Есть ли у плода сознание?

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО СОЗНАНИЯ

Как возникает и развивается человеческое сознание? Может ли плод обладать сознанием? Какие структуры мозга отвечают за его возникновение и когда они формируются? Где и когда появляются первые нейроны головного мозга? В этой статье я попробую разобраться в этих вопросах, опираясь на современные данные нейробиологии.

Что такое сознание?

Прежде всего, что мы вообще понимаем под сознанием? Обычно сознание определяют как способность человека осознавать себя и окружающий мир. Оно включает в себя широкий спектр состояний — от самых простых форм сенсорного восприятия у новорождённого до речи, самосознания и абстрактного мышления у взрослого человека. При этом важно отличать сознание от бодрствования. Сон, кома и состояние общей анестезии — это разные физиологические состояния, которые нельзя просто свести к наличию или отсутствию сознания. Все они становятся возможными благодаря тому, что структуры мозга, необходимые хотя бы для самых элементарных форм сенсорного восприятия, уже существуют и способны функционировать. С точки зрения анатомии две структуры особенно важны для обработки содержания человеческого сознания: таламус и кора головного мозга.

Таламус

Таламус — парная структура, состоящая преимущественно из серого вещества и расположенная в центральной части головного мозга. Он представляет собой совокупность ядер, образованных нейронами, которые получают сенсорную и двигательную информацию практически от всего организма. Получив эту информацию, таламус отбирает и передаёт её в кору головного мозга по специальным путям, называемым таламокортикальными связями.

Но функции таламуса этим не ограничиваются. Он также связан с лимбической системой — комплексом структур мозга, участвующих в самых разных процессах: поиске пищи, страхе и реакции бегства от хищника, ассоциативном обучении, распознавании окружающей обстановки, формировании и извлечении воспоминаний, различных видах памяти, эмоциональной обработке, включая страх, тревогу и агрессию, а также принятии решений и обучении. Условно таламус можно представить как своеобразную диспетчерскую или пересадочную станцию, через которую сенсорная информация от организма поступает в мозг. Практически все сенсорные системы организма, за исключением обоняния, имеют свои таламические ядра. Они получают информацию, обрабатывают её и передают дальше — в кору головного мозга. Именно кора является второй ключевой структурой, необходимой для сознания.

Кора головного мозга

Кора головного мозга представляет собой сложнейшую систему из множества плотно расположенных нейронов. Она находится непосредственно под мозговыми оболочками и разделена на четыре основные доли. В ходе эволюции мозговая ткань приобрела характерную складчатую структуру — борозды и извилины. Благодаря этому огромный объём нервной ткани удалось разместить в сравнительно небольшой черепной коробке, что, среди прочего, имело значение и для возможности рождения ребёнка. В коре расположены важнейшие сенсорные, двигательные и ассоциативные области. Её нейроны получают информацию практически от всего тела, в том числе от органов зрения и слуха. Другие области коры управляют и регулируют произвольные движения. Но каким образом всё это возникает ещё до рождения?

Эмбриональное развитие

Образование нейронов

Формирование человеческой нервной системы начинается примерно через 14 дней после зачатия, когда на дорсальной стороне эмбриона появляется нервная пластинка. Некоторые философы, в том числе леди Мэри Уорнок, рассматривали именно этот этап как моральную границу, до которой допустимо проведение исследований человеческих эмбрионов.

В течение первых восьми недель беременности нервная пластинка преобразуется в нервную трубку. Затем она складывается и формирует структуру с желудочковыми полостями. Именно на этом этапе происходит одно из важнейших событий в развитии мозга — образование нейронов, или нейрогенез. У человека этот процесс особенно активно происходит примерно между 10-й и 20-й неделями беременности. Во время эмбрионального развития нейроны образуются из стволовых клеток, расположенных во внутреннем слое стенок желудочков мозга. После этого они начинают мигрировать наружу и постепенно формируют кору головного мозга.

Нейроны — совершенно особый тип клеток. Их главная отличительная способность заключается в том, что они могут получать, обрабатывать и передавать информацию. Это возможно благодаря их электрической возбудимости. Для выполнения своих функций нейроны используют одновременно электрические и химические механизмы. Каждый нейрон состоит из клеточного тела, называемого сомой, и отростков, соединяющих его с другими клетками. Короткие отростки получают информацию, а длинные отростки, называемые аксонами, передают её дальше. Передача информации происходит благодаря распространению электрического потенциала по ионным каналам клеточной мембраны. В этом процессе особенно важную роль играют ионы калия, натрия, кальция и хлора. В состоянии покоя мембранный потенциал нейрона составляет примерно −70 мВ. Когда возникает раздражитель — например, боль или давление, — мембранный потенциал изменяется, и этот электрический сигнал распространяется по отростку нейрона к другим нейронам или мышцам.

Развивающиеся нейроны человеческого мозга начинают генерировать собственные электрические потенциалы действия в середине внутриутробного периода — примерно между 17-й и 25-й неделями беременности. Однако для сознательного восприятия окружающей реальности одного наличия электрической активности недостаточно. Необходимо, чтобы нейроны таламуса и коры головного мозга установили связи друг с другом, а также с остальными структурами организма. И здесь мы подходим к ещё одному фундаментальному этапу развития нервной системы — формированию синапсов.

Формирование синапсов

Синапсы — это места, в которых нейроны соединяются и обмениваются информацией. Каждый нейрон может иметь от нескольких сотен до нескольких тысяч таких соединений. Они могут связывать его с другими нейронами или даже соединять различные участки одного и того же нейрона. В состав синапса входит конец аксона одного нейрона, по которому распространяется электрический потенциал действия, и мембрана принимающего нейрона, содержащая специальные рецепторы. Расстояние между ними составляет менее 50 нанометров — настолько мало, что химический сигнал может эффективно передаваться от одной клетки к другой. Когда потенциал действия достигает конца аксона, он вызывает выброс специальных химических веществ — нейромедиаторов, или нейротрансмиттеров. К наиболее известным нейромедиаторам относятся ацетилхолин, норадреналин, серотонин, дофамин, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), глицин и глутаминовая кислота. Некоторые из этих названий наверняка уже встречались вам в текстах о психических расстройствах, ботулизме, столбняке, некоторых аутоиммунных заболеваниях или даже ядах, которыми хищники обездвиживают добычу. Нейромедиаторы связываются с рецепторами на мембране принимающего нейрона. Благодаря этому электрический сигнал преобразуется в химический, а затем снова передаётся дальше по цепочке нейронных связей.

Но какое отношение всё это имеет к сознанию? Самое непосредственное. Для возникновения сознания необходима связь между нейронами таламуса, коры головного мозга и остальным организмом.

Представим, например, что сигнал возникает в руке. Чтобы эта информация была обработана мозгом, она должна пройти от периферического рецептора в руке через спинной мозг сначала в таламус, а затем в кору головного мозга. Следовательно, сознание становится возможным только после того, как все эти структуры сформированы и соединены между собой. Такие связи называются таламокортикальными (см. иллюстрация). Они формируются примерно к 24-й неделе беременности. До этого момента периферические рефлексы не могут полноценно обрабатываться корой головного мозга: по анатомическим причинам соответствующие сигналы ещё не способны достичь её.

Развитие мозга и поведение плода в третьем триместре

После 24–26-й недели беременности развитие коры головного мозга значительно ускоряется. Формируются ассоциативные пути, а процесс образования специализированных соединений между нейронами — синаптогенез — становится более интенсивным. Именно на этом этапе начинают появляться признаки того, что у плода формируется нейронная основа сознания. Например, плод начинает всё чаще использовать одну руку, чтобы прикасаться к своей голове, рту, лицу и другой руке. В этот же период появляются признаки ассоциативной памяти, в том числе способность привыкать к повторяющейся виброакустической стимуляции. Это было показано в исследовании, в котором плодам на 35-й неделе беременности предъявляли последовательность одинаковых звуков, после которой следовал отличающийся от них звук. Магнитоэнцефалография показала, что реакция мозга на последний, отличающийся звук была иной. Это свидетельствует о том, что плод запоминал повторяющиеся звуки, которые поступали к нему через организм матери. Другие исследования показывают, что плод способен узнавать голос матери и различать гласные звуки, характерные для определённого языка. Таким образом, уже на этой стадии плод начинает демонстрировать самые примитивные формы сознательной обработки информации — уровни, которые в некоторых отношениях можно сопоставить с теми, что наблюдаются у пациентов с тяжёлыми повреждениями мозга.

Рождение и первый вдох

По очевидным причинам рождение является одной из величайших физиологических метаморфоз в человеческой жизни. Организм ребёнка мгновенно переходит из водной среды материнской утробы в воздушную. В утробе плод существует в условиях относительно низкого содержания кислорода и практически постоянно находится в состоянии, напоминающем сон. После рождения ситуация резко меняется. Неудивительно, что исторически именно первый вдох воздуха часто воспринимался как начало жизни — момент, когда происходит своего рода «одушевление».

Здесь есть и интересная языковая связь. Греческое слово πνεῦμα (pneuma) означает одновременно «дух», «дыхание» и «ветер». Очень похожая многозначность присутствует и в латинском spiritus.

Первый вдох обычно происходит менее чем через 30 секунд после рождения. Его запускает мощный комплекс сенсорных стимулов, сопровождающих процесс родов. К ним относятся выброс гормонов стресса в результате сдавливания и сжатия тела во время вагинальных родов, быстрое возбуждение фоторецепторов сетчатки и охлаждение кожи вследствие испарения амниотической жидкости. Область мозга, отвечающая за запуск дыхания, называется пре-Бётцингеровским комплексом. Это двусторонняя структура ствола мозга, состоящая из сети нейронов.

Аутопсийные исследования пациентов с рассеянным склерозом и некоторыми формами деменции обнаружили значительно меньшее количество нейронов в этой области. Это позволяет предполагать, что нарушения дыхания, наблюдаемые при этих заболеваниях, могут быть связаны с повреждением пре-Бётцингеровского комплекса.

Этот комплекс активирует систему возбуждения мозга и в конечном итоге запускает сам акт дыхания. Ацетилхолин также рассматривается как один из важнейших нейромедиаторов, связанных с состоянием сознания и бодрствования. В частности, исследование трансгенных мышей показало, что животные, лишённые ацетилхолиновых рецепторов, демонстрировали сниженный уровень возбуждения.

Так когда же начинается сознание?

Сознание — одна из фундаментальных характеристик живого существа. Оно отличает само существо от отдельных органов и тканей, из которых оно состоит. С физиологической точки зрения человеческое сознание представляет собой процесс, который становится возможным после формирования определённых структур мозга и установления необходимых связей между ними.

Согласно современным нейробиологическим данным, таламокортикальные связи — необходимые для самых базовых форм сознания, а также для автономного контроля некоторых основных физиологических функций — формируются примерно к 24-й неделе беременности. Именно поэтому, с моей точки зрения, эта стадия развития может служить разумной отправной точкой для обсуждения допустимых сроков аборта. В конечном счёте вопрос о моральном статусе аборта снова и снова приводит нас к одному фундаментальному вопросу: является ли плод отдельным существом?

На этот вопрос нельзя ответить простой ссылкой на наличие человеческого генома или других биологических характеристик, свойственных нашему виду. Ведь те же характеристики присутствуют в отдельных клетках, тканях и органах человеческого организма, которые сами по себе не обладают статусом самостоятельного существа. Поэтому способность к сознанию представляется мне принципиально важным критерием, позволяющим провести это различие.

Я буду рада вашим вопросам, замечаниям и мнениям в комментариях.

References:

1. The Awakening of the Newborn Human Infant and the Emergence of Consciousness, Hugo Lagercrantz, PMID: 39953815

2. The Basics of Brain Development, Joan Stiles, Terry L Jernigan, PMID: 21042938

3. The pre-Bötzinger complex: Generation and modulation of respiratory rhythm, J. Muñoz-Ortiz et al., 10.1016/j.nrleng.2018.05.006

4. Neuroanatomy, Thalamocortical Radiations, Kevin George; Joe M. Das., National Library of Medicine