Свест је дуго описивана као једна од најтежих научних загонетки. Истраживачи још увек не разумеју у потпуности како физичко мождано ткиво изазива мисли, емоције и субјективно искуство. Релативно нова технологија, позната као транскранијално фокусирани ултразвук, може понудити моћан начин да се ова мистерија истражи директније.
Иако ова технологија постоји већ неколико година, још увек није постала стандардно средство у истраживању неуронауке. Сада, два истраживача са МИТ-а припремају нове експерименте користећи ову технику и објавили су рад који служи као детаљан водич, или „мапа пута“, за примену у проучавању свести.
„Транскранијално фокусирани ултразвук ће вам омогућити да стимулишете различите делове мозга код здравих субјеката, на начине на које то раније нисте могли“, каже Даниел Фрееман, истраживач МИТ-а и коаутор рада. „Ово је алатка која није корисна само за медицину или чак основну науку, већ би такође могла да помогне у решавању тешког проблема свести. Може да испита где се у мозгу налазе неуронска кола која стварају осећај бола, осећај визије, или чак нешто тако сложено као што је људска мисао.“
За разлику од других метода стимулације мозга, транскранијално фокусирани ултразвук не захтева операцију. Може да досегне дубље делове мозга са већом прецизношћу од техника као што су транскранијална магнетна или електрична стимулација.
„Постоји врло мало поузданих начина за манипулисање можданом активношћу који су безбедни, али такође делују“, каже Матијас Мишел, филозоф са МИТ-а који проучава свест и коаутор рада.
Студија под називом „Транскранијални фокусирани ултразвук за идентификацију неуронског супстрата свесне перцепције“ појављује се у Неуросциенце анд Биобехавиорал Ревиевс. Поред Фримана и Мичела, међу ауторима су и Бриан Одегаард, доцент психологије на Универзитету Флорида, и Сеунг-Сцхик Иоо, ванредни професор радиологије у Бригаму и женској болници и медицинској школи Харвард.
Зашто је проучавање мозга тако изазовно
Разумевање људског мозга је посебно тешко јер истраживачи обично не могу да експериментишу на здравим људима на инвазивне начине. Изван неурохирургије, научници имају ограничене могућности за истраживање дубоких структура мозга. Алати за снимање као што су МРИ и различити облици ултразвука могу показати анатомију, док електроенцефалограм (ЕЕГ) бележи електричне сигнале широм мозга. Међутим, ове методе углавном посматрају активност, а не директно утичу на њу.
Транскранијални фокусирани ултразвук функционише другачије. Он шаље акустичне таласе кроз лобању и концентрише их на прецизну мету, понекад широку само неколико милиметара. Ово омогућава истраживачима да стимулишу одређене регионе мозга и посматрају ефекте, што га чини обећавајућим алатом за пажљиво контролисане експерименте.
„То је заиста први пут у историји да се може модулирати активност дубоко у мозгу, центиметрима од коже главе, испитујући субкортикалне структуре са високом просторном резолуцијом“, каже Фриман. „Постоји много занимљивих емоционалних кругова који су дубоко у мозгу, али до сада нисте могли да манипулишете њима ван операционе сале.
Тестирање узрока и последице у свести
Једна од најважнијих предности ове технологије је њена способност да помогне у идентификацији узрочно-последичних веза у мозгу. Многе тренутне студије о свести ослањају се на посматрање мождане активности док људи обрађују визуелне стумуле или обављају задатке повезане са свешћу. Иако ове студије откривају корелације, оне не показују увек да ли мождани сигнал ствара свесно искуство или га једноставно прати.
Активном променом мождане активности, транскранијално фокусирани ултразвук може помоћи истраживачима да одреде који су неуронски процеси од суштинског значаја за свест, а који су секундарни ефекти.
„Транскранијално фокусирани ултразвук нам даје решење за тај проблем“, каже Мишел.
Конкурентне идеје о томе како свест функционише
У свом раду, истраживачи наводе како се технологија може користити за тестирање две широке теорије свести. Једно гледиште, познато као когнитивистички приступ, тврди да свесно искуство зависи од менталних процеса вишег нивоа као што су расуђивање, рефлексија и интеграција информација у мозгу. Ова перспектива често наглашава улогу фронталног кортекса.
Алтернативно гледиште, које се понекад назива некогнитивистички приступ, сугерише да свест не захтева сложену когнитивну машинерију. Уместо тога, специфични обрасци мождане активности могу директно произвести одређена искуства. Из ове перспективе, свест би се могла појавити у локализованијим регионима мозга, укључујући подручја према задњем делу кортекса или дубљим субкортикалним структурама.
Истраживачи предлажу коришћење фокусираног ултразвука за истраживање питања као што су улога префронталног кортекса у перцепцији, да ли свест зависи од локалне мождане активности или мреже великих размера, како одвојени региони мозга комбинују информације у једно искуство и који део субкортикалне структуре играју у свесној свести.
Шта бол и визија могу открити
Експерименти који користе визуелне стимулусе могли би да помогну да се идентификује који су региони мозга потребни за свесну перцепцију. Слични приступи се такође могу применити на бол, још једну фундаменталну компоненту свесног искуства. На пример, људи често повлаче руку са вруће површине пре него што свесно осете бол. Ово поставља питања о томе где и како се заправо ствара осећај бола.
„То је основно научно питање, како се бол ствара у мозгу“, каже Фриман. „И изненађујуће је да постоји таква неизвесност… Бол може да потиче из кортикалних области, или могу бити дубље мождане структуре. Занимају ме терапије, али сам такође радознао да ли субкортикалне структуре могу да играју већу улогу него што се цени. Може бити да је физичка манифестација бола субкортикална. То је хипотеза. Али сада имамо алат за испитивање.“
Експерименти и растуће интересовање на МИТ-у
Фриман и Мишел не износе само идеје за будућа истраживања. Они активно планирају експерименте који ће почети са стимулацијом визуелног кортекса, а касније ће се прећи на регионе вишег нивоа у фронталном кортексу. Док алати као што је ЕЕГ могу показати када неурони реагују на визуелни унос, ове нове студије имају за циљ да успоставе јаснију везу између активности мозга и онога што особа заправо доживљава.
„Једна је ствар рећи да ли су ови неурони реаговали електричним путем. Друга ствар је рећи да ли је особа видела светлост“, каже Фриман.
Мишел такође помаже у изградњи шире истраживачке заједнице око свести на МИТ-у. Заједно са Ерлом Милером, Пицовер професором неуронауке на МИТ-овом одељењу за мозак и когнитивне науке, он је суоснивач Клуба свести МИТ-а. Група окупља научнике из више дисциплина и домаћин је месечних догађаја фокусираних на напредак у истраживању свести.
Клуб свести МИТ-а добија делимичну подршку од МИТХИЦ-а, МИТ Хуман Инсигхт Цоллаборативе, иницијативе коју подржава Школа хуманистичких наука, уметности и друштвених наука.
За Мицхела, транскранијално фокусирани ултразвук представља обећавајући правац за ову област.
„То је нова алатка, тако да не знамо у којој мери ће функционисати“, каже он. „Али осећам да постоји мали ризик и висока награда. Зашто не бисте кренули овим путем?“
Истраживање описано у раду подржало је Министарство ваздухопловних снага САД.
