De studie geeft aanwijzingen voor de neurale basis van bewustzijn

Meer dan een kwart van de slachtoffers van een beroerte ontwikkelt een vreemde aandoening – ; Ze verliezen het bewustzijn van de helft van wat hun ogen waarnemen.

Na een beroerte van de rechterhersenhelft mag iemand bijvoorbeeld alleen eten wat zich aan de rechterkant van het bord bevindt, omdat hij de andere helft niet kent. De persoon ziet mogelijk alleen de rechterhelft van het beeld en negeert de persoon aan zijn linkerkant.

Verrassend genoeg kunnen deze slachtoffers van een beroerte echter emotioneel reageren op het hele beeld of de hele scène. Hun hersenen lijken alles op te nemen, maar deze mensen nemen maar bewust de helft van de wereld waar.

Deze verbijsterende aandoening, eenzijdige verwaarlozing genoemd, werpt licht op een al lang bestaande vraag in de hersenwetenschap: wat is het verschil tussen iets waarnemen en het bewust of bewust zijn van het waarnemen ervan? Je merkt misschien niet bewust dat je een schoenenwinkel bent gepasseerd terwijl je door je Instagram-feed scrolt, maar toch begin je online te zoeken naar schoenenverkopen. Je brein registreert dingen die je niet bewust opschrijft.

Neurowetenschappers van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem en de Universiteit van Californië, Berkeley, hebben nu gemeld dat ze mogelijk het gebied in de hersenen hebben gevonden waar deze continue visuele beelden worden vastgehouden gedurende de paar seconden dat we ze zien. Ze publiceerden hun bevindingen deze maand in het tijdschrift Cel rapporten.

Bewustzijn, en in het bijzonder visuele ervaring, is het belangrijkste dat iedereen voelt vanaf het moment dat ze hun ogen openen als ze ’s ochtends wakker worden tot het moment dat ze gaan slapen. Onze studie gaat over je dagelijkse ervaring.”

Gal Vishny, hoofdauteur van het artikel, is een afgestudeerde student aan de Hebreeuwse Universiteit

Hoewel de resultaten nog niet verklaren hoe we ons niet bewust kunnen zijn van wat we waarnemen, zouden studies als deze in de toekomst praktische toepassingen kunnen hebben, waardoor artsen misschien meer te weten kunnen komen over de hersenactiviteit van een comateuze patiënt, of de persoon zich nog bewust is van de buitenwereld. en mogelijk te verbeteren. Het begrijpen van het bewustzijn kan artsen ook helpen bij het ontwikkelen van behandelingen voor bewustzijnsstoornissen.

“De inspiratie voor mijn hele wetenschappelijke carrière komt van patiënten met een beroerte met eenzijdige verwaarlozing, waarbij ze de halve wereld negeren”, zegt senior auteur Leon Deuel, hoogleraar psychologie aan de Hebreeuwse Universiteit en lid van het Edmund and Lily Safra Center. voor hersenonderzoek. “Dit wekte eigenlijk mijn volledige interesse in de kwestie van bewust bewustzijn. Hoe kun je informatie krijgen, maar het nog steeds niet erkennen als iets dat je persoonlijk ervaart, noch ernaar handelen, noch je ogen ernaar richten, wat niet alleen nodig is om te voelen de hersenen, maar om te genieten met subjectieve ervaring? Als we dat begrijpen, zullen we uiteindelijk begrijpen wat er ontbreekt in het cognitieve systeem en in de hersenen van patiënten met dit type syndroom.’

Robert Knight, ook een senior auteur en professor in de psychologie aan de University of California, Berkeley en een lid van het Helen Wills Institute for Neuroscience, voegde eraan toe.

De hersenen hebben een voorbijgaande en continue reactie

Al bijna zes decennia, merkte Deuel op, hebben elektrische studies van het menselijk brein zich bijna uitsluitend gericht op de eerste piek van activiteit na de waarneming van een object. Maar die piek vervaagt na ongeveer 300 of 400 milliseconden, terwijl we vaak naar dingen kijken en ons er seconden of langer bewust van zijn.

“Hierdoor blijft er veel tijd over die niet in neurologische termen wordt uitgelegd”, zei hij.

Op zoek naar langdurige activiteit kregen neurowetenschappers goedkeuring om tests uit te voeren op 10 mensen van wie de schedel werd geopend zodat elektroden op het oppervlak van de hersenen konden worden geplaatst om de neurale activiteit geassocieerd met epileptische aanvallen te volgen. De onderzoekers registreerden hersenactiviteit van de elektroden terwijl ze patiënten gedurende verschillende tijdsperioden, tot 1,5 seconde, verschillende beelden op een computerscherm lieten zien. Patiënten werd gevraagd op een knop te drukken als ze af en toe een kledingstuk zagen om er zeker van te zijn dat ze echt opletten.

De meeste methoden die worden gebruikt om neurale activiteit bij mensen vast te leggen, zoals functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) of elektro-encefalografie (EEG), stellen onderzoekers alleen in staat om gedetailleerde gevolgtrekkingen te maken over waar of wanneer hersenactiviteit plaatsvindt, maar niet beide. Door het gebruik van elektroden die in de schedel waren geïmplanteerd, konden de onderzoekers van de Hebreeuwse Universiteit/UC Berkeley deze kloof overbruggen.

Na het analyseren van de gegevens met behulp van machine learning, ontdekte het team dat, in tegenstelling tot eerdere studies die slechts een korte uitbarsting van activiteit in de hersenen zagen bij het waarnemen van iets nieuws, de visuele gebieden van de hersenen feitelijk informatie over perceptie vasthielden op een lager activiteitsniveau voor langer. Het voortdurende patroon van neurale activiteit was vergelijkbaar met het oorspronkelijke activiteitspatroon en veranderde wanneer de persoon een ander beeld zag.

“Deze stabiele representatie suggereert een neurale basis voor cognitie die in de loop van de tijd stabiel is, ondanks het variabele activiteitsniveau,” zei Deuel.

In tegenstelling tot sommige eerdere studies, ontdekten ze dat de prefrontale en pariëtale cortex in het voorste deel van de hersenen pas actief worden als er iets nieuws wordt gezien, waarbij de informatie binnen een halve seconde (500 milliseconden) volledig verdwijnt, zelfs als de stimulus was veel langer.

Het occipitale-temporale gebied van de visuele cortex aan de achterkant van de hersenen wordt ook gedurende een korte periode erg actief – ; gedurende ongeveer 300 ms – ; Daarna zakt het naar een stabiel maar laag niveau, ongeveer 10% tot 20% van de initiële high. Maar het activiteitenpatroon gaat niet weg; Het blijft eigenlijk ongewijzigd zolang de persoon de afbeelding bekijkt.

“De frontale cortex speelt een rol bij het onthullen van iets nieuws”, legt Deuel uit. “Maar je ziet ook voortdurende representatie in zintuiglijke gebieden op een hoger niveau.”

De opeenvolging van gebeurtenissen in de hersenen kan op verschillende manieren worden geïnterpreteerd. Knight en Vishne neigen naar het idee dat bewust bewustzijn ontstaat wanneer de prefrontale cortex toegang krijgt tot voortdurende activiteit in de visuele cortex. Dewell vermoedde dat bewustzijn voortkomt uit verbindingen tussen vele hersengebieden, waarvan de prefrontale cortex er slechts één is.

De bevindingen van het team zijn bevestigd door een groep die zichzelf het Cogitate Consortium noemt. Hoewel de bevindingen van het consortium nog wachten op collegiale toetsing, werden ze beschreven tijdens een evenement in juni in New York City dat werd aangekondigd als een confrontatie tussen twee “baanbrekende” theorieën over bewustzijn. nee de cel rapporten De bevindingen en niet-gepubliceerde bevindingen kunnen passen bij een van de twee theorieën over bewustzijn.

“Bij deze vijandige samenwerking zijn twee van de ongeveer 22 huidige theorieën over bewustzijn betrokken”, waarschuwde Deuel. “Te veel theorieën betekenen meestal dat we het niet begrijpen.”

De twee onderzoeken en andere lopende onderzoeken die deel uitmaken van de vijandige samenwerking die door de Templeton Foundation is geïnitieerd, zouden echter kunnen leiden tot een echte, toetsbare theorie van bewustzijn.

“In termen van de voorspellingen voor de twee theorieën die we hebben kunnen testen, zijn ze allebei correct. Maar als we naar het bredere plaatje kijken, werkt geen van de theorieën in hun huidige vorm, hoewel we hebben ontdekt dat ze elk een zekere mate van waarheid, “zei Vishny. Nog steeds onbekend over de neurale basis van bewustzijn, geloven we dat er meer gegevens moeten worden verzameld voordat de nieuwe feniks kan herrijzen uit de as van eerdere theorieën. “

Toekomstige studies gepland door Deouell en Knight zullen elektrische activiteit onderzoeken die verband houdt met bewustzijn in andere delen van de hersenen, zoals die welke te maken hebben met geheugen en emoties.

Eden Gerber is ook co-auteur van het onderzoek. De studie werd ondersteund door de US-Israel Bilateral Science Foundation (2013070) en het National Institute of Neurological Disorders and Stroke of the National Institutes of Health (R01 NS021135).