Phenomenological neuroplasticity as the core biological mechanism of consciousness

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The subject of the study is phenomenological neuroplasticity, considered as a key biological mechanism that ensures the emergence and development of consciousness. The object of the research is the process of forming subjective phenomenal experience, realized through the dynamic restructuring of neural networks in the brain. Special attention is given to the evolutionary role of neuroplasticity, traced from early vertebrates such as fish to the complex forms of self-consciousness characteristic of humans. The author thoroughly analyzes aspects such as synaptic plasticity, including long-term potentiation and depression, structural plasticity related to the growth of neural connections, functional plasticity that facilitates the redistribution of functions among brain regions, and neural synchronization supported by gamma rhythms. These processes are investigated in the context of the learning hypothesis, where consciousness is interpreted as a "sense of meaning" that contributes to the adaptability of the organism. The aim of the study is to substantiate phenomenological neuroplasticity as the core of consciousness, which integrates neurobiological mechanisms and evolutionary approaches, offering a holistic model of forming subjective experience and its biological basis. The research is based on the analysis of neurobiological data, an evolutionary model of irritability gradation, and a theoretical synthesis of concepts of consciousness. Methods of comparative analysis and interpretation of experimental studies of neuroplasticity are employed. The main conclusions of the research establish phenomenological neuroplasticity as a key biological core of consciousness, facilitating the formation and development of phenomenal experience. This plasticity has evolved from the simplest forms in early vertebrates to the complex self-consciousness of humans, highlighting its role in the evolution of consciousness. The novelty of the work lies in the integration of neuroplasticity with the learning hypothesis, which views consciousness as an adaptive mechanism that creates a "sense of meaning" for enhancing the organism’s survivability. A significant contribution of the author is the development of a holistic model linking biological processes, such as synaptic and structural plasticity, with subjectivity. This model opens new avenues for neuroscience, offering pathways to study the neural correlates of consciousness, and for the philosophy of consciousness, rethinking the nature of qualia and subjective experience.

References

  1. Чалмерс Д. Сознающий ум. Москва: Либроком, 2015. 512 с.
  2. Baars B.J. The conscious access hypothesis // Trends in Cognitive Sciences. 2002. Vol. 6. No. 1. С. 47-52.
  3. Varela F. Neurophenomenology // Journal of Consciousness Studies. 1996. Vol. 3. С. 330-349.
  4. Dehaene S., Changeux J.P. Experimental and theoretical approaches to conscious processing // Neuron. 2011. Vol. 70. С. 200-227.
  5. Сафронов А.В. Об одной биологической функции сознания // Социология. 2025. No. 3. С. 246-251.
  6. Hebb D.O. The Organization of Behavior. New York: Wiley, 1949. 335 p.
  7. Malenka R.C., Bear M.F. LTP and LTD: An embarrassment of riches // Neuron. 2004. Vol. 44. С. 5-21.
  8. Holtmaat A., Svoboda K. Experience-dependent structural synaptic plasticity in the mammalian brain // Nature Reviews Neuroscience. 2009. Vol. 10. С. 647-658. doi: 10.1038/nrn2699. EDN: MYIEXX.
  9. Merzenich M.M. et al. Somatosensory cortical map changes following digit amputation in adult monkeys // Journal of Comparative Neurology. 1984. Vol. 224. С. 591-605.
  10. Cools R. et al. Dopaminergic modulation of cognitive function-implications for L-DOPA treatment in Parkinson's disease // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2011. Vol. 35. С. 684-693.
  11. Fries P. A mechanism for cognitive dynamics: Neuronal communication through neuronal coherence // Trends in Cognitive Sciences. 2005. Vol. 9. С. 474-480. doi: 10.1016/j.tics.2005.08.011. EDN: LUIJNX.
  12. Rey S. et al. Fish can show emotional fever // Proceedings of the Royal Society B. 2015. Vol. 282. 20152266.
  13. Bliss T.V.P., Collingridge G.L. A synaptic model of memory: Long-term potentiation in the hippocampus // Nature. 1993. Vol. 361. С. 31-39. doi: 10.1038/361031a0. EDN: XZDUDK.
  14. Clayton N.S. et al. Scrub jays form integrated memories // Journal of Experimental Psychology. 2001. Vol. 27. С. 17-29.
  15. Kasai H. et al. Structural plasticity of dendritic spines // Current Opinion in Neurobiology. 2010. Vol. 20. С. 146-154.
  16. Gallup G.G. Jr. Self-awareness and the emergence of mind in primates // American Journal of Primatology. 1982. Vol. 2. С. 237-248.
  17. Hampton R.R. Rhesus monkeys know when they remember // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2001. Vol. 98. С. 5359–5362.
  18. Squire L.R., Wixted J.T. The cognitive neuroscience of human memory since H.M. // Annual Review of Neuroscience. 2011. Vol. 34. С. 259-288.
  19. Eriksson P.S. et al. Neurogenesis in the adult human hippocampus // Nature Medicine. 1998. Vol. 4. С. 1313–1317.
  20. LeDoux J.E. Emotion circuits in the brain // Annual Review of Neuroscience. 2000. Vol. 23. С. 155-184.
  21. Singer W. Neuronal synchrony: A versatile code for the definition of relations? // Neuron. 1999. Vol. 24. С. 49-65. doi: 10.1016/S0896-6273(00)80821-1. EDN: EJZDMS.
  22. Kempermann G. et al. More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment // Nature. 2010. Vol. 386. С. 493-495.
  23. Cramer S.C. Neuroplasticity and Stroke Recovery // Nature Reviews Neurology. 2018. Vol. 14. No. 3. С. 138-149.
  24. Koelsch S. Brain correlates of music-evoked emotions // Nature Reviews Neuroscience. 2014. Vol. 15. No. 3. С. 170-180.
  25. Pascual-Leone A. et al. The plastic human brain cortex // Annual Review of Neuroscience. 2014. Vol. 28. С. 377-401.
  26. Miller E.K. et al. Neural mechanisms of visual working memory in prefrontal cortex of the macaque // Journal of Neuroscience. 2002. Vol. 22. С. 5141–5154.
  27. Леонтьев А.Н. Проблемы развития ума. Москва: Прогресс, 1981. 456 с.
  28. Ahrens M.B. et al. Whole-brain functional imaging at cellular resolution using light-sheet microscopy // Nature Methods. 2013. Vol. 10. С. 413-420.
  29. Schuman C.D. et al. Opportunities for neuromorphic computing algorithms and applications // Nature Computational Science. 2022. Vol. 2. No. 1. С. 10-19.
  30. Rey S. et al. Neural Correlates of Learned Avoidance in Zebrafish // Nature Neuroscience. 2015. Vol. 18. No. 8. С. 1123–1130.
  31. Womelsdorf T., Fries P. The role of neuronal synchronization in selective attention // Current Opinion in Neurobiology. 2007. Vol. 17. No. 2. С. 154-160.
  32. Ming G.L., Song H. Adult neurogenesis in the mammalian brain: Significant answers and significant questions // Neuron. 2011. Vol. 70. С. 687-702.
  33. Hameroff S., Penrose R. Consciousness in the universe: A review of the ‘Orch OR' theory // Physics of Life Reviews. 2014. Vol. 11. С. 39-78. doi: 10.1016/j.plrev.2013.08.002. EDN: SRIHQN.
  34. Tononi G. Integrated Information Theory of Consciousness: An Updated Account // Archives Italiennes de Biologie. 2015. Vol. 153. С. 74-90.
  35. Seth A.K. et al. Measuring consciousness: Relating behavioural and neurophysiological approaches // Trends in Cognitive Sciences. 2011. Vol. 15. С. 56-64.
  36. Taub E. et al. Constraint-Induced Movement Therapy: A New Approach to Treatment in Physical Rehabilitation // Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 1999. Vol. 80. С. 193-201.
  37. Hassabis D. et al. Neuroscience-inspired artificial intelligence // Neuron. 2017. Vol. 95. С. 245-258.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».