اینکه چگونه مغز آگاهی آگاهانه را از فعالیت الکتریکی میلیاردها سلول عصبی فردی تداعی می کند، یکی از سوالات بی پاسخ بزرگ زندگی است.

هر یک از ما می دانیم که از نظر داشتن افکار، ادراکات و احساسات آگاه هستیم، اما نمی توانیم آن را به دیگران ثابت کنیم. فقط ما به جوهر اسرار آمیزی دسترسی داریم که به ما امکان می دهد آن افکار، ادراکات و احساسات را تجربه کنیم.

در دهه 1990، فیلسوف دیوید چالمرز این عدم دسترسی به بررسی دقیق خارجی و عینی را به عنوان "مشکل سخت" آگاهی توصیف کرد.

او پیشنهاد کرد که یک کار ساده‌تر برای دانشمندان، «همبستگی‌های عصبی» آن است – مکان و چگونگی تغییر فعالیت مغز وقتی افراد تجربیات آگاهانه دارند.(داروخانه دانیال)

جدای از کنجکاوی، دانشمندان به احتمال زیاد برای کمک به تشخیص و درمان اختلالات هوشیاری، مانند حالات نباتی پایدار و برخی اختلالات روانپزشکی، انگیزه زیادی برای کشف همبستگی های عصبی آگاهی دارند.

سه بعد آگاهی

آگاهی چندین بعد متمایز دارد که آنها می توانند اندازه گیری کنند. سه مورد از مهمترین آنها عبارتند از:

بیداری یا برانگیختگی فیزیولوژیکی

آگاهی یا توانایی داشتن تجارب ذهنی آگاهانه، از جمله افکار، احساسات و ادراک
سازمان حسی، یا اینکه چگونه ادراکات مختلف و مفاهیم انتزاعی تر با هم تنیده می شوند تا یک تجربه آگاهانه یکپارچه ایجاد کنند.
این سه بعد با هم تعامل دارند تا حالت کلی آگاهی ما را لحظه به لحظه ایجاد کنند. به عنوان مثال، زمانی که کاملاً بیدار هستیم، در وضعیت هوشیاری بالایی هستیم، اما وقتی شب به خواب می رویم، بیداری و هوشیاری هم کاهش می یابد.

هوشیاری و برانگیختگی فیزیولوژیکی در طول خواب REM (حرکت سریع چشم) بازمی‌گردد، یعنی زمانی که رویاهای واضح اغلب رخ می‌دهند. اما این تجربیات حسی عمدتاً از محرک‌های بیرونی جدا شده و از مفاهیمی که ما را در بیداری به واقعیت پیوند می‌دهند، جدا شده‌اند.

به روشی مشابه، حالات تغییر یافته هوشیاری، مانند آنهایی که توسط داروهای روانگردان یا سطوح پایین اکسیژن ایجاد می‌شوند، شامل سطوح عادی برانگیختگی اما تجارب حسی نامنظم می‌شوند.

اینها می تواند شامل توهم صداها، بوها، یا مناظر باشد، اما همچنین احساس حسی، زمانی که گفتگوی متقابل بین حواس معمولاً گسسته وجود دارد، مانند صداهایی که تجارب بصری را برمی انگیزند.

افرادی که در کما یا تحت بیهوشی هستند، ممکن است سطوح بیداری و هوشیاری حتی کمتر از خواب غیر REM داشته باشند.(داروخانه دانیال)

در همین حال، در یک حالت ترکیبی عجیب و غریب از هوشیاری که به عنوان سندرم بیداری بی پاسخ یا حالت نباتی شناخته می شود، بیماران تحت چرخه های روزانه خواب و بیداری قرار می گیرند، اما بدون نشان دادن هیچ نشانه ای از آگاهی.

علیرغم گذراندن دوره های طولانی با چشمان باز، آنها واکنش های رفتاری به محرک های خارجی نشان نمی دهند.

برخی از این بیماران علائم محدودی از آگاهی را که به عنوان «منبع مورد اعتماد حداقل آگاهانه» شناخته می‌شود، بازیابی می‌کنند، مانند توانایی پاسخ به دستورالعمل‌ها یا دنبال کردن یک شی متحرک با چشم.

همبستگی های عصبی آگاهی

بیماران در حالات مختلف هوشیاری سرنخ های حیاتی در مورد همبستگی های عصبی هوشیاری ارائه کرده اند.

تکنیک هایی مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی (fMRI) و الکتروانسفالوگرافی (EEG) فعالیت عصبی همراه با این حالت ها را نشان داده اند.

دانشمندان الگوهای فعالیت را از طریق اندازه‌گیری اتصال عملکردی، با استفاده از تکنیک‌های آماری برای آشکار کردن همبستگی بین زمان‌بندی رویدادهای عصبی در بخش‌های مختلف مغز، تشخیص می‌دهند.

این شبکه‌های نواحی مغز را نشان می‌دهد که مثلاً در حافظه فعال، توجه و سرگردانی ذهن نقش دارند.(داروخانه دانیال)

هنگامی که آنها داده‌های fMRI و EEG را ترکیب می‌کنند، محققان متوجه می‌شوند که فعالیت در عمق مغز، در منبع مطمئن تالاموس، در طول بیداری و همزمان با فعالیت در شبکه حالت پیش‌فرض متفاوت است.

تالاموس مانند یک ایستگاه رله حسی عمل می‌کند، در حالی که شبکه حالت پیش‌فرض مجموعه‌ای از نواحی درون قشر مغز است - بیرونی‌ترین لایه مغز - که عمیقاً در سرگردانی ذهن و خودآگاهی دخالت دارند.

در مقابل، در طول خواب غیر REM و تحت بیهوشی، اتصال عملکردی بین تالاموس و شبکه حالت پیش‌فرض و شبکه‌های قشری که درگیر توجه هستند، از بین می‌رود.

در اختلالات هوشیاری، محققان می توانند کاهش اتصال عملکردی و آسیب فیزیکی را مشاهده کنند که بر اتصالات بین قشر و ساختارهای عمیق مغز تأثیر می گذارد.

این نشان می دهد که چقدر این ارتباطات برای حفظ بیداری و تبادل اطلاعات در سراسر مغز مهم است.

زمین فعالیت مغز

با وجود پیشرفت‌هایی که در درک ما از همبستگی‌های عصبی هوشیاری صورت گرفته است، پزشکان هنوز در تشخیص بیمارانی که قادر به پاسخگویی به سؤالات یا دستورات نیستند، مشکل دارند.

آنها نمی توانند تشخیص دهند که آیا چنین بیمار کاملاً بیهوش است، هوشیار است اما از محرک های بیرونی جدا شده است، یا آگاه است و از محیط خود آگاه است، اما قادر به پاسخگویی نیست.

رویکرد کاملاً جدیدی که اخیراً در Nature CommunicationsTrusted Source گزارش شده است، ممکن است راهی برای ارزیابی بیداری، آگاهی و سازمان حسی چنین بیمار ارائه دهد.

تکنیک جدید به جای ثبت فعالیت در نواحی خاص مغز یا شبکه‌های نواحی، گرادیان‌های فعالیت در سراسر مغز را اندازه‌گیری می‌کند.(داروخانه دانیال)

این مشابه ثبت شیب زمین بر روی نقشه است، و اینکه چگونه این شیب ممکن است در طول زمان تغییر کند، نه فقط مکان‌های جاده‌ها، شهرها و روستاها.

این روش نوآورانه برای بررسی فعالیت مغز، که چگونگی شکل‌دهی هندسه عملکردی به دینامیک زمانی را در نظر می‌گیرد، این واقعیت را در نظر می‌گیرد که هر منطقه و شبکه دارای عملکردها و ارتباطات متعددی است.

دکتر زیروی هوانگ، نویسنده اول، استادیار پژوهشی در گروه بیهوشی دانشکده پزشکی دانشگاه میشیگان، می گوید: "آگاهی پیچیده است و مطالعه آن مانند حل یک مکعب روبیک درهم است."

او می افزاید: «اگر فقط به یک سطح نگاه کنید، ممکن است از نحوه سازماندهی آن گیج شوید. شما باید روی پازل کار کنید که در تمام ابعاد نگاه کنید.»

سه شیب آگاهی

دکتر هوانگ و همکارانش به چگونگی تغییر شیب فعالیت عصبی - که توسط fMRI اندازه‌گیری می‌شود - با سه بعد اصلی هوشیاری تغییر می‌کنند:

برانگیختگی یا بیداری
اطلاع
یکپارچگی حسی
محققان از داده‌های fMRI موجود که از مغز افرادی که بیدار بودند، تحت بیهوشی، در حالتی به اصطلاح رویشی – که به عنوان «سندرم بیداری بی‌پاسخ» شناخته می‌شود – یا دارای تشخیص روانپزشکی مانند اسکیزوفرنی بودند، استفاده کردند.

آنها شیب فعالیتی را کشف کردند که با تغییرات در سطوح برانگیختگی مطابقت دارد که از مناطق بصری و حالت پیش فرض تا شبکه های درگیر در توجه امتداد می یابد.

شیب دیگری همگام با آگاهی تغییر کرد و از مناطق درگیر در ادراک و کنش به مناطق مسئول ادغام اطلاعات و شکل گیری مفاهیم انتزاعی گسترش یافت.

شیب سوم که به سازمان حسی مرتبط است، سیستم بینایی و قشر جسمی حرکتی را در بر می گیرد که به کنترل حرکت کمک می کند.

دکتر هوانگ خاطرنشان می کند: «ما نشان دادیم که اختلالات هوشیاری انسان - به دلیل علل دارویی، آسیب شناسی عصبی، یا روانپزشکی - با تخریب یک یا چند شیب اصلی قشر مغز بسته به وضعیت مرتبط است.

او به مدیکال نیوز تودی گفت که برخی از بیمارانی که به هیچ وجه قادر به پاسخگویی نیستند ممکن است همچنان هوشیار باشند. او گفت: «بنابراین توسعه رویکردهای مستقل از رفتار و مستقل از وظیفه برای ارزیابی مهم است.

وی افزود: "طبق کار ما، اندازه گیری گرادیان قشر مغز پتانسیل کاهش عدم قطعیت ارزیابی بالینی هوشیاری در آن بیماران را دارد."

تحریک مغناطیسی ترانس کرانیال

دانشمندانی مانند دکتر هوانگ چیزهای زیادی در مورد همبستگی‌های عصبی آن کشف کرده‌اند، اما یافته‌های آنها روشن نمی‌کند که مغز چگونه هوشیاری ایجاد می‌کند - «مشکل سخت».

دانشمندان دیگر استدلال کرده اند که برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد علل هوشیاری، باید فعالیت مغز را دستکاری کنید و ببینید چه اتفاقی می افتد. داروخانه دانیال

تحریک مغناطیسی ترانس کرانیال یا TMS یک تکنیک غیرتهاجمی است که فعالیت مغز را به روشی کاملاً کنترل شده تغییر می دهد.

این تکنیک شامل عبور دادن یک پالس الکتریکی قوی از طریق یک سیم پیچ رسانا است که نزدیک سر شرکت‌کننده نگه داشته می‌شود و یک پالس مغناطیسی مختصر ایجاد می‌کند که باعث ایجاد فعالیت الکتریکی در نزدیک‌ترین قسمت مغز به سیم‌پیچ می‌شود.

این باعث افزایش فعالیت الکتریکی میلیون‌ها نورون در ناحیه‌ای به قطر چند سانتی‌متر می‌شود.

در یک شرکت‌کننده بیدار، یک پالس TMS زنجیره پیچیده‌ای از فعالیت را در چندین نواحی قشر مغز ایجاد می‌کند، در حالی که در خواب غیر REM، همان نبض اثر بسیار کوتاه‌تر و موضعی‌تری دارد.

با این حال، در طول خواب REM، نبض الگویی از فعالیت شبیه به آنچه در مغز فردی که کاملا بیدار است را برمی انگیزد.

جالب اینجاست که در بیمارانی که بیدار هستند اما در حالت نباتی هستند، TMS اثرات موضعی کوتاه مدتی را ایجاد می کند که مشابه آنهایی است که در خواب غیر REM یک فرد سالم مشاهده می شود.

اما در مغز بیماران بیدار و با حداقل هوشیاری، TMS پاسخی مشابه با آنچه در افراد سالم و بیدار مشاهده می شود، برمی انگیزد. داروخانه دانیال

بنابراین محققان به این نتیجه رسیده‌اند که با کاهش سطح هوشیاری و هوشیاری، پیچیدگی و گستره فضایی ارتباط بین نواحی مغز کاهش می‌یابد.