Учёные представили новую теорию появления сознания на основе вычислений мозга
Нейробиологи из Массачусетского технологического института (MIT) выдвинули новую теорию возникновения сознания, основанную на аналоговых вычислениях мозга. Они пришли к выводу, что нейроны способны обрабатывать информацию не только через отдельные цепи и синапсы, но и благодаря распространяющимся мозговым волнам. Эту информацию сообщает издание Новая Наука.
Согласно их гипотезе, ритмическая активность нейронов формирует систему аналоговых вычислений, которая координирует миллионы нейронов, быстро переключает функциональные сети и объединяет информацию из различных областей мозга.
Профессор Эрл Миллер и его команда считают, что традиционное представление о мозге как о совокупности связанных нейронных цепей является неполным. Хотя синаптические связи важны для хранения воспоминаний и представления целей, их изменения происходят медленно. Мозгу необходимо быстро реагировать на изменяющуюся сенсорную информацию.
Исследователи утверждают, что мозговые волны обеспечивают необходимую скорость. Эти синхронизированные колебания больших групп нейронов способны координировать работу различных ансамблей.
В отличие от цифровых вычислительных систем, где информация обрабатывается последовательно, аналоговые вычисления позволяют выполнять несколько операций одновременно. Например, взаимодействие волн может усиливаться или ослабляться, что, по мнению ученых, аналогично тому, как работает мозг.
Мозговые волны могут одновременно определять, какие нейроны активируются, где и когда это происходит. Важную роль в модели играет смешанная избирательность нейронов, которые могут реагировать на различные признаки и контексты, участвуя в нескольких функциональных сетях.
Миллер и его коллеги предполагают, что мозговые волны разных частот решают задачу координации множества перекрывающихся сетей. Альфа- и бета-ритмы связаны с воспоминаниями и целями, в то время как гамма-волны обрабатывают сенсорную информацию.
Новая теория предполагает, что альфа- и бета-волны определяют, какие сохранённые представления становятся активными. При этом волны могут воздействовать на нейроны не только через синаптические соединения, но и через эфаптическое взаимодействие, которое происходит практически мгновенно.
Мозговые волны также могут распространяться по поверхности коры, что придаёт их действию пространственный и временной характер. Бета-волны служат подвижными шаблонами, определяющими, где и когда гамма-активность будет обрабатывать информацию.
Таким образом, мозг способен выполнять пространственно-временные вычисления, и взаимодействие волн может усиливать или ослаблять сигналы. Если гипотеза подтвердится, она объяснит, как мозг выполняет множество операций быстро и с низкими энергетическими затратами.
Исследователи подчеркивают, что это пока лишь теория, и следующим шагом станет обнаружение признаков аналоговых вычислений в мозговых волнах.
Отдельное внимание уделяется связи между мозговыми волнами и сознанием. Авторы предполагают, что сознание возникает, когда мозговые волны переводят кору в организованное состояние, позволяющее координировать активность нейронных сетей.
В поддержку этой идеи приводятся результаты экспериментов с анестезией, где различные препараты нарушали организацию мозговых волн и приводили к потере сознания. Это указывает на то, что сознание может зависеть от согласованной активности нейронных сетей, а не только от работы отдельных рецепторов.
Таким образом, новая теория связывает мышление и сознание с динамической организацией мозговой активности с помощью волн. Синапсы обеспечивают хранение информации, в то время как волновая динамика определяет, какие представления активируются и взаимодействуют.
Если предположение об аналоговых вычислениях подтвердится, это может привести к новым подходам в лечении нарушений работы мозга. Возможность управлять динамикой мозговых волн делает это направление особенно перспективным для клинических исследований.
Исследование опубликовано в журнале The Journal of Neuroscience.
