意識產(chǎn)生時大腦發(fā)生了什么？新研究揭示丘腦-皮層環(huán)路作用
作為人類思維活動的基礎(chǔ)與核心，意識體驗如何產(chǎn)生，它的本質(zhì)和物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？北京師范大學(xué)和中國人民解放軍總醫(yī)院等單位的科研人員展開合作，發(fā)現(xiàn)大腦中大尺度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共同參與意識體驗的產(chǎn)生過程，傳統(tǒng)上被認(rèn)為只是“二傳手”角色的丘腦在其中發(fā)揮了重要作用。相關(guān)論文于4月4日在《科學(xué)》期刊上在線刊發(fā)。
論文通訊作者、北京師范大學(xué)心理學(xué)部、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點實驗室/IDG麥戈文腦研究所張鳴沙教授告訴科技日報記者，非侵入式方法很難捕捉微小空間和時間尺度上不同腦區(qū)間的信號處理和傳導(dǎo)。此次，在遵守倫理規(guī)范的前提下，團(tuán)隊將5名因臨床治療需要已在腦內(nèi)植入電極的患者作為被試，揭開意識體驗產(chǎn)生時大腦活動之謎。
不過，如何用實驗找到意識體驗產(chǎn)生的那一刻？張鳴沙說，這也是研究的難點和亮點，要讓被試在清醒狀態(tài)下執(zhí)行一項特定視覺任務(wù)。簡單來說，他們通過反復(fù)調(diào)試，將某種圖像信號的刺激強度調(diào)試在被試的視覺感知閾值附近，即同一被試者面對同樣的視覺刺激，有可能看得見，也有可能看不見。當(dāng)被試報告看到時，則可認(rèn)為意識參與其中。團(tuán)隊還進(jìn)行了一系列設(shè)計，分離出和視覺意識相關(guān)的神經(jīng)活動。“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被試報告‘看見了’的時候，腦內(nèi)部分區(qū)域的活動信號明顯增強。”張鳴沙說。
結(jié)合眼動追蹤技術(shù)及人類立體定向腦電圖技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，意識體驗產(chǎn)生期間，丘腦內(nèi)的高級核團(tuán)早于大腦皮層中部分區(qū)域如前額葉開始活躍，其活躍強度也高于前額葉。盡管只有毫秒差別，但該研究仍然精準(zhǔn)捕捉到信號先到丘腦中央核團(tuán)再流向前額葉的過程。具體來說，丘腦板內(nèi)核和內(nèi)側(cè)核比腹側(cè)核團(tuán)發(fā)揮著更重要的作用。此外，外側(cè)前額葉與板內(nèi)核和內(nèi)側(cè)核之間的相互作用在意識體驗中起關(guān)鍵作用，這種相互作用起源于板內(nèi)核和內(nèi)側(cè)核。
此前一般認(rèn)為，丘腦的主要作用是傳遞信息，但該研究證明，丘腦部分核團(tuán)其實扮演了“門控”的角色，在意識體驗產(chǎn)生期間調(diào)節(jié)前額葉活動。
張鳴沙表示，研究為進(jìn)一步認(rèn)識意識體驗產(chǎn)生時腦區(qū)間信號通路如何建立、大腦如何進(jìn)行信息加工和處理提供了新的洞見。“意識體驗不單是在大腦皮層完成，實際上，相關(guān)腦區(qū)形成了大尺度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來支撐意識體驗的產(chǎn)生。”張鳴沙表示，研究可為臨床上意識障礙病人殘存意識的精準(zhǔn)監(jiān)測和相關(guān)干預(yù)治療提供幫助，還能為類腦AI的研發(fā)提供新的思路。
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