Temporal dynamics of brain activity as the neuronal basis of conscious state and content (Iuventus Plus grant)
Project leader: dr Michał Bola
LOBI

About:

W proponowanym projekcie badane będzie neuronalne podłoże subiektywnego "strumienia świadomości". Metafora strumienia trafnie sugeruje, że nasze subiektywne doświadczenie charakteryzuje się bogatą dynamiką w czasie. Świadomość można więc opisać jako proces jednoczesnego integrowania i różnicowania doświadczenia. Integracja daje poczucie ciągłości ponieważ każda chwila wydaje się być logiczną kontynuacją przeszłości. Jednak każda chwila jest zwykle wypełniona odmienną treścią co daje poczucie ogromnego zróżnicowania doświadczenia. Wydaje się też, że zróżnicowanie treści świadomości zmienia się zależnie od sytuacji: oglądanie filmu akcji z dynamicznie rozwijającą się fabułą i mnogością pojawiających się bodźców spowoduje znaczne zróżnicowanie doświadczenia, natomiast medytacja w spokojnym otoczeniu raczej zmniejszy zróżnicowanie treści świadomości. Idąc dalej, stan utraty świadomości, np. głębokiego snu, wiąże się z zanikiem subiektywnego doświadczenia – wobec tego zanika też jakiekolwiek zróżnicowanie treści świadomości.

W proponowanym projekcie zakładamy, że dynamika subiektywnego doświadczenia znajduje odzwierciedlenie w czasowej dynamice aktywności mózgu. Dynamika aktywności mózgu może być badana jako zakres zmian i fluktuacji wzorców aktywności mózgu obserwowanych w czasie. Zakładamy, że dynamikę mózgu można opisać na kontinuum – od całkowicie stabilnej, kiedy w każdym momencie obserwuje się ten sam wzorzec aktywności i nie występują żadne zmiany wzorca w czasie, do chaotycznej, kiedy w każdym momencie pojawia się inny wzorzec a przejścia pomiędzy wzorcami są w pełni losowe. Wykorzystamy więc techniki neuroobrazowania i zaawansowane metody analizy danych aby przetestować następujące hipotezy:
H1. Stan utraty świadomości związany jest z większą stabilnością dynamiki mózgu niż stan świadomości;
H2a. Przetwarzanie bodźców zawierających mało sensownej informacji powoduje małe zróżnicowanie treści świadomości i wiąże się z większą stabilnością dynamiki mózgu;
H2b. Przetwarzanie bodźców wysoko-informacyjnych powoduje duże zróżnicowanie treści świadomości i wiąże się z większą stabilnością dynamiki mózgu;

Przeprowadzone zostaną dwa badania. Aby badać stan świadomości wykorzystamy ogólnie dostępne dane z bazy Neurotycho. Baza Neurotycho zawiera dane z eksperymentów przeprowadzonych w instytucie RIKEN w Japonii na małpach z gatunku makaków. W badanich manipulowano stanem świadomości wprowadzając zwierzęta w stan snu lub anestezji i rejestrowano aktywność mózgu metodą elektrokortykografii (ECoG) wykorzystując siatki 128 elektrod pokrywających całą półkulę. W drugim badaniu będziemy manipulować zróżnicowaniem treści świadomości z wykorzystaniem bodźców wzrokowych (fragmenty filmów) i słuchowych (fragmenty audio-booków). Bodźce prezentowane będą w wersji oryginalnej (duża zawartość informacji) lub po manipulacjach zaburzających strukturę historii (niska zawartość informacji). Każda z 25 osób badanych wykona eksperyment dwukrotnie – raz podczas rejestracji aktywności mózgu metodą EEG, drugi raz podczas rejestracji metodą fMRI. Ponadto, w projekcie opracowane będą nowe metody do analizy danych pozwalające określić na ile dynamika wzorców aktywności mózgu w danym okresie jest stabilna lub chaotyczna. Te same metody analizy zostaną zastosowane do badania zarówno stanu jaki i treści świadomości.

Rozwiązanie zagadki biologicznych podstaw świadomości pozostaje jednym z najważniejszych wyzwań przed jakimi stoi nauka. Proponowany projekt, dzięki zastosowaniu trzech metod neuro-obrazowania (EcoG, EEG, fMRI), różnorodnych manipulacji stanem (sen i anestezja) i treścią świadomości, pozwoli lepiej zrozumieć rolę czasowej dynamiki mózgu w podtrzymywaniu „strumienia świadomości”.