Hjernesignaler kan afsløre, hvor vågen en flues hjerne er

Et billede af en person, der spiller tennis Mohamed Nuzrath fra Pixabay

Bevidsthedsniveauer er notorisk svære at måle. Guldstandarden er at studere funktionelle magnetiske resonansbilleder af hjernen, når et individ modtager forskellige stimuli, såsom instruktioner til at tænke på at spille tennis. Dette ændrer aktivitetsmønstrene i hjernen på en målbar måde.

Men fMRI-maskiner er omfangsrige og dyre, og testene er vanskelige at udføre, især for patienter i koma eller tilstand af minimal bevidsthed. En anden mulighed er at måle hjernens elektriske aktivitet ved hjælp af EEG-scanninger. Dette er lettere, men neuroforskere er nødt til at blive enige om en klar markør for bevidsthed i disse signaler.

Så en bedre måde at måle, hvad der er kendt som 'bevidst ophidselse' er desperat nødvendig.

Indtast Roberto Muñoz på Monash University i Australien og en række kolleger. Disse folk har fundet en måde at måle niveauet af bevidst ophidselse hos frugtfluer ved hjælp af kompleksiteten af ​​de signaler, som hjernen producerer. Deres teknik giver dem mulighed for at skelne mellem fluer, der er blevet bedøvet, og dem, der ikke er, blot ved at se på signalerne.

Det nye værk tilbyder en objektiv måde at måle bevidst arousal på, baseret på veletablerede ideer fra kompleksitetsteorien. Det er potentielt anvendeligt for mennesker. Og det afspejler en voksende interesse for nye teorier om bevidsthed, som er eksperimentelt testbare.

Først lidt baggrund. Et af de vigtigste gennembrud i studiet af bevidsthed i de senere år er en idé kendt som integreret informationsteori . Udviklet af neuroforskeren Giulio Tonini, er tanken, at et bevidst system skal have to specifikke træk.

Den første er, at den skal behandle store mængder information. Den anden er, at denne information skal integreres i en helhed, der ikke kan dekomponeres i selvstændige dele. Dette afspejler oplevelsen af, at hvert øjeblik af bevidsthed er en forenet helhed. Så bevidsthed er et informationsfænomen med specifikke egenskaber.

En af de store fordele ved denne teori er, at den egner sig til matematisk analyse. Faktisk har fysikere som Max Tegmark ved MIT udviklet matematiske modeller for integreret informationsteori, der laver testbare forudsigelser og kan modificeres til at tage højde for observationsdata.

For eksempel forudsiger teorien, at informationen forbundet med bevidst ophidselse skal have et vist niveau af kompleksitet. Og derfor er kompleksiteten af ​​den information, den producerer, et mål for bevidst ophidselse.

Der er dog et problem. Informationen forbundet med bevidst ophidselse er tydeligt forbundet med mange forskellige dele af hjernen. Det er en vanskelig opgave at måle denne integrerede information.

Men der er en enklere tilgang. Dette er for at se på strømmen af ​​information fra bestemte steder i hjernen og måle kompleksiteten af ​​den tidsserie, den producerer. Da denne tidsserie er korreleret med de mekanismer, der integrerer information i hjernen, bør den give en vis indsigt i bevidsthedsniveauet bag den.

Det er i hvert fald teorien. For at finde ud af dens praktiske værdi studerer Muñoz og co hjernesignalerne produceret af 13 frugtfluer, både når de er vågne, og når de er bedøvet. De studerer derefter signalerne for at se, hvor komplekse de er.

Resultaterne giver interessant læsning. Vi fandt den statistiske kompleksitet i gennemsnit større, når en flue er vågen, end når den samme flue er bedøvet, siger de.

Det er vigtigt, fordi det foreslår en pålidelig måde at bestemme niveauet af bevidst ophidselse ved hjælp af data fra en enkelt kanal i stedet for fra mange forskellige datakilder. Det tyder også på, at der er en klar markør for bevidst ophidselse, som ikke afhænger af specifikke ydre stimuli.

Det er interessant arbejde, der giver mulighed for mere detaljerede undersøgelser. For eksempel kunne data fra enkelte kanaler give mere indsigt i bevidsthedens natur. Det er sandsynligt, at anvendelse af en lignende analyse på andre datasæt, især menneskelige EEG-data, vil føre til nye opdagelser vedrørende forholdet mellem bevidsthed og kompleksitet, siger Muñoz og co.

Det er ikke så længe siden, at bevidsthed var et tabuemne for forskere på grund af den opfattede manglende evne til at tackle det videnskabeligt. Men det nye værk afspejler en nyfundet interesse og entusiasme for at udforske bevidsthed med testbare hypoteser og reproducerbare observationer. Det er klart, at der er spændende tider forude.

Ref: arxiv.org/abs/1905.13173 : At skelne mellem tilstande af bevidst ophidselse ved hjælp af statistisk kompleksitet

skjule