MÓZG OD GÓRY DO DOŁU

Czy stany świadomości można odwzorować w mózgu?

Niektóre neurobiologiczne modele świadomości, takie jak teoria globalnej przestrzeni roboczej, zakładają, że zawartość świadomości jest szeroko rozproszona w mózgu. Założenie to zostało potwierdzone przez wiele eksperymentów obrazowania mózgu, w szczególności przez Stanislasa Dehaene i jego współpracowników. W tych eksperymentach, kiedy czas, w którym słowo było wyświetlane na ekranie został przedłużony tuż za progiem wymaganym dla badanych, aby postrzegać je świadomie, nastąpił znaczny wzrost aktywności w ich korze czołowej, przedczołowej, przednim zakręcie obręczy i korze ciemieniowej.

Tak więc świadome wejścia sensoryczne wydają się produkować znacznie większą aktywność mózgu niż porównywalne nieświadome bodźce, a nagła aktywacja płatów czołowych i ciemieniowych wydaje się być typowym podpisem świadomej percepcji.

Ale ta percepcyjna świadomość, lub jak niektórzy nazywają to, pierwotna świadomość, nie jest jedyną formą świadomości. Kiedy próbujemy powiązać świadomość z konkretnymi strukturami w mózgu, musimy zatem jasno określić, o jakim poziomie świadomości mówimy. Przykładowo, pierwszym warunkiem koniecznym do tego, aby mózg mógł świadomie przetwarzać zewnętrzne bodźce zmysłowe jest to, aby znajdował się w odpowiednim stanie czuwania (np. obudzony, a nie śpiący).

Wychodząc z tego założenia, autorzy tacy jak Damasio wyróżniają bardzo prymitywną formę świadomości, którą nazywa proto-ja i która jest bardziej zbliżona do chwilowej percepcji wewnętrznego stanu emocjonalnego ciała. Stan ten jest związany z aktywnością takich struktur mózgu jak formacja siatkowata, podwzgórze i kora somatosensoryczna. Stwór siatkowaty jest również związany ze świadomością w minimalnym sensie czuwania. Inne struktury biorące udział w utrzymaniu czuwania to pons, jądra raphe i locus coeruleus.

W tym miejscu należy zauważyć, że aktywność formacji siatkowatej, podobnie jak pierwotnych obszarów sensorycznych, wydaje się być konieczna, ale niewystarczająca dla bardziej rozbudowanego poziomu świadomości. Ten ostatni poziom osiągamy dzięki temu, co niektórzy autorzy nazywają świadomością pierwotną, czyli stanem na jawie, w którym jesteśmy w relacji z otoczeniem „tu i teraz”. Na podstawie badań przeprowadzonych przez szwedzkiego neurobiologa Bjorna Merkera wydaje się, że pień mózgu odgrywa ważniejszą rolę w świadomości pierwotnej, niż wcześniej sądzono.

Damasio nazywa ten rodzaj świadomości „świadomością rdzenia” i twierdzi, że zależy ona głównie od kory zakrętu obręczy i jąder śródwęchowych wzgórza. Rzeczywiście, eksperymenty wykazały, że obustronne zniszczenie środkowo-przyśrodkowej części jąder intralaminarnych wzgórza również eliminuje świadomość, produkuje śpiączkę lub powoduje inne stany podobne do śmierci mózgu. Ponadto, ten region wzgórza jest jednym z głównych miejsc, na które działają środki znieczulające i leki przeciwpsychotyczne.

Modele świadomości, które przypisują rolę wzgórzu, nie są nowością. Już w 1984 roku Francis Crick zaproponował jedną z pierwszych hipotez dotyczących świadomości, „hipotezę wzgórzowego reflektora”, zgodnie z którą wzgórze kontrolowało, który region kory mózgowej stał się punktem centralnym dla świadomości. Podobną, ale bardziej wyrafinowaną koncepcję zaproponował ostatnio Rodolfo Llinas. Wysuwa on hipotezę, że oscylacje pewnych neuronów we wzgórzu służą jako rodzaj podstawowego rytmu, z którym korowe oscylacje różnych modalności zmysłowych synchronizują się, tworząc jednolity obraz otoczenia – trochę jak dyrygent orkiestry, który nadaje rytm wszystkim muzykom (patrz sidebar). Jest to oryginalne rozwiązanie problemu wiązania.

Wzgórze jest często porównywane do rozdzielni kolejowej, ponieważ sygnały ze wszystkich zmysłów (z wyjątkiem węchu) muszą przejść przez niego, zanim dotrą do kory mózgowej. Kora również wysyła wiele połączeń z powrotem do wzgórza. Większość jąder we wzgórzu jest uważana za „specyficzne”, ponieważ ich neurony łączą się ze stosunkowo ściśle określonymi obszarami w korze (na przykład neurony jądra bocznego genitalnego rzutują do pierwotnej kory wzrokowej). Wzgórze posiada również wiele „niespecyficznych” jąder, które wysyłają rozproszone projekcje do szerokich obszarów kory mózgowej. Jądra intralaminarne, znajdujące się w blaszce środkowej wewnętrznej, są dobrym przykładem niespecyficznych jąder wzgórza. Aby zakończyć ten przegląd wzgórza, należy zauważyć, że tylko jedno z jego jąder, jądro siatkowate, które owija się wokół bocznej części wzgórza, nie wysyła żadnych projekcji bezpośrednio do kory. Odgrywa ono jednak rolę w pętli sprzężenia zwrotnego wzgórzowo-korowej, otrzymując dane wejściowe z kory i wysyłając dane wyjściowe do jądra grzbietowego wzgórza.

Te pętle wzgórzowo-korowe zaczęły odgrywać ważną rolę w praktycznie wszystkich teoriach neurobiologicznych, które próbują wyjaśnić wyższe stany świadomości, dla których niższe poziomy świadomości, które omawialiśmy do tej pory, są w pewnym sensie tylko warunkami wstępnymi. Te wyższe poziomy ludzkiej świadomości znane są jako świadomość refleksyjna i samoświadomość.

Świadomość refleksyjna – to poczucie, że „to ja postrzegam” – jest często przedstawiana jako warunek konieczny samoświadomości: poczucia, że jest się sobą, a nie kimś innym. Ten autobiograficzny wymiar świadomości sugeruje, że możemy tworzyć mentalne reprezentacje świadomych doświadczeń w przeszłości lub przyszłości, a zatem wymaga wsparcia pamięci i wyższych funkcji, które umożliwiają abstrakcyjną konceptualizację i planowanie.

Więc można by się spodziewać, że obszary mózgu, które są znane z zaangażowania w te funkcje, szczególnie w płatach czołowych i ciemieniowych, będą aktywnie zaangażowane w samoświadomość. I to rzeczywiście okazało się być tak w niektórych badaniach, które dotyczyły tego konkretnego pytania.

Te wyższe poziomy świadomości wydają się również angażować inne struktury mózgu, których rola była długo słabo rozumiana, częściowo dlatego, że niektóre z nich znajdują się głęboko w mózgu, co czyniło je trudno dostępnymi. Nowoczesne techniki obrazowania mózgu pozwoliły przezwyciężyć ten problem.

Trzy z tych struktur – zakręt kątowy, przedni zakręt obręczy i przednia kora obręczy, które są często bardzo aktywne w świadomym stanie spoczynku – mogą być częścią funkcjonalnej sieci, która umożliwia samoświadomość. Przypadek precuneus, który jest postero-przyśrodkową częścią płata ciemieniowego, jest szczególnie odkrywczy. Świadomy stan spoczynku to stan, w którym oczy podmiotu są generalnie zamknięte, a EEG podmiotu wykazuje rytm alfa, lub w którym podmiot biernie patrzy na prosty cel, taki jak znak „+”. Spośród wszystkich obszarów mózgu, które są aktywne podczas tego stanu, prekunea jest tym, który wykazuje najwyższy poziom aktywności neuronalnej. W przeciwieństwie do tego, wiadomo, że przedklinek jest mniej aktywny podczas zadań, które nie odnoszą się do jaźni. Niektórzy autorzy zaproponowali zatem, że aktywacja rogów przedczołowych i kory tylnej zakrętu obręczy, która jest z nimi ściśle połączona, jest skorelowana z poczuciem własnej tożsamości i poczuciem bycia „agentem”.

Za Wheatley i in, 2007.

Ta hipoteza jest również zgodna z badaniami, które wykazały zmniejszoną aktywność w postero-przyśrodkowej korze ciemieniowej w wielu stanach zmienionej świadomości, takich jak sen, znieczulenie lub stan wegetatywny. W innych badaniach wykazano również zmniejszoną aktywność kory przedczołowej i tylnej części kory zakrętu obręczy, gdy badany znajduje się w hipnozie, innym zmienionym stanie świadomości.

Na koniec, wydaje się, że część przedczołowa odgrywa również rolę w wyobrażeniach wizualno-przestrzennych. Na przykład, niektóre eksperymenty pokazały, że przedwzgórze jest bardziej aktywne, gdy badani są zaangażowani w wyobrażenie motoryczne ruchu palca, niż gdy faktycznie wykonują ten ruch. To znowu wydaje się wskazywać, że ludzie mają skłonność do reprezentowania swoich ciał w przestrzeni.

Wyspa (znana również jako kora wyspowa) jest kolejnym regionem mózgu, który przez długi czas pozostawał słabo poznany ze względu na swoje położenie głęboko w fałdach kory mózgowej. Również dlatego, że nie była związana z „wyższymi” funkcjami mózgu, była mniej interesująca dla naukowców badających świadomość.

Ale ta obojętność ustąpiła miejsca intensywnemu zainteresowaniu po tym, jak Antonio Damasio przeprowadził badania nad insulą i zaproponował, że większość tej struktury składa się z markerów somatycznych. Damasio postawił hipotezę, że ta część kory mózgowej mapuje stany cielesne związane z naszymi doświadczeniami emocjonalnymi, dając w ten sposób początek świadomym uczuciom. Hipoteza ta należy do szkoły myślenia znanej jako ucieleśnione poznanie, zgodnie z którą świadoma racjonalna myśl nie może być oddzielona od emocji i ich ucieleśnienia w reszcie ciała.

Za Wheatley i in., 2007.

Przysadka wydaje się zatem dostarczać kontekstu emocjonalnego, który jest odpowiedni dla danego doświadczenia sensorycznego. Wyspa jest również dobrze umiejscowiona, aby zintegrować informacje o stanie ciała i udostępnić te informacje procesom poznawczym i emocjonalnym wyższego rzędu. Na przykład, insula otrzymuje homeostatyczne dane sensoryczne przez wzgórze i wysyła dane wyjściowe do kilku struktur związanych z układem limbicznym, takich jak ciało migdałowate, brzuszna część prążkowia i kora oczodołowo-czołowa.

Wyspa została również przekonująco wykazana jako związana z procesami bólowymi, jak również z kilkoma podstawowymi emocjami, takimi jak gniew, strach, obrzydzenie, radość i smutek. Jej najbardziej przednia część jest uważana za część układu limbicznego. Insula wydaje się być również głęboko zaangażowana w świadome pragnienia, takie jak aktywne poszukiwanie jedzenia lub narkotyków. Co jest wspólne dla wszystkich tych stanów jest to, że wpływają one na całe ciało głęboko – co ma tendencję do wzmocnienia przypadku insula’s prawdopodobnej roli w sposób, w jaki reprezentujemy nasze ciała do siebie i w subiektywnym aspekcie doświadczenia emocjonalnego.

Na koniec, insula u ludzi, i w mniejszym stopniu u małp człekokształtnych, wydaje się zawierać dwie ewolucyjne innowacje, które zapewniają tym gatunkom większą zdolność do odczytywania stanu ich własnych ciał niż u innych ssaków.

Po pierwsze, przednia część insuli, a w szczególności ta w prawej półkuli, jest bardziej rozwinięta u ludzi i małp człekokształtnych niż u innych gatunków zwierząt. Ten większy rozwój może umożliwić bardziej precyzyjne dekodowanie stanów ciała – zdolność, która tłumaczy zły zapach, na przykład, na uczucie obrzydzenia, lub dotyk kochanka na uczucie rozkoszy.

Inną ważną ewolucyjną modyfikacją w insuli jest typ neuronów, który występuje tylko u małp człekokształtnych i u ludzi. Te duże, wydłużone, cygarowate komórki nerwowe znane są jako neurony von Economo (VEN). VEN występują tylko w insuli i w przedniej części kory zakrętu obręczy. Neurony te łączą się z różnymi częściami mózgu, co byłoby niezbędnym atrybutem dla wyższych funkcji przypisywanych tym dwóm strukturom mózgu.

Teraz czas powiedzieć kilka słów o przedniej korze zakrętu obręczy, która również działa jako ważny interfejs między emocjami i poznaniem, a dokładniej w przekształcaniu uczuć w intencje i działania. Struktura ta jest zaangażowana w wyższe funkcje, takie jak kontrolowanie własnych emocji, koncentracja na rozwiązywaniu problemów, rozpoznawanie własnych błędów i podejmowanie adaptacyjnych reakcji na zmieniające się warunki. Wszystkie te funkcje są ściśle związane z naszymi emocjami.

Po Wheatley i in, 2007.

Gdy osoby poddawane eksperymentom są nakłuwane igłą, wzrasta aktywność w ich korze zakrętu obręczy; reakcja ta jest tak wyraźna, że neurony, o których mowa, są często nazywane „neuronami bólu”. Fascynująca uwaga na marginesie: w 1999 roku William Hutchison i jego koledzy z Uniwersytetu w Toronto wykazali, że te same neurony w korze zakrętu obręczy również stają się aktywne, gdy podmiot widzi, że ktoś inny jest kłuty igłą. Tak więc, dla tego rodzaju neuronów, znanych jako neurony lustrzane, nie ma granicy między ja i inni.

Prymaty, w tym ludzie, są wysoce społecznymi stworzeniami. Poznanie intencji innych osobników zawsze było kluczowe dla naszego przetrwania. Dlatego jesteśmy mistrzami w sztuce wewnętrznego symulowania umysłów innych ludzi, być może z pomocą neuronów lustrzanych.

Niektórzy neurobiolodzy, tacy jak V.S. Ramachandran, sugerują nawet, że ta zdolność do dekodowania stanów umysłu innych osób mogła najpierw wyewoluować, a następnie zostać zastosowana do jaźni, stając się tym, co nazywamy samoświadomością. I zdaniem Ramachandrana nie tylko neurony lustrzane, ale wszystkie części mózgu, które przyczyniają się do rozwoju języka, takie jak obszar Wernickego w płacie skroniowym, muszą nieuchronnie odgrywać rolę w tym procesie.

Tę ważną rolę przypisuje się językowi w kilku modelach wyższej świadomości, w tym w modelu zaproponowanym przez Michaela Gazzanigę, który jest znany ze swojej pracy z pacjentami z „rozszczepionym mózgiem”. Ale podczas gdy model Gazzanigi identyfikuje półkulę językową jako miejsce tego „interpretatora”, który sprawia, że jesteśmy świadomi siebie, inni autorzy, tacy jak Edelman, twierdzą, że świadomość nie może być przypisana żadnej konkretnej strukturze w mózgu.