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意识或源于微妙平衡的混乱

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              科学家们正在寻找大脑中将意识从无意识中分化出来的信号。agsandrew/Shutterstock供图


    我看到的黄色与你看到的黄色是同一种颜色吗?我感受到的疼痛是否如你之痛?意识究竟是主观的还是客观的?很大程度上这是个哲学问题。但相较之下,意识与无意识间的界限则更容易量化。在一项关于麻醉剂对大脑的作用机制的新研究中,研究者发现,我们对现实的体验来自于神经元间连接的多少与产生的意识间互联的微妙平衡,连接过多或过少都无法产生意识。


    “这项研究非常棒。”维斯康星大学的神经学家Melanie Boly说,她并未参与此项研究,“他们得出的结论也是有理有据的。”


    以往的研究已经揭示了“大脑皮质联合区”对意识维持的重要性,也就是说大脑需同时处理和连接来自不同感官的输入信息。例如,我们对一个橘子的认知,来自于视觉、嗅觉、味觉、触觉,以及之前有关水果体验的记忆。大脑会将所有这些光子的、芳香分子的输入信号整合为我们这一时刻对物体的主观体验。


    德国基尔市医学心理研究所的物理学家Enzo Tagliazucchi说:“事物间的互动创造了新的意义。”意识的这种意义依赖于到达我们视网膜上的光子的模式,这就是人与照相机的区别。尽管我们在丧失意识后仍能接收到同样的信号,却不能将这些事实感官整合集合起来。


    为了寻找意识在大脑中的特征,Tagliazucchi和同事们将参与实验的个体置于功能性核磁共振扫描仪(functional magnetic resonance imaging,fMRI)中,使用异丙酚——一种手术麻醉剂处理,使他们丧失意识。fMRI会跟踪大脑血管中的血流,借此可以实时观察处于兴奋状态的神经元的脑电活动。研究团队记录了分别处于清醒、镇静、意识丧失及意识恢复状态的12名个体的相关数据。


    研究结果于近日发布在了英国皇家协会网站上。结果显示,意识清醒与意识丧失状态下的大脑活动有明显不同。这种差异归根结底来自于大脑怎样“探索自身可能的空间结构”,Tagliazucchi称。


    在清醒意识状态下,大脑产生了“一波变幻莫测的活动”,在大脑整合周边环境输入信号并产生一个即时“意识流”的同时,fMRI显示了大量活跃的搭接网络。在异丙酚生效后,大脑中的网络连接相应减少,多样性也随时间推移而降低。大脑像被困在了一个死胡同中——反复重复着同一通路。


    研究结果显示,大脑中神经元间的连接数目需达到最优值,产生的通路数目才能最多。如果将每个神经元都看作是这一网络中的节点,那么意识可能源于尽可能透彻地探索整个网络。但多样性最强的网络——即具有尽可能多的排列组合的网络——神经元连接数目并不一定需要达到最优值。


    如果大脑中的神经元彼此间存在直接连接,那么大脑的同源性就会过高,从而无法将一个信号与其下一个信号区分开来,Tagliazucchi说,“如果同源性过高,神经元就会同时激活或同时沉默。”与之相反的是,意识也许来自于大脑对有意义的独特信号通路数目最大化的“探索”的精细平衡,他说。研究人员将这一平衡点称为“临界点”。


    “这就像开着车摸索城市的街道。”Tagliazucchi说,“如果车辆总是以同一种方式行驶,即从A点开到B点再返回A点,这样来回折腾一整天也不可能逛完这座城市。但如果车辆是追根究底的探险家,穿过城市里所有可能到达的区域,那么得到的城市地图就与实际地图十分接近。在临界点时,车辆在以最优方式在对城市进行摸索。”


    但与车辆不同的是,大脑中的脑电活动并不是由有意志或目的性的有知觉的力量驾驭的。实际上,引起大脑在意识清醒和意识丧失状态间转换——达到或远离临界点——的起因还不清楚。“如果正处于临界点,你的大脑是十分混乱的。”Boly说,“如果距临界点还远,则大脑活动会过于单一或稳定。”

    这种稳定可以解释为什么很难将昏迷的患者唤醒。Tagliazucchi希望通过了解临界点的位置,以及达到临界点的方法,我们最终也许能将昏迷患者从无意识状态唤醒,诱导大脑以正确的方式“探索街道”。


翻译:谢梦莹

审稿:董子晨曦


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