nuorodos

Aru J, Bachmann T. 2017. Laukimas sukuria kažką iš nieko: dėmesio vaidmuo ikoniškoje atmintyje persvarstytas. Sąmoningas Cogn 53: 203–10. [Pubmed: 28687418]

2.Aru J, Bachmann T, Singer W, Melloni L. 2012. Distilling the neuron correlates of sąmonė. Neurosci Biobehav Rev 36:737–46. [Pubmed: 22192881]

3. Baars BJ. 2005. Pasaulinės darbo erdvės sąmonės teorija: link kognityvinio žmogaus patirties neuromokslo. Prog Brain Res 150:45–53. [Pubmed: 16186014]

4. Bartonas JJ. 2011. Aukštesnio regėjimo apdorojimo sutrikimai. Handb Clin Neurol 102:223-61. [Pubmed: 21601069]

5.Bisley JW, Goldberg ME. 2010. Dėmesys, ketinimas ir prioritetas parietalinėje skiltyje. Annu Rev Neurosci 33:1–21. [Pubmed: 20192813]

6.Blanke O, Slater M, Serino A. 2015. Kūno savimonės elgesio, neuroniniai ir skaičiavimo principai. Neuron 88:145-66. [PubMed: 26447578]

7. Blumenfeld H 2009. Epilepsija ir sąmonė. In: Laureys S, Tononi G, eds. Sąmonės neurologija: kognityvinis neuromokslas ir neuropatologija. Akademinė spauda. p. 15–30 val.

8. Blumenfeld H 2015. Neuroanatominiai sąmonės pagrindai. In: Gosseries O, Laureys S, Tononi G, eds. Sąmonės neurologija. 2-asis leidimas Elsevier.

9. Blumenfeld H 2022. Neuroanatomija per klinikinius atvejus. 3 leidimas Sinauer Associates, Oksfordo universiteto leidykla.

10.Bollimunta A, Bogadhi AR, Krauzlis RJ. 2018. Priekinio akies lauko ir viršutinio kolikulo indėlio į paslėptą erdvinį dėmesį palyginimas. Nat Commun 9:3553. [Pubmed: 30177726]

11. Boly M, Balteau E, Schnakers C, Degueldre C, Moonen G, Luxen A ir kt. 2007. Pradiniai smegenų veiklos svyravimai numato somatosensorinį žmonių suvokimą. Proc Natl Acad Sci US 104:12187–92. [Pubmed: 17616583]

12.Carver FW, Rubinstein DY, Gerlich AH, Fradkin SI, Holroyd T, Coppola R. 2018. Prefrontal high gamma atliekant magnetoencephalographic work memory užduotis. Hum Brain Mapp 40:1774–85. [Pubmed: 30556224]

13. Chica AB, Bayle DJ, Botta F, Bartolomeo P, Paz-Alonso PM. 2016. Sąveika tarp fazinio perspėjimo ir sąmonės frontostriataliniame tinkle. Sci Rep 6:31868. [PubMed: 27555378]

14. Christison-Lagay KL, Micek C, Kronemer SI, Forman S, Aksen M, Abdel-Aty A ir kt. 2018. Klausos sąmoningo suvokimo tyrimas su slenksčio užduotimi ir intrakranijine EEG. Soc Neurosci Abstracts 2018, santrauka Nr. 78907.

15. Corbetta M, Shulman GL. 2002. Tikslo ir stimuliuojamo dėmesio kontrolė smegenyse. Nat Rev Neurosci 3:201–15. [Pubmed: 11994752]

For more information:1950477648nn@gmail.com