Записи отдельных нейронов у пациентов показали, что при глубоком наркозе мозг сохраняет языковую обработку
Наука и космос030 минут назад
Во время общей анестезии, когда пациент не отвечает на внешние стимулы и считается полностью бессознательным, нейроны гиппокампа продолжают выполнять сложные вычисления: различают части речи, обрабатывают последовательности слов и формируют активность, соответствующую предсказанию следующего элемента в речи. Это стало известно благодаря работе, опубликованной в журнале Nature и проведенной в Университете Бэйлора (Baylor College of Medicine, США).
Гиппокамп — это структура мозга, играющая ключевую роль в формировании памяти и связывании событий во времени. Обычно его активность изучают у бодрствующих людей с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), однако этот метод не позволяет наблюдать за работой отдельных нейронов. В новом исследовании ученым 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 — препарата 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, способных одновременно считывать сигналы большого числа нейронов с высокой точностью. Это был первый случай применения Neuropixels в человеческом гиппокампе в условиях общей анестезии. В эксперименте приняли участие 7 пациентов, у всех поддерживался стабильный уровень седации.
В первом тесте пациентам под наркозом проигрывали повторяющиеся звуковые тоны с редкими изменениями по высоте. Нейроны гиппокампа последовательно реагировали на такие «аномальные» сигналы, и 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 возникнуть без участия сознания, исследователи создали вычислительную модель рекуррентной нейронной сети, обученной на задаче различения тонов. Модель воспроизвела тот же эффект усиления чувствительности к редким сигналам, что указывает на возможность формирования такого поведения локальными нейронными цепями без вовлечения «верхних» когнитивных уровней.
Затем пациентам под анестезией зачитывали короткие истории, одновременно регистрируя активность тех же нейронов. Выяснилось, что гиппокамп не просто реагирует на звук речи: его нейроны различают 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 формировать модель продолжения речи.
Подобный механизм известен как предиктивное кодирование — принцип, согласно которому мозг постоянно пытается предсказать входящие сигналы и сверяет прогноз с реальностью. Обычно его связывают с вниманием и бодрствованием, однако здесь он был обнаружен 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 создания 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 по другим отделам 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 продолжать происходить даже тогда, когда субъективное сознание отключено.
Darth SaharaИсточники:NatureНаука и космос0Нейронные сетиНейроныГиппокампАнестезияЯзык мозга30 минут назад
Источник