Даже под действием общей анестезии, когда пациент полностью лишен сознания и не реагирует на окружающий мир, нейроны гиппокампа продолжают вести сложную вычислительную деятельность. Они способны распознавать части речи, анализировать последовательности слов и формировать активность, направленную на прогнозирование следующего элемента в предложении. К таким выводам пришли исследователи из Университета Бэйлора, чья работа была опубликована в научном журнале Nature.
Гиппокамп играет ключевую роль в процессах формирования памяти и организации событий во времени. Обычно активность этой структуры изучают у бодрствующих людей методом электроэнцефалографии (ЭЭГ), однако этот способ не дает возможности проследить за работой отдельных нейронов. В рамках данного эксперимента ученые получили уникальную возможность изучить ткани гиппокампа у пациентов во время операции по удалению части височной доли мозга. В этот момент все испытуемые находились под глубоким наркозом, вызванным пропофолом.
Команда нейрохирурга Самира Шета (Sameer Sheth) применила для фиксации сигналов высокоплотные микрочипы Neuropixels. Это позволило одновременно отслеживать активность сотен нейронов с высокой точностью. Исследование проводилось с участием семи пациентов, у которых на протяжении всего процесса поддерживался стабильный уровень седации.
В ходе первого этапа эксперимента пациентам, находящимся под наркозом, проигрывали серию звуковых тонов с редкими изменениями высоты. Нейроны гиппокампа демонстрировали устойчивую реакцию на такие аномалии, причем чувствительность к отклонениям нарастала в течение 10 минут. Подобная адаптивная реакция характерна для бодрствующего мозга, который обучается выделять значимые изменения в привычном фоне.
Чтобы выяснить, возможно ли такое поведение без участия сознания, исследователи создали модель рекуррентной нейронной сети, обученную на различении тонов. Модель полностью повторила наблюдаемый эффект, что подтверждает: локальные нейронные цепи способны формировать сложное поведение без участия высших когнитивных центров.
Речевая активность и предиктивное кодирование
Далее испытуемым зачитывали короткие истории. Анализ данных показал, что гиппокамп реагирует не просто на звуковой поток: его нейроны успешно различают части речи — существительные, глаголы и прилагательные. Более того, активность мозга отражала как уже услышанные слова, так и вероятностное предсказание следующего слова в цепочке. Это означает, что даже в бессознательном состоянии мозг продолжает строить прогноз развития речевой конструкции.
Этот механизм известен как предиктивное кодирование — принцип, при котором мозг постоянно сверяет входящие сигналы со своими ожиданиями. Ранее считалось, что данный процесс неразрывно связан с вниманием и активным бодрствованием, однако эксперимент показал его работоспособность даже при глубокой анестезии.
Параллели с искусственным интеллектом
Ученые отмечают поразительное сходство между процессами в гиппокампе и архитектурой больших языковых моделей (LLM). Нейросети генерируют текст, предсказывая следующее слово на основе контекста, и точно такая же динамика последовательного прогнозирования наблюдалась в мозге под наркозом. По мнению исследователей, это сравнение поможет создать общий метаязык для описания процессов в биологических системах и искусственном интеллекте.
Полученные результаты имеют важное прикладное значение. В будущем подобные сигналы могут лечь в основу нейропротезов, способных восстановить коммуникацию для пациентов, утративших речь в результате травм мозга или инсультов.
При этом авторы призывают к осторожности в интерпретации: исследование ограничивалось использованием пропофола, поэтому вопрос о том, сохраняется ли подобная активность во время естественного сна или комы, остается открытым. Кроме того, измерения велись только в гиппокампе, поэтому нельзя утверждать, насколько масштабны эти процессы в других областях мозга. Тем не менее работа серьезно ставит под сомнение жесткое разделение на «сознательную» и «бессознательную» обработку данных, доказывая, что сложная интеллектуальная работа может продолжаться даже при выключенном сознании.
