Хотя при сопоставлении данных разницу между двумя состояниями часто нетрудно увидеть невооруженным глазом, по-настоящему в этом подходе поражает именно то, что сложность ответного импульса поддается количественной оценке. То есть величину сложности можно обозначить неким числом. Этот метод называется zap-and-zip («разряд и сжатие») — ТМС воздействует разрядом (zap) на кору мозга, затем компьютерный алгоритм обрабатывает полученную реакцию, электрическое эхо, и сжимает ее (zip) в одно-единственное число.
При сжатии используется тот же алгоритм, что и при сжатии электронных фотографий, когда уменьшается объем файла. Любой рисунок, будь то фото из летнего отпуска или прокатывающееся по мозгу электрическое эхо, имеющее протяженность и длительность, можно представить как последовательность единиц и нулей. Для любой неслучайной последовательности есть возможность создать и сжатую версию[51], более короткую цепочку цифр, по которой затем несложно восстановить оригинал. Длина кратчайшего из возможных сжатых выражений называется алгоритмической сложностью последовательности. Самая низкая алгоритмическая сложность будет у полностью предсказуемой последовательности (состоящей из одних нулей или одних единиц), самая высокая — у совершенно случайной, и где-то посередине окажется сложность частично предсказуемых последовательностей. Установить алгоритмическую сложность для любой заданной последовательности позволяет алгоритм сжатия, вычисляющий так называемую сложность Лемпеля — Зива — Велча (или, если кратко, сложность ЛЗВ).
Массимини и его команда назвали способ замера ответного импульса, фиксируемого в ходе экспериментов, индексом сложности возмущений (ИСВ). Он дает возможность с помощью алгоритма ЛЗВ высчитать величину (индекс) алгоритмической сложности реакции мозга на возмущение, то есть на импульс ТМС.
Сперва группа Массимини подтвердила действенность своего метода, показав, что значения ИСВ в бессознательном состоянии, таком как сон без сновидений и общий наркоз, устойчиво ниже, чем при исходном сознательном состоянии бодрствования в покое. Это обнадеживает, но главная сила метода ИСВ заключается в том, что он дает непрерывную шкалу, на которую можно нанести более точную и подробную градуировку. В основополагающем исследовании 2013 г.[52] группа Массимини измерила ИСВ у большой выборки пациентов с повреждениями мозга, страдающих расстройствами сознания. В результате было обнаружено, что величина ИСВ тесно коррелирует с уровнем нарушения функций мозга, независимо диагностированным неврологами. В частности, у пациентов в вегетативном состоянии, при котором сознание считается отсутствующим при сохранении бодрствования, показатели ИСВ получались ниже, чем у пациентов в состоянии минимального сознания, при котором поведенческие признаки сознания появляются и исчезают. Ученым удалось даже провести границу между значениями ИСВ, указывающими на наличие и на отсутствие сознания.
Мы с моей исследовательской группой в Сассексском университете работаем над схожими методами оценки уровня сознания. Но вместо того, чтобы посылать энергетический импульс в кору с помощью ТМС, мы измеряем алгоритмическую сложность имеющейся, естественной — спонтанной, как мы ее обозначаем, — мозговой активности. То есть вместо «заппинга» получается «зиппинг». В ходе серии исследований, проведенных моим коллегой Адамом Барреттом и нашим бывшим докторантом Майклом Шартнером[53], мы обнаружили, что сложность спонтанной активности коры, по измерениям ЭЭГ, устойчиво падает как при начальной стадии сна, так и при анестезии. Кроме того, мы выяснили, что во время фазы быстрого сна (фазы быстрого движения глаз) сложность спонтанной активности примерно такая же, как при нормальном сознательном бодрствовании, — вполне логично, поскольку именно в фазу быстрого сна наиболее вероятны сновидения, а они сознательны. Такую же картину выявила с помощью своего метода ИСВ группа Массимини[54], еще надежнее подкрепив тем самым утверждение, что таким образом мы замеряем уровень сознания, а не бодрствования.
Возможность измерять уровень сознания независимо от бодрствования важна не только для науки, она способна в перспективе круто изменить положение дел и для неврологов и их пациентов. Исследование Массимини 2013 г. уже демонстрирует, что метод ИСВ способен различать вегетативное состояние и состояние минимального сознания. Главное преимущество таких замеров, как ИСВ, в этом контексте заключается в том, что они опираются не на внешние поведенческие проявления. Бодрствование — физиологическая активность центральной нервной системы — определяется через поведение. О бодрствовании неврологи в больнице обычно судят по наличию отклика на сенсорную стимуляцию — громкий звук или щипок руки. Сознание же определяется в терминах внутреннего субъективного опыта, поэтому связать его с внешними проявлениями можно лишь косвенно.
51
Чтобы создать сжатую версию последовательности из одних единиц (или одних нолей) длиной n, достаточно обозначить начальную единицу (или ноль), а затем указать n повторений. Ее абсолютную противоположность, полностью случайную последовательность, не удастся сжать в принципе: чтобы воспроизвести ее в точности, придется указывать место каждой единицы и каждого ноля. Последовательности, структура которых хотя бы немного предсказуема, займут промежуточное положение между этими крайностями. Длина оптимально сжатой версии называется колмогоровской сложностью (или сложностью Колмогорова — Хайтина). Сложность ЛЗВ аппроксимирует эту величину и обозначает ее верхний предел.
53
Schartner et al. (2017b); Schartner et al. (2015). В ходе этих исследований мы убедились, что изменения в сложности ЛЗВ — это не просто банальные отражения других (подробнее изученных) изменений в электроэнцефалографических сигналах мозга, сопровождающих потерю сознания, таких как возрастание мощности низкочастотных дельта-волн, наблюдающееся во время сна.