Активность любого отдельного нейронного ансамбля исчезает во времени и пространстве спустя несколько сотен миллисекунд, и именно таков ключевой порог, выявленный Бенджамином Либетом и его коллегами для формирования сознания.[372] Таким образом, ни один ансамбль не может быть прямым коррелятом текущего сознания. Но что, если затухание каждого конкретного ансамбля впоследствии становится важным фактором для создания чего-то более значительного и гораздо более обширного? Это «что-то еще» было бы своего рода единой, целостной сущностью, охватывающей пространство и время. Давайте же разберемся, как такая гипотетическая вещь – это «что-то еще» – может быть реализована. Наиболее вероятный сценарий заключается в том, что во всем мозге происходит множественная генерация ансамблей, которые синергируют и суммируются в течение определенного периода времени.
Такой эффект до сих пор не выявлен в живом мозге при помощи экспериментальных методов – не в последнюю очередь потому, что мы еще не сформулировали, что именно нужно искать. Но теоретическая наука могла бы по крайней мере помочь нам сформировать гораздо более четкую картину того, какие именно процессы в мозге вносят вклад в формирование сознания. Давайте подумаем, как можно моделировать гипотетические нейронные ансамбли. Или продвинемся еще дальше и попытаемся выяснить, как несколько ансамблей способны взаимодействовать друг с другом в течение заданного временного интервала. Но прежде нам нужно определить необходимый и достаточный набор элементов, которые сделают возможным существование хотя бы единичного ансамбля.
Внутри ансамблей
Принято считать, что наименьшая функциональная структура для передачи информации в мозге – это синапс. Поэтому кажется естественным предположение, что динамика нейронного ансамбля будет определяться главным образом процессом синаптической передачи. Но если допустить, что ансамбль – лишь конгломерат синапсов, то общая картина была бы совсем иной, нежели та, что мы видим в реальности.
Границы ансамбля (см. рис. 2) простираются на расстояния, в несколько раз превышающие прогнозируемые согласно классическим представлениям о синаптической передаче.[373] Что касается времени, мы знаем, что для затухания активности в пределах ансамбля до 20 % от максимального уровня, требуется около 300 миллисекунд[374] и что потребуется еще больше времени, чтобы активность полностью исчезла.[375] Но помимо этого мы знаем, что временные рамки синаптической активности не превышают 20 мс.[376]
Наглядно иллюстрирует эти временные рамки рис. 7. Обратите внимание, что хотя передача сигнала от таламуса к коре путем классической синаптической передачи занимает всего пять миллисекунд на каждые два миллиметра, требуется еще двадцать миллисекунд, чтобы ансамбль распространился внутри коры.[377] Здесь вступают в игру два особых способа общения между клетками мозга: один имеет преимущество в виде большего масштаба (объемная передача), в то время как другой гораздо более минималистичный (щелевые контакты). Давайте кратко рассмотрим каждый из них.
Рис. 7. Нейронные ансамбли в срезе крысиного мозга, визуализированные с помощью потенциал-чувствительных красителей (Fermani, Badin&Greenfield). В то время как нормальная синаптическая передача занимает 5 мс на 2 мм от таламуса до коры, последующее формирование ансамбля занимает в четыре раза больше времени (для достижения радиуса 0, 5 мм)
Объемная передача обеспечивает менее специфичное и значительно более медленное взаимодействие между нейронами, но ее преимущество состоит в том, что она затрагивает гораздо больше клеток. За последние тридцать лет этот прежде революционный механизм был тщательно исследован и теперь рассматривается как альтернатива классической синаптической передачи.[378]
Фактически с 1970-х годов известно, что классические передатчики, такие как дофамин, могут выделяться из участков нейрона, напоминающих ветви дерева (дендриты). Обычно дендриты выступают в роли акцепторной зоны нейрона – мишени для сигналов от других нейронов. Однако теперь известно, что дендриты могут выделять вещества сами по себе. Более того, высвобождение веществ из дендритов происходит достаточно интенсивно, и это дает нам основания полагать, что это принципиально новый эффективный способ модуляции.[379]
Третий процесс не связан с непосредственной передачей электрических сигналов через «щелевые контакты» – прямые контакты между нервными клетками.[380] Интересно, что в нейронных сетях очень быстрые колебания активности (200 Гц) возникают именно посредством распространения электрических сигналов.[381] И это широкое распространение активности осуществляется в том же масштабе, который характерен для ансамблей. Таким образом, ансамбли удовлетворяют пространственно-временным требованиям к сознанию, поскольку, в отличие от локализованных нейронных структур, они не являются ни устойчивыми во времени, ни пространственно ограниченными.
Эти три процесса, определяющие формирование, существование и затухание ансамбля, по всей вероятности, действуют согласованно. Но главный вопрос остается нерешенным: что происходит потом, что приводит к возникновению момента сознания? Ключ может скрываться во времени…
Метаансамбли?
Разумеется, единичный ансамбль сам по себе не может стать основой сознания. Однако мы можем представить сценарий, согласно которому отдельные ансамбли возникают независимо. Правда, к тому времени как их активность естественным образом угасает, она, а точнее ее энергия, переносится в некий коллективный пул.
Концепция такого коллективного пула – назовем его метаансамблем – кажется весьма правдоподобной и интригующей по следующим причинам. Во-первых, мы знаем, что анестетики, которые, по определению, «отключают» сознание, значительно удлиняют активность отдельных ансамблей.[382] Во-вторых, временное окно примерно такой продолжительности обеспечивает раннюю пространственную дифференциацию различных паттернов для субъективной дифференциации сенсорных модальностей.[383] В-третьих, энергия должна быть сохранена в некоторой химической, электрической или тепловой форме. При повышении температуры давление увеличивается, и наоборот. Это может объяснить, почему повышенное давление и, следовательно, увеличение тепловой энергии приводит как к возвращению в сознание анестезированных животных,[384] так и к значительному увеличению размеров ансамблей.[385]
В какой бы форме ни осуществлялась эта крупномасштабная передача энергии, она будет ощутимо влиять на фоновую активность мозга.[386] Эта неравномерная, волнообразная активность чрезвычайно чувствительна к искажениям и способна порождать глобальные всплески, которые могут оказаться реальным и окончательным коррелятом момента сознания. Таким образом, любой нейронный ансамбль совместно с другими – даже находящимися в другой области мозга, проявляющими активность в пределах тех же самых временных рамок – теперь может стать гигантским камнем в гораздо более крупном водоеме, сформировав метаансамбль.
Но как выявить расположение и измерить параметры такого метаансамбля? Ведь мы знаем, что о четко определенном анатомическом расположении речи быть не может. Скорее, мы должны предусмотреть форму интеграции крупномасштабных, пространственно ограниченных нейронных коалиций, которые могут возникать в пределах временного окна продолжительностью в несколько сотен миллисекунд, то есть в виде своего рода нейронного «пространственно-временного многообразия». Поскольку многообразие является
