Эксперименты на стыке нейрохирургии и вычислительной биологии показали, что человеческий мозг способен предсказывать слова и различать части речи даже при полном отсутствии сознания
Группа нейробиологов из Медицинского колледжа Бейлора (Baylor College of Medicine) и Гарвардского университета (Harvard University) представила доказательства того, что мозг сохраняет функции высокоуровневого распознавания паттернов и семантического анализа даже при глубокой потере сознания. В работе учёные продемонстрировали, что гиппокамп — область мозга, традиционно считающаяся вершиной когнитивной иерархии и ответственная за формирование памяти, — остаётся автономным в обработке сложной информации при медикаментозной седации. Это открытие опровергает классическую догму, согласно которой для интеграции контекста и абстрагирования смыслов необходим доступ к «глобальному рабочему пространству» активного сознания.
Методологической основой работы стала регистрация активности мозга у семи пациентов, проходивших хирургическое лечение эпилепсии. Во время операции, пока пациенты находились под воздействием пропофола (препарата для введения в наркоз), команда под руководством профессора нейрохирургии Самира Шета (Sameer Sheth) использовала роботизированную систему навигации Rosa One и сверхточные зонды Neuropixels 1.0-S. Эти устройства, являющиеся «золотым стандартом» современной нейробиологии, позволили одновременно фиксировать электрические импульсы сотен отдельных нейронов и локальные полевые потенциалы (LFP) — суммарные электрические сигналы малых групп клеток. Глубина наркоза верифицировалась биспектральным индексом (BIS) в диапазоне 45–60 единиц, что соответствует состоянию, при котором любые поведенческие реакции и последующие осознанные воспоминания полностью отсутствуют.
В ходе экспериментов в рамках парадигмы «oddball» (чередование стандартных звуковых сигналов и редких отклонений) нейроны гиппокампа не только обнаруживали изменения звуковой среды, но и демонстрировали эффект репрезентативной пластичности. Способность системы различать стимулы усиливалась в течение всех 10 минут воздействия, что свидетельствует об активном обучении мозга в бессознательном состоянии. Примечательно, что эта пластичность реализовывалась не через простое усиление сигнала, а через изменение геометрии нейронного ответа в многомерном пространстве — так называемый поворот вектора нейронного многообразия (neural manifold). Это означает, что популяция нервных клеток динамически перестраивала свою структуру для более эффективного кодирования новой информации.
Наиболее значимым результатом стало прослушивание пациентами лингвистических стимулов. Даже находясь под наркозом, мозг различал части речи (существительные, глаголы, прилагательные) и реагировал на семантическую категорию слов. Более того, активность нейронов коррелировала с метрикой «сюрпрайза» (surprisal), отражающей степень неожиданности слова в контексте, и позволяла предсказывать ещё не произнесённые слова. Для верификации этих процессов авторы разработали модель рекуррентной нейронной сети (RNN), которая подтвердила: для поддержания таких вычислений важны тормозные нейронные связи, работающие автономно от коры больших полушарий.
Полученные данные дают биологическое обоснование феномену «неявного припоминания», когда пациенты после операций демонстрируют ассоциации, связанные с услышанным под наркозом, не имея об этом осознанной памяти. Результаты исследования указывают на то, что сознание связано не с самой обработкой информации, а с её глобальной координацией между регионами мозга. Это открывает новые пути в реабилитации пациентов после инсульта или травм головы, позволяя стимулировать восстановление когнитивных функций даже в тех случаях, когда пациент остаётся в бессознательном состоянии.
