Даже при полной потере сознания под общей анестезией мозг может продолжать распознавать языковые закономерности, обрабатывать слова и предсказывать, что прозвучит дальше. К такому выводу пришли исследователи Медицинского колледжа Бейлора, изучившие активность мозга пациентов во время операций по поводу эпилепсии. Результаты работы опубликованы в журнале Nature и могут помочь лучше понять связь между сознанием, памятью и языком.
Учёные наблюдали за гиппокампом — отделом височной доли, который участвует в обучении, организации информации и формировании новых воспоминаний. Для регистрации сигналов сотен отдельных нейронов применялись миниатюрные зонды Neuropixels. По данным ScienceDaily, эта технология позволила впервые исследовать подобным образом реакцию гиппокампа на звуки и речь у людей, которые не могли сообщать о своих ощущениях.
Сначала пациентам включали последовательности повторяющихся тонов, время от времени заменяя один из них необычным звуком. Несмотря на анестезию, нейроны гиппокампа реагировали на отклоняющийся сигнал иначе, чем на остальные, причём по мере продолжения эксперимента различали его всё лучше. Это указывает на сохранение нейропластичности — способности мозга менять реакцию под влиянием опыта.
Затем участникам включали короткие рассказы. В активности нейронов обнаружились отдельные закономерности, связанные с существительными, глаголами и прилагательными, что свидетельствовало о реакции не только на звучание речи, но и на её смысловые особенности. Кроме того, сигналы гиппокампа содержали сведения, позволявшие предсказывать последующие слова в предложении. «Мозг, по-видимому, предугадывает продолжение рассказа даже без осознанного восприятия», — сказал профессор Бейлора и руководитель лабораторий Фонда неврологических исследований Гордона и Мэри Кейн при Научно-исследовательском институте неврологии Дункана Детской больницы Техаса Самир Шет.
Исследователи связывают этот эффект с предиктивным кодированием: мозг использует уже полученную информацию и накопленный опыт, чтобы формировать ожидания относительно дальнейших событий. По словам профессора нейрохирургии Бейлора Бенджамина Хейдена, подобный механизм обычно связывают с бодрствованием и вниманием, однако он проявился и в бессознательном состоянии. Это не означает, что пациенты осознанно понимали услышанные истории, но показывает: отдельные сложные операции с языком могут выполняться без субъективного осознания.
Авторы предполагают, что сознание может зависеть не только от активности отдельных зон, но и от обмена информацией между крупными сетями мозга. Полученные данные также напоминают принцип работы больших языковых моделей, которые предсказывают продолжение текста на основе выявленных закономерностей, хотя биологический мозг и системы искусственного интеллекта устроены по-разному. Результаты могут оказаться полезными для разработки интерфейсов «мозг — компьютер» и речевых протезов; «Можно ли использовать эти сигналы для создания речевого протеза, который компенсировал бы работу участков мозга, повреждённых инсультом или травмой?» — сказала первый автор исследования, ординатор-нейрохирург Бейлора Виги Катловиц. Учёные подчёркивают, что эксперимент проводился только при одном виде общей анестезии, а гиппокамп был единственной изученной областью, поэтому вопрос о работе аналогичных механизмов при сне, коме и в других отделах мозга требует дальнейших исследований.