Записи отдельных нейронов у пациентов показали, что при глубоком наркозе мозг сохраняет языковую обработку
Наука и космос029 минут назад
Во время общей анестезии, когда пациент не реагирует на внешние стимулы и считается полностью бессознательным, нейроны гиппокампа продолжают выполнять сложные вычисления: различают части речи, обрабатывают последовательности слов и формируют активность, которая соответствует предсказанию следующего элемента в речи. Это следует из исследования, опубликованного в журнале Nature и проведенного в Университете Бэйлора (Baylor College of Medicine, США).
Гиппокамп — это область мозга, играющая ключевую роль в формировании памяти и связывании событий во времени. Обычно его активность исследуют у бодрствующих людей с использованием электроэнцефалографии (ЭЭГ), но данный метод не позволяет видеть работу отдельных нейронов. В новом исследовании учёным удалось получить редкий доступ к тканям гиппокампа во время операций, когда пациентам проводили переднюю височную лобэктомию — хирургическое удаление части височной доли мозга. В этот момент пациенты находились под воздействием пропофола — вещества для общей анестезии, обеспечивающего глубокое медикаментозное отключение сознания.
Команда под руководством нейрохирурга Самира Шета (Sameer Sheth) зарегистрировала активность сотен отдельных нейронов с помощью зондов Neuropixels — высокоплотных микрочипов, которые могут одновременно считывать сигналы множества нейронов с высокой точностью. Это первый случай применения Neuropixels в человеческом гиппокампе в условиях общей анестезии. В эксперименте участвовали 7 пациентов, у всех поддерживался стабильный уровень седации.
В первом тесте пациентам под наркозом проигрывали повторяющиеся звуковые тоны с редкими отклонениями по высоте. Нейроны гиппокампа стабильно реагировали на такие «аномальные» сигналы, при этом чувствительность к ним возрастала примерно в течение 10 минут. Подобная адаптация обычно наблюдается у бодрствующего мозга, когда он учится выделять значимые отклонения от привычного паттерна.
Чтобы проверить, может ли эта реакция возникать без сознательного участия, исследователи создали вычислительную модель рекуррентной нейронной сети, обученной на задаче различения тонов. Модель воспроизвела тот же эффект увеличения чувствительности к редким сигналам, что указывает на возможность формирования такого поведения локальными нейронными цепями без задействования «верхних» когнитивных уровней.
Далее пациентам под анестезией зачитывали короткие истории, одновременно фиксируя активность тех же нейронов. Выяснилось, что гиппокамп не просто реагирует на звук речи: его нейроны распознают грамматические категории — существительные, глаголы и прилагательные — и при этом отражают как текущие слова, так и вероятностное предсказание следующего слова в последовательности. Иными словами, даже в бессознательном состоянии мозг продолжает строить модель для продолжения речи.
Подобный механизм известен как предиктивное кодирование — принцип, при котором мозг постоянно пытается предсказать поступающие сигналы и сверяет прогноз с реальностью. Обычно его связывают с вниманием и бодрствованием, однако здесь он был выявлен в условиях глубокой анестезии.
Авторы работы также отмечают сходство этого процесса с работой моделей архитектуры LLM: они генерируют текст, предсказывая следующее слово на основе предыдущего контекста, гиппокамп под наркозом демонстрировал аналогичную динамику последовательного предсказания. Это сравнение, по словам исследователей, может помочь наладить общий язык описания между нейробиологией и искусственным интеллектом.
Отдельно подчеркивается потенциальная прикладная перспектива: такие сигналы в будущем могут быть использованы для разработки речевых нейропротезов, восстанавливающих коммуникацию у пациентов после инсульта или травм мозга, в результате которых повреждены речевые центры.
При этом авторы ограничивают интерпретацию результатов: исследование проводилось только при анестезии пропофолом, и неизвестно, сохраняется ли подобная активность при естественном сне или коме. Также измерения касались только гиппокампа, поэтому пока невозможно утверждать, насколько широко подобные процессы распространены в других отделах мозга.
Работа в целом ставит под сомнение жесткое разделение между «сознательной» и «бессознательной» обработкой информации: значительная часть сложных вычислений, включая языковую обработку и прогнозирование, может продолжаться даже тогда, когда субъективное сознание отключено.
Darth SaharaИсточники:NatureНаука и космос0Нейронные сетиНейроныГиппокампАнестезияЯзык мозга29 минут назад
Источник