Are neural correlates of consciousness modality-independent? Studying activity and functional connectivity of the brain "Global Workspace" with EEG and fMRI (NCN Sonata grant)
Project leader: dr Michał Bola
LOBI

About:

Pytania odnośnie natury ludzkiej świadomości nurtują uczonych od tysięcy lat. Pomimo licznych koncepcji wysuwanych przez filozofów, psychologów i neurobiologów, świadomość nadal pozostaje zjawiskiem tajemniczym i nieuchwytnym. Paradoksalnie, każdy z nas, będąc istotą świadomą, ma trudności w określeniu czym tak naprawdę jest świadomość. Jednocześnie nadal nie jest jasne, jakie procesy biologiczne prowadzą do powstania świadomości i w jaki sposób konkretne treści świadomości reprezentowane są mózgu. Celem proponowanego projektu jest więc poszerzenie wiedzy na temat procesów i mechanizmów zachodzących w mózgu, które mogą dawać podstawę świadomości. Skupimy się na procesie akcesu bodźców do świadomości, tzn postaramy się uchwycić moment. w którym bodźce lub obiekty pojawiające się w naszym otoczenie uzyskują dostęp do subiektywnej reprezentacji świata tworzonej przez nasz umysł.

Mózg podzielony jest na obszary przetwarzające informacje docierające z poszczególnych modalności, np kora wzrokowa umiejscowiona jest w tylnej części mózgu i zajmuje duży jego obszar, natomiast dużo mniejsza kora słuchowa znajduje się bocznej części mózgu. Jednocześnie wiele obszarów mózgu jest multi-modalnych, tzn. nie są powiązane z jednym zmysłem, a raczej wykonują abstrakcyjne, niezależne od modalności operacje, jak rozumowanie i planowanie. Zakłada się więc, że mózg ma strukturę hierarchiczną, z obszarami sensorycznymi będącymi niżej w hierarchii przetwarzania i obszarami multi-modalnymi będącymi u szczytu hierarchii. Struktura mózgu znajduje odzwierciedlenie w neurobiologicznych teoriach świadomości. "Lokalne" teorie świadomości podkreślają rolę aktywności i procesów zachodzących w obszarach sensorycznych. Natomiast teorie "globalne" uznają, że to integracja informacji z różnych modalności w obszary multi-modalnych odgrywa kluczową rolę w powstawaniu świadomości.

W niniejszym projekcie zamierzamy zweryfikować założenia lokalnych i globalnych teorii świadomości. Przeprowadzimy eksperyment, w którym będziemy prezentować osobom badanym serie dźwięków. Dźwięki te będą na tyle ciche, że badani będą w stanie przeciętnie usłyszeć jedynie około połowę z nich. Następnie identyczny eksperyment będzie przeprowadzony w modalności wzrokowej, z wykorzystaniem małych punktów wyświetlanych na ekranie monitora jako bodźców. W obu eksperymentach badani będą sygnalizować detekcję bodźca słuchowego lub wzrokowego poprzez naciśnięcie odpowiedniego przycisku. W trakcie eksperymentu aktywność mózgu osób badanych będzie rejestrowana przy pomocy dwóch nieinwazyjnych metod: elektroencefalografii (EEG) i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Na podstawie zarejestrowanych danych będziemy w stanie określić, które obszary mózgu są aktywowane w momencie, gdy bodziec zyskuje dostęp do świadomości. Porównamy wzorce aktywacji zarejestrowane podczas świadomej percepcji bodźców z wzorcami wywołanymi przez nieuświadomione bodźce. Biorąc pod uwagę opublikowane jak dotąd wyniki badań, spodziewamy się znacznie bardziej intensywnej aktywacji mózgu podczas procesu świadomego przetwarzania. W kolejnym etapie analizy dokonamy porównania wzorców aktywacji wywołanych przez uświadamiane bodźce wzrokowe, z tymi wywołanym przez uświadamiane bodźce słuchowe. Tym samym dowiemy się, czy te same neurobiologiczne mechanizmy dają podstawę świadomości wzrokowej i słuchowej.

Proponowane badania poszerzą naszą wiedzę na temat mechanizmów, dzięki którym obiekty ze świata zewnętrznego zyskują dostęp do subiektywnej reprezentacji tego świata tworzonej przez nasz umysł. Ponieważ zaburzenia świadomości towarzyszą wielu chorobom psychicznym i neurologicznym, lepsze zrozumienie problemu biologicznych podstaw świadomości może pozwolić lepiej diagnozować i leczyć wiele z tych schorzeń w przyszłości. Jednak rozwiązanie zagadki świadomości może przyczynić się nie tylko do rozwoju wiedzy medycznej, ale prawdopodobnie na trwale zmieni sposób w jaki rozumiemy siebie i otaczający nas świat.