211service.com
Hjernesignaler kan avsløre hvor våken hjernen til en flue er
Et bilde av en person som spiller tennis Mohamed Nuzrath fra Pixabay
Bevissthetsnivåer er notorisk vanskelige å måle. Gullstandarden er å studere funksjonelle magnetiske resonansbilder av hjernen når et individ mottar ulike stimuli, for eksempel instruksjoner om å tenke på å spille tennis. Dette endrer aktivitetsmønstrene i hjernen på en målbar måte.
Men fMRI-maskiner er store og dyre, og testene er vanskelige å utføre, spesielt for pasienter i koma eller tilstand med minimal bevissthet. Et annet alternativ er å måle den elektriske aktiviteten til hjernen ved hjelp av EEG-skanninger. Dette er lettere, men nevrovitenskapsmenn må bli enige om en klar markør for bevissthet i disse signalene.
Så en bedre måte å måle det som er kjent som 'bevisst opphisselse' er desperat nødvendig.
Gå inn Roberto Muñoz ved Monash University i Australia og en rekke kolleger. Disse menneskene har funnet en måte å måle nivået av bevisst opphisselse hos fruktfluer ved å bruke kompleksiteten til signalene som produseres av hjernen. Teknikken deres lar dem skille mellom fluer som har blitt bedøvet og de som ikke har gjort det, ganske enkelt ved å se på signalene.
Det nye verket tilbyr en objektiv måte å måle bevisst opphisselse, basert på veletablerte ideer fra kompleksitetsteori. Det er potensielt anvendelig for mennesker. Og det gjenspeiler en økende interesse for nye teorier om bevissthet som er eksperimentelt testbare.
Først litt bakgrunn. Et av de viktigste gjennombruddene i studiet av bevissthet de siste årene er en idé kjent som integrert informasjonsteori . Utviklet av nevrovitenskapsmannen Giulio Tonini, er ideen at et bevisst system må ha to spesifikke egenskaper.
Den første er at den må behandle store mengder informasjon. Det andre er at denne informasjonen må integreres i en helhet som ikke kan dekomponeres i uavhengige deler. Dette gjenspeiler opplevelsen av at hvert øyeblikk av bevissthet er en enhetlig helhet. Så bevissthet er et informasjonsfenomen med spesifikke egenskaper.
En av de store fordelene med denne teorien er at den egner seg til matematisk analyse. Faktisk har fysikere som Max Tegmark ved MIT utviklet matematiske modeller for integrert informasjonsteori som gir testbare spådommer og kan modifiseres for å ta hensyn til observasjonsdata.
For eksempel forutsier teorien at informasjonen knyttet til bevisst opphisselse må ha et visst nivå av kompleksitet. Og derfor er kompleksiteten til informasjonen den produserer et mål på bevisst opphisselse.
Det er imidlertid et problem. Informasjonen knyttet til bevisst opphisselse er tydelig knyttet til mange forskjellige deler av hjernen. Å måle denne integrerte informasjonen er en vanskelig oppgave.
Men det finnes en enklere tilnærming. Dette er for å se på informasjonsstrømmen fra bestemte steder i hjernen og måle kompleksiteten til tidsserien den produserer. Siden denne tidsserien er korrelert med mekanismene som integrerer informasjon i hjernen, bør den gi litt innsikt i bevissthetsnivået bak den.
Det er i hvert fall teorien. For å finne ut dens praktiske verdi, studerer Muñoz og co hjernesignalene som produseres av 13 fruktfluer både når de er våkne og når de er bedøvet. De studerer deretter signalene for å se hvor komplekse de er.
Resultatene gir interessant lesning. Vi fant at den statistiske kompleksiteten i gjennomsnitt var større når en flue er våken enn når den samme fluen er bedøvet, sier de.
Det er viktig fordi det foreslår en pålitelig måte å bestemme nivået av bevisst opphisselse ved å bruke data fra en enkelt kanal, i stedet for fra mange forskjellige datakilder. Det tyder også på at det er en tydelig markør for bevisst opphisselse som ikke er avhengig av spesifikke ytre stimuli.
Det er interessant arbeid som øker muligheten for mer detaljerte studier. For eksempel kan dataene fra enkeltkanaler tilby mer innsikt i bevissthetens natur. Det er sannsynlig at å bruke en lignende analyse på andre datasett, spesielt menneskelige EEG-data, vil føre til nye oppdagelser angående forholdet mellom bevissthet og kompleksitet, sier Muñoz og co.
Det er ikke så lenge siden at bevissthet var et tabuemne for forskere på grunn av den opplevde manglende evnen til å takle det vitenskapelig. Men det nye verket reflekterer en nyvunnet interesse og entusiasme for å utforske bevissthet med testbare hypoteser og reproduserbare observasjoner. Det er åpenbart spennende tider i vente.
Ref: arxiv.org/abs/1905.13173 : Distinguishing states of conscious opphisselse ved bruk av statistisk kompleksitet