«Состязательный» поиск нейронной основы сознания дал первые результаты | Наука

Дэвид Чалмерс принимает вино от Кристиана Коха

НЬЮ-ЙОРК — среди рок музыка, рэп о и и о заключении 25-летнего пьяного пари, сторонники двух ведущих теорий о том, как сознание возникает из мозга, с тревогой ждали в пятницу в деревенском театре Гринвича, чтобы услышать, кто выиграл первый раунд амбициозного « враждебное сотрудничество». Три нейтральных судьи, выбранные для помощи в разработке эксперимента и оценке результатов, принесли квалифицированную победу сторонникам идеи о том, что сознание является особенностью сетей ов, расположенных в задней части мозга.

Но противоположный лагерь далеко не готов уступать. Он по-прежнему утверждает, что сознание возникает в «исполнительном» центре мозга, в префронтальной коре. «Результаты оказались сложными для обоих [groups]при этом ключевые предсказания двух теорий опровергаются данными», — говорит Лиад Мудрик, когнитивный нейробиолог из Тель-Авивского университета и один из судей научного противостояния.

Необычное вечернее мероприятие в рамках ежегодного собрания Ассоциации научных исследований сознания (ASSC) также послужило развязкой пари, сделанного в 1998 году на второй такой конференции. Там когнитивный нейробиолог Кристоф Кох поспорил с философом Дэвидом Чалмерсом, что нейронные корреляты сознания будут определены через 25 лет. Основываясь на новых экспериментальных результатах, Кох вчера признал, что эти корреляции остаются неясными, и на сцене галантно предложил Чалмерсу бутылку мадеры 1978 года с еще пятью прекрасными красными винами.

Для сотрудничества, финансируемого Всемирным благотворительным фондом Темплтона (TWCF), обе стороны дебатов о сознании договорились об экспериментах, которые будут проводиться «нейтральными в теории» лабораториями, не заинтересованными в результате. Он противопоставляет Интегрированную Информационную Теорию (IIT), гипотезу сенсорной сети, которая предлагает заднюю «горячую зону» в качестве места сознания, и Теорию глобального нейронного рабочего пространства (GNWT), которая сравнивает сети нейронов в передней части мозга с буфер обмена, где сенсорные сигналы, мысли и воспоминания объединяются перед передачей в мозг.

В итоге трое судей, оценивавших первоначальные эксперименты, дали IIT больше баллов, и его сторонники были готовы заявить о своей победе. Результаты подтверждают IITобщее утверждение о том, что задних областей коры достаточно для сознания, и ни вовлечение [the prefrontal cortex] нет необходимости в глобальном вещании», — сказала Мелани Боли, невролог и нейробиолог из Университета Висконсина и ведущий сторонник ИИТ.



Но GNWT стоический главный архитектор Станислас Дехане, Д.директор отделения когнитивной нейровизуализации INSERM-CEA в Орсе, Франция, считает, что этот экспериментальный раунд имел ограничения, а результаты других тестов в состязательном сотрудничестве, которые еще не объявлены, подтвердят роль префронтальная кора. Он добавляет, что новые результаты, помещающие сознательное восприятие в заднюю часть мозга, предсказываются множеством теорий и не подтверждают специфику ИИТ.

Сознание привлекало внимание философов со времен Платона, но за последние три десятилетия в борьбу вступили нейробиологи. Обе дисциплины ищут работающую теорию сознания в качестве первого шага к измерению феномена — принимать ли решения о жизни и смерти пациентов с поврежденным мозгом, приписывать ли права животным или определять, может ли ими обладать ИИ.

Среди десятков теорий сознания GNWT и IIT являются одними из наиболее широко обсуждаемых. GNWT получил первоначальную поддержку в экспериментах, в которых участников просили сообщать о моменте, когда они узнавали о стимуле, таком как изображение, мигающее на экране. В этих исследованиях, многие из которых возглавлял Дехане, сканирование мозга показало, что префронтальная кора загорается в момент восприятия.

Но философы и экспериментаторы задавались вопросом, охватывают ли эти исследования нейронные маркеры сознательного восприятия или просто задача сообщить об этом. Известно, что когнитивные процессы, такие как сосредоточение внимания и сохранение информации в памяти, которые позволяют участникам ответить, что они видели изображение, происходят в префронтальной коре.

“Нет-отчетИсследования, в которых участники пассивно просматривают изображения, казалось, предлагали обходной путь. Популярный из них включает в себя бинокулярное соперничество: если человеку показывают разные изображениялевый и правый глаз, их сознательное восприятие переключается между ними. Эти перевороты можно отслеживать — независимо от отчета участников — путем отслеживания движений глаз. И вот, эти эксперименты обнаружили сигналы сознательного восприятия в задней части мозга, области, предсказанной IIT.

Сторонники переднего мозга сопротивлялись, утверждая, что эти исследования сами по себе изобилуют путаницей. Например, участники могут быть настолько утомлены разглядыванием изображений на экране, что перестают обращать на них внимание и отвлекаются на другие задачи — явление, которое философ из Нью-Йоркского университета Нед Блок назвал «проблемой скучающей обезьяны».

Именно этот котел оспариваемых доказательств подпитывал враждебное сотрудничество. Проект, запущен в 2019 годубыло детищем Кох, затем главный научный сотрудник в Институте Аллена и сторонником IIT, а также Дэвидом Потгитером, директором программ Discovery Science в TWCF, который выделил 20 млн. долл. на серию исследований. гранты для враждебного сотрудничества, проверяющего теории сознания.

На этапе проекта GNWT-против-IIT Мудрик и два других судьи, психологи Люсия Меллони из Института Макса Планка и Майкл Питтс из Рид-колледжа, в течение года тесно сотрудничали с Дехане и Джулио Тонони, психиатра и нейробиолога из Университета Висконсина и главного архитектора IIT, для разработки двух экспериментов, для которых каждая теория предлагала четко разные прогнозы. Дехане и Тонони не будут участвовать в проведении экспериментов или записи результатов.

Команда предварительно зарегистрировал экспериментальный дизайн на сайте открытой науки и опубликовал подробности в прошлом феврале. Сикс нейтральные к теории лаборатории будут сканировать мозг 250 участников, используя три техники: функциональная магнитно-резонансная томография, магнитоэнцефалографияи электрокортикографияпри котором электроды помещаются на поверхность мозга перед операцией.

Первый из двух запланированных экспериментов показывали участникам изображения с сопроводительным заданием и без него— нажатие кнопка в ответ на любое из двух целевых изображенийпоэтому исследователи могли искать различия в результирующих сигналах мозга. IIT предсказывает, что пассивное восприятие активирует заднюю часть мозга, но восприятие во время выполнения задач активирует переднюю часть. GNWT предсказывает одинаковую активацию мозга в этих двух ситуациях.

Ключом к эксперименту были алгоритмы, называемые многомерными декодерами паттернов, которые могли предсказать, какое изображение участник просматривал в данный момент времени, на основе сигналов их мозга. Первоначально исследователи «тренировали» эти декодеры, передавая им примеры данных об активности мозга этого участника вместе с соответствующим изображением.

GNWT предсказывает, что фронтальные сети, поддерживающие как активное, так и пассивное восприятие, должны быть достаточно похожими, чтобы позволить декодеру выполнять перекрестное обучение. То есть, если этоОбученный только на сигналах, связанных с задачей пассивного наблюдения за лицом, он все равно должен уметь декодировать данные задачи нажатия кнопки в ответ на лицо. IIT предсказывает, что перекрестное обучение будет хорошо работать только с сигналами мозга из задних областей, предполагаемого места сознательного восприятия.

И в основном это то, что обнаружили исследователи: за пределами задних областей декодеры не всегда могли переключаться между заданными и пассивными наборами данных — результат, который благоприятствует IIT.

Но в другом анализе все изменилось. Во время сознательного восприятия IIT предсказывает нейронную коммуникацию в задних областях, в то время как GNWT предсказывает, что она должна быть между зрительной и лобной зонами. И в исследовании «ожидаемые модели общения соответствовали GNWT», — говорит Мудрик.

Между тем синхронизация записанных сигналов оказала более сильную поддержку IIT. В задней области активность сохранялась до тех пор, пока изображение было представлено на экране, как и предсказывает IIT. Вместо этого GNWT предсказывает начальный всплеск активности — «зажигание» фронтальной рабочей области — и другой всплеск, когда стимул исчезает. Эта теория одержала частичную победу: были доказательства начального всплеска, но не «отключенного» всплеска.

Дехане говорит, что план эксперимента поставил под угрозу чувствительность декодирования сигнала из передней части мозга, которая могла бы поддерживать GNWT. Это был, по его словам, дизайн, которым очень интересовался Тонони. В качестве компромисса Дахаэн выбрал свой предпочтительный дизайн для последующего эксперимента, финансируемого TWCF, который исследовательская группа надеется представить на собрании ASSC в следующем году. Используя специальную видеоигру для отвлечения участников, этот эксперимент изолирует нейронные сигналы сознательного восприятия, сравнивая сигналы мозга, когда испытуемые осознают, что видят изображение, и когда они этого не делают.

Хотя излюбленная теория Коха теперь имеет преимущество над GNWT, он говорит, что продолжающихся сомнений в отношении новых результатов было достаточно, чтобы окупить ставку Чалмерса. «Я проиграл битву, — заявил он со сцены, — но выиграл войну за науку».