Kako možgani ustvarijo zavest iz električne aktivnosti milijard posameznih živčnih celic, ostaja eno največjih neodgovorjenih vprašanj življenja.

Vsak od nas ve, da smo zavestni, v smislu, da imamo misli, zaznave in občutke, vendar tega ne moremo nikomur dokazati. Samo mi imamo dostop do skrivnostnega bistva, ki nam omogoča izkusiti te misli, zaznave in občutke.

V devetdesetih letih 20. stoletja je filozof David Chalmers to nedostopnost zunanjemu, objektivnemu pregledu opisal kot 'težek problem' zavesti. Predlagal je, da bi bili lažja naloga za znanstvenike 'nevronski korelati' – kje in kako se možganska aktivnost spremeni, ko imajo ljudje zavestne izkušnje.

Poleg radovednosti so znanstveniki najverjetneje motivirani, da odkrijejo nevronske korelate zavesti, da bi pomagali pri diagnosticiranju in zdravljenju motenj zavesti, kot so trdovratna vegetativna stanja in nekatere psihiatrične motnje.

Tri dimenzije zavesti

Zavest ima več različnih dimenzij, ki jih lahko merijo. Trije najpomembnejši so:

- budnost ali fiziološko vzburjenje,

- zavedanje ali sposobnost zavestnih duševnih izkušenj, vključno z mislimi, občutki in zaznavami,

- čutna organizacija ali kako se različne zaznave in bolj abstraktni koncepti prepletajo, da ustvarijo brezhibno zavestno izkušnjo.

Te tri dimenzije medsebojno delujejo, da ustvarijo naše celotno stanje zavesti iz trenutka v trenutek. Na primer, ko smo popolnoma budni, smo v stanju visoke zavesti, ko pa ponoči zaspimo, se tako budnost kot zavest zmanjšata.

Zavest in fiziološka vzburjenost se povrneta med spanjem REM (hitro premikanje oči), ko se najverjetneje pojavijo žive sanje. Toda te čutne izkušnje so večinoma nepovezane z zunanjimi dražljaji in ločene od konceptov, ki nas zasidrajo v realnost, ko smo budni.

Na podoben način spremenjena stanja zavesti, kot so tista, ki jih povzročajo psihedelične droge ali nizke ravni kisika, vključujejo normalne ravni vzburjenja, vendar neorganizirane čutne izkušnje. To lahko vključuje halucinacije zvokov, vonjav ali prizorov, pa tudi sinestezijo, ko pride do navzkrižnega pogovora med običajno diskretnimi čutili, kot so zvoki, ki izzovejo vizualne izkušnje.

Ljudje v komi ali pod anestezijo imajo lahko stopnje budnosti in zavesti, ki so celo nižje kot med spanjem, ki ni REM. Medtem pa so bolniki v nenavadnem hibridnem stanju zavesti, znanem kot sindrom neodzivne budnosti ali vegetativnem stanju, podvrženi dnevnim ciklom spanja in budnosti, vendar ne kažejo nobenega znaka zavesti. Kljub temu, da preživijo dolga obdobja z odprtimi očmi, ne kažejo vedenjskih odzivov na zunanje dražljaje.

Nekaterim od teh bolnikov se bodo povrnili omejeni znaki zavesti, znani kot 'stanje minimalne zavesti', kot je sposobnost odzivanja na navodila ali sledenja premikajočemu se predmetu z očmi.

Nevronski korelati zavesti

Pacienti v različnih stanjih zavesti so zagotovili pomembne namige o nevronskih korelatih zavesti. Tehnike, kot sta funkcionalno slikanje z magnetno resonanco in elektroencefalografija, so razkrile nevronsko aktivnost, ki spremlja ta stanja.

Znanstveniki zaznavajo vzorce dejavnosti z meritvami funkcionalne povezanosti, pri čemer uporabljajo statistične tehnike za odkrivanje korelacije med časovnim razporedom nevronskih dogodkov v različnih delih možganov. To razkriva mreže možganskih regij, ki so na primer vključene v delovni spomin, pozornost in potepanje misli.

Ko združijo podatke, raziskovalci odkrijejo, da se aktivnost globoko v možganih, v talamusu, med budnostjo spreminja v skladu z aktivnostjo v omrežju privzetega načina. Talamus deluje kot senzorična relejna postaja, medtem ko je omrežje privzetega načina skupek regij v možganski skorji, najbolj oddaljeni plasti možganov, ki so tesno vpletene v tavanje misli in samozavedanje.

Nasprotno pa se med spanjem brez REM in pod anestezijo prekine funkcionalna povezljivost med talamusom in omrežjem privzetega načina ter kortikalnimi omrežji, ki so vključena v pozornost.

Pri motnjah zavesti lahko raziskovalci opazijo zmanjšano funkcionalno povezljivost in fizične poškodbe, ki vplivajo na povezave med skorjo in globokimi možganskimi strukturami.

To dokazuje, kako pomembne so te povezave za ohranjanje budnosti in izmenjavo informacij v možganih.

Področje delovanja možganov

Kljub napredku v našem razumevanju nevronskih korelatov zavesti pa imajo zdravniki še vedno težave pri diagnosticiranju bolnikov, ki se ne morejo odzvati na vprašanja ali ukaze. Ne morejo povedati, ali je tak bolnik popolnoma nezavesten, ali je pri zavesti, vendar brez povezave z zunanjimi dražljaji, ali pri zavesti in se zaveda svojega okolja, vendar se ne more odzvati.

Popolnoma nov pristop, o katerem so nedavno poročali v Nature Communications Trusted Source, lahko zagotovi način za oceno budnosti, zavedanja in čutne organizacije takšnega pacienta. Nova tehnika namesto beleženja aktivnosti v določenih možganskih regijah ali mrežah regij meri gradiente aktivnosti v možganih.

To je podobno beleženju strmine terena na zemljevidu in kako se lahko ta strmina sčasoma spremeni, ne pa samo lokacij cest, mest in vasi. Ta inovativen način raziskovanja možganske aktivnosti, ki upošteva, kako funkcionalna geometrija oblikuje časovno dinamiko, upošteva dejstvo, da imata vsaka regija in omrežje več funkcij in povezav.

Zavest je zapletena in njeno preučevanje je kot reševanje umešane Rubikove kocke, pravi prvi avtor dr. Zirui Huang, docent na oddelku za anesteziologijo Medicinske fakultete Univerze v Michiganu.

Trije gradienti zavesti

Dr. Huang in njegovi sodelavci so opazovali, kako se spreminjajo gradienti nevronske aktivnosti, s tremi glavnimi dimenzijami zavesti:

- vzburjenost ali budnost,

- zavedanje,

- senzorna integracija.

Raziskovalci so črpali iz obstoječih podatkov, posnetih iz možganov ljudi, ki so bili budni, pod anestezijo, v tako imenovanem vegetativnem stanju, znanem kot 'sindrom neodzivne budnosti'  ali ki so imeli psihiatrično diagnozo, kot je shizofrenija.

Odkrili so gradient aktivnosti, ki je ustrezal spremembam ravni vzburjenosti, ki se je raztezala od območij vizualnega in privzetega načina do omrežij, vključenih v pozornost. Drugi gradient se je spreminjal v koraku z zavedanjem in se je raztezal od regij, ki so vključene v zaznavanje in delovanje, do regij, odgovornih za integracijo informacij in oblikovanje abstraktnih konceptov.

Tretji gradient, povezan s senzorično organizacijo, je obsegal vizualni sistem in somatomotorični korteks, ki pomaga nadzorovati gibanje. ''Dokazali smo, da so motnje človeške zavesti – zaradi farmakoloških, nevropatoloških ali psihiatričnih vzrokov – povezane z degradacijo enega ali več glavnih kortikalnih gradientov, odvisno od stanja,'' ugotavlja dr. Huang.

Za Medical News Today je povedal, da so nekateri bolniki, ki se ne morejo kakor koli odzvati, morda še vedno pri zavesti. ''Zato je pomembno razviti pristope k ocenjevanju, ki so neodvisni od vedenja in nalog,'' je dejal. ''Glede na naše delo lahko meritve kortikalnih gradientov zmanjšajo negotovost klinične ocene zavesti pri teh bolnikih.''

Znanstveniki, kot je dr. Huang, so odkrili veliko o  nevronskih korelatih, vendar njihove ugotovitve ne osvetlijo tega, kako možgani ustvarjajo zavest. Drugi znanstveniki so trdili, da morate, če želite izvedeti več o vzrokih zavesti, manipulirati z možgansko aktivnostjo in videti, kaj se zgodi.

Teorije zavesti

Kljub napredku v našem razumevanju nevronskih korelatov zavesti ostaja vprašanje: Kako zavest izhaja iz možganske dejavnosti? Znanstveniki so predlagali več teorij. Dve vidni zamisli sta teorija globalnega nevronskega delovnega prostora in teorija integriranih informacij.

Globalni nevronski delovni prostor

Obstaja mreža povezav na dolge razdalje, ki zajemajo možgane, imenovane globalni delovni prostor. Nevronske informacije postanejo zavestne, ko dobijo dostop do tega delovnega prostora, kar omogoča njihovo oddajanje po možganih, vključno s specializiranimi vozlišči za spomin, zaznavanje, motorični učinek in pozornost.

Po besedah prof. Michaela Graziana, profesorja psihologije in nevroznanosti na Princeton Neuroscience Institute, NJ, in dr. Aarona Schurgerja, docenta na Crean College of Health and Behavioral Sciences na Chapman University v Irvineu, CA, to pojasnjuje npr. bistabilne optične iluzije.

Integrirane informacije

Komunikacija in povezovanje informacij med regijami možganov sta v središču mnogih teorij zavesti. Eden od teh uporablja kompleksno enačbo za izračun stopnje zavesti entitete glede na to, kako dobro integrira informacije. V skladu z enačbo imajo celo neživi predmeti, kot so kamni in čajniki, blesk zavesti.

To je v skladu s filozofsko teorijo panpsihizma, ki predlaga, da je zavest temeljna lastnost vseh fizičnih sistemov.

Kakšen je občutek obvladovanja pozornosti?

Prof. Graziano ima težave z vsemi temi teorijami zavesti. Trdi, da jih niti ne moremo imenovati teorije, ker zavesti dejansko ne pojasnjujejo, temveč jo le opisujejo.

To primerja z razliko med Newtonovim gravitacijskim zakonom, ki je enačba, ki izračunava gravitacijsko silo, in Einsteinovo teorijo splošne relativnosti, ki pojasnjuje, kaj gravitacija pravzaprav je. 

Zavedanje brez vsebine

Presenetljivo je, da so strokovnjaki za meditacijo morda sposobni doseči stanje čistega zavedanja, brez kakršnih koli misli, zaznav, občutkov ali celo občutka sebe, časa ali prostora. To posebno stanje zavesti je zagotovilo več namigov o nevronskih korelatih zavesti.

Raziskovalci na univerzi v Freiburgu v Nemčiji so uporabili EEG za preučevanje možganov nekdanjega budističnega meniha, ki je to opisal kot 'jasno, zavestno odprtost'. Ugotovili so, da je zavedanje brez vsebine povezano z močnim padcem valov alfa in povečanjem valov theta.

Prišlo je tudi do ločevanja dejavnosti senzorične skorje in dorzalne mreže pozornosti, vendar močna aktivnost znotraj same mreže pozornosti. Medtem je prišlo do upada aktivnosti omrežja privzetega načina.

Prof. Graziano je dejal, da lahko zavedanje brez vsebine v meditaciji ustreza napovednemu modelu pozornosti, opisanem v njegovi teoriji.

Tudi brez misli, občutkov ali čustev se zdi, da ostaja bistvo zavestnega ali nezavestnega zavedanja skrivnost.

Vir: medicalnewstoday