Мозг под наркозом продолжает понимать речь: ученые обнаружили скрытую работу сознания

Даже во время глубокой общей анестезии гиппокамп не просто слышит звуки — он анализирует смысл слов, различает их категории и формирует ожидания о том, что прозвучит дальше

Почему ученые решили посмотреть именно на гиппокамп

Услышав слово «наркоз», большинство людей представляет себе полное отключение мозга. Организм не реагирует, человек ничего не чувствует, ничего не помнит. Но оказалось, что между «не осознает» и «мозг полностью перестал работать» существует огромная разница. Именно эту границу попыталась изучить международная команда нейробиологов, записав активность отдельных нейронов человеческого гиппокампа во время глубокой общей анестезии.

До сих пор было известно, что под наркозом первичные сенсорные зоны мозга продолжают реагировать на свет или звук. Это не особенно удивительно. Даже простая автоматическая обработка сигналов может сохраняться. Но гиппокамп — совсем другая структура.

Именно он помогает связывать события между собой, формировать контекст, участвует в работе памяти и играет важную роль в понимании происходящего. Проще говоря, это один из центров, который помогает мозгу превращать отдельные сигналы в осмысленную картину мира. Если даже гиппокамп продолжает работать без сознания, значит граница между сознательной и бессознательной обработкой информации гораздо сложнее, чем считалось.

Как ученые смогли буквально «слушать» отдельные нейроны

Исследование проводилось у семи пациентов с лекарственно-устойчивой эпилепсией, которым выполнялась операция на височной доле мозга.

После введения глубокой пропофоловой анестезии исследователи временно вводили в гиппокамп сверхтонкие электроды Neuropixels, способные одновременно регистрировать активность сотен отдельных нейронов. Это позволило наблюдать работу мозга с разрешением, которое невозможно получить при обычной МРТ или электроэнцефалографии. Пациенты находились в хирургической операционной и были полностью без сознания.

Самый неожиданный эксперимент оказался очень простым

Сначала пациентам многократно проигрывали одинаковые короткие звуковые сигналы. Лишь изредка среди них появлялся звук другой частоты. Такой эксперимент называют oddball-задачей — мозг должен заметить редкое событие среди привычного потока. Оказалось, что нейроны гиппокампа не только различали необычный сигнал, их реакция постепенно усиливалась по мере продолжения эксперимента.

Вот здесь происходит главный поворот исследования

Если бы мозг просто автоматически реагировал на громкий или необычный звук, сила ответа оставалась бы примерно одинаковой. Но произошло другое. В течение примерно десяти минут нейронные ответы постепенно перестраивались. Иными словами, гиппокамп продолжал обучаться даже во время глубокой анестезии.

Компьютерная модель показала, что такая перестройка могла возникать благодаря локальной работе нейронной сети, а не только из-за сигналов из других отделов мозга.

Еще удивительнее оказался эксперимент с обычной человеческой речью

После звуков пациентам включали подкасты с естественной разговорной речью. Здесь ученые ожидали увидеть лишь слабые остаточные реакции. Однако произошло значительно больше. Активность отдельных нейронов зависела от характеристик каждого услышанного слова. Причем речь шла не только о его звучании.

Мозг различал смысл слов

Исследователи использовали методы машинного обучения и сравнили активность нейронов с семантическими характеристиками слов. Алгоритмы смогли определить, какую смысловую категорию представляло услышанное слово.

Например, относилось ли оно к:

• предметам;
• местам;
• эмоциям;
• действиям;
• социальным понятиям;
• числам;
• другим смысловым группам.

Иными словами, гиппокамп кодировал не только акустический сигнал, а именно значение услышанного слова.

Грамматика тоже никуда не исчезла

На этом открытия не закончились. Нейроны различали части речи. Особенно хорошо отделялись существительные от других слов. Это означает, что даже без сознания мозг продолжал выполнять элементы грамматического анализа речи. Такие результаты оказались очень похожими на данные, которые ранее были получены у бодрствующих пациентов при аналогичных записях активности отдельных нейронов.

Поисковый вопрос: может ли мозг под наркозом понимать речь?

Ответ оказался гораздо тоньше, чем простые «да» или «нет». Исследование показывает, что мозг способен анализировать смысловую структуру речи даже при отсутствии сознательного восприятия. Однако это не означает, что человек осознает разговор или сможет потом вспомнить услышанное.

Авторы подчеркивают важное различие. Сложная обработка информации может сохраняться. А вот превращение этой информации в осознанное воспоминание, вероятно, уже нарушается. Именно поэтому большинство людей после общей анестезии ничего не помнят о происходившем.

Самое неожиданное наблюдение — мозг начинал «ожидать» следующие слова

Одним из наиболее впечатляющих результатов стало то, что активность гиппокампа содержала информацию не только о только что услышанном слове. По статистическим закономерностям нейронной активности можно было предсказать смысловую категорию слова, которое прозвучит следующим.

Важно понимать, что авторы осторожно интерпретируют этот результат. Они не утверждают, что мозг буквально «угадывал будущее». Скорее, текущий контекст речи уже содержал достаточно информации, чтобы формировать ожидания относительно продолжения фразы. Это очень похоже на то, как работает понимание языка в обычной жизни.

Что это меняет в современной нейронауке

На протяжении многих лет существовала идея, что сложная обработка информации невозможна без сознания. Новая работа показывает, что это представление слишком упрощено. По крайней мере некоторые процессы продолжаются:

• анализ неожиданностей;
• перестройка нейронных связей;
• обработка семантики;
• распознавание грамматических признаков;
• использование контекста речи.

При этом сознательное переживание происходящего, вероятно, требует дополнительных механизмов — например, координации между многочисленными областями мозга, а не только активности отдельных нейронов гиппокампа.

Почему исследование не означает, что пациенты «всё слышат» во время операции

Именно здесь важно не сделать слишком громкий вывод. Исследование вовсе не показывает, что пациенты воспринимают разговоры врачей так же, как бодрствующий человек. Во-первых, в работе участвовали всего семь пациентов с эпилепсией. Во-вторых, использовался конкретный анестетик — пропофол. В-третьих, ученые изучали работу отдельных нейронов, а не субъективные ощущения человека. Авторы также отмечают, что результаты пока нельзя автоматически переносить на естественный сон, кому или другие виды анестезии. Все эти вопросы требуют отдельных исследований.