Мозг под общим наркозом понял смысл слов и спрогнозировал речь

Ученые записали активность одиночных нейронов гиппокампа у пациентов в состоянии глубокой анестезии. Эксперимент показал, что даже под наркозом мозг не просто слышит звуки, но и улавливает смысл, отличает части речи и предсказывает следующее слово. Открытие меняет представления о границах бессознательного восприятия.

Традиционно считается, что для сложного мышления нужно ясное сознание. Абстрактные концепции, понимание контекста и грамматики всегда казались задачей исключительно для бодрствующего мозга.

Нейробиологи уже замечали, что первичные сенсорные зоны коры продолжают реагировать на звуки или свет даже под наркозом. Но оставалось неясным, что происходит на более высоких уровнях нейронной иерархии. Гиппокамп не просто принимает прямые сигналы от органов чувств — он интегрирует информацию и помогает формировать контекст. Ученые решили выяснить, способна ли эта структура выполнять аналитическую работу, когда человек полностью без сознания.

Ответ на этот вопрос опубликовали в журнале Nature. Команда ученых работала с семью пациентами, которым предстояла операция на мозге из-за тяжелой эпилепсии. Перед хирургическим вмешательством людей погружали в глубокий пропофоловый наркоз. В этот момент нейрофизиологи вводили в ткань гиппокампа сверхточные микроэлектроды Neuropixels и записывали активность сотен нейронов.

Пока пациенты спали, им включали два типа аудио. Сначала это была серия одинаковых монотонных звуков с редкими вкраплениями необычных тонов (так называемых оддболов). Клетки гиппокампа не просто заметили разницу. Точность их реакций росла с каждой минутой. Компьютерное моделирование подтвердило, что это была не случайность, а настоящая нейропластичность. Мозг на ходу перестраивал связи и учился новой задаче прямо во время наркоза.

Затем участникам включили подкасты с обычными историями. Здесь нейроны показали избирательность: частота их разрядов строго зависела от того, насколько редким или неожиданным было конкретное слово в тексте.

Алгоритмы машинного обучения смогли прочитать по активности клеток, к какой смысловой категории относится услышанное слово: место, эмоция или предмет. Гиппокамп успешно отличал существительные от других частей речи. Более того, активность мозга статистически предсказывала категорию слова, которое диктор произнесет через секунду.

Авторы научной работы сделали вывод, что мозг продолжает собирать звуки в осмысленные конструкции даже при полном отключении сознания. Исследователи сделали оговорку: эксперимент проходил с использованием конкретного препарата, а выборка была небольшой, что типично для сложных инвазивных вмешательств. Ученые также подчеркнули, что гиппокамп не работает в изоляции: скорее всего, он получает уже первично обработанные сигналы из других отделов мозга, которые тоже сохраняют активность под наркозом.

Тем не менее эти результаты дают ключ к пониманию очень тяжелых клинических состояний и феномена неявной памяти, когда пациенты неосознанно фиксируют происходящее на операционном столе. Механизм скрытого анализа речи частично объясняет, почему люди в глубокой коме или сне иногда выдают мозговые реакции на голоса близких и знакомые слова. 

Исследование показало: для удержания контекста и понимания смысла глобальное активное внимание требуется далеко не всегда. Значительную часть этой сложной аналитической работы нейроны способны выполнять в полностью фоновом режиме.