孙学军
意识的神经振荡基础 精选
2019-10-3 15:55
阅读:2631

人类大脑中约有一千亿个神经元,个人任何一件看似简单的小事,背后都牵涉了数目极大的神经元参与其中,当然这些神经元活动高度有序,而让众多神经元能够协同活动的脑内局部场电位(Local Field Potential LFP)就像是指挥神经元干活的“号子”。伽马振荡是比较重要的脑内局部场电位类型,大概是25-70(平均40)赫兹的振荡。伽马振荡是1980年代法国马普脑研究所沃尔夫辛格(Wolf Singer)最早报道的现象。

克里克发现DNA结构后,把自己的方向转移到人类意识的神经生物学基础这个方向,这种伽马共振信号是克里克一直希望寻找的现象。他认为,意识就好像是神经元共振产生的音乐,是跨越不同脑区之间的不间断连接共振,但意识是音乐,时刻改变旋律。

神经元形成场电位,应该是大量神经元形成的共振,神经元兴奋具有特定频率,这是所有细胞电位的共同特征,因为兴奋细胞产生动作电位会导致细胞膜放电,放电结束后需要一个充电过程,这个充电过程被形象地称为不应期,就是在兴奋过后短时间内无论如何刺激都不会在兴奋,产生这些特征的基础是细胞膜上钠离子和钾离子通道为主的细胞电生理现象,其中钠钾ATP酶负责建立离子梯度,把细胞内钾离子升高,钠离子减少,这些形成细胞内外离子浓度梯度,这种梯度形成电池电压,钠离子通道的开发建立一定的静息电位,钾离子通道开放则类似电池放电,形成一过性的脉冲电流。这种电生理特征决定细胞膜的兴奋需要有一定间隔,整体表现为一定频率。

神经生物学将这种共同频率神经元之间的共振激活现象称为神经握手,大脑内虽然存在千亿个神经元,但任何两个神经元之间都能通过直接和间接通路发生联系,如果这些联系之间存在类似的频率,就产生了握手和共振的基础。频率接近的神经元能形成电同步现象,这和各种同频率共振的物理现象类似。伽马振荡实际上就是大脑内不同区神经细胞形成的同步共振现象。这种共振可能是大脑产生意识等高级功能的基础。

提示这种伽马振荡和高级神经功能密切关系的重要证据是老年性痴呆患者这种震荡信号丧失的程度和病情严重程度密切相关。一些科学家也对这一现象进行了干预,比较著名的是2016MIT蔡立慧研究团队,对学习记忆密切相关的脑区海马CA1区,通过光遗传技术兴奋齿状回中间神经元诱发出伽马振荡,发现诱发的伽马振荡能够减少老年性痴呆模型鼠脑内的产生,提高动物学习记忆能力,实现治疗动物老年性痴呆的目的。后来对这种刺激进一步简化,采用视网膜光闪烁信号刺激,也能诱导加强被弱化的伽马震荡信号。2019年再次用更间断的方式,使用类似频率的声音震荡刺激,也能产生同样的效果。

我个人设想,刺激大脑有两种非伤害刺激方式,一是经颅直流电刺激,另一个是经颅磁刺激,过去可能没有研究这种特定频率的效应,如果对这些刺激进行改进,也许可以变成比较好的激活伽马震荡的刺激工具。如果这样的刺激有治疗老年性痴呆的效果,那么可能为缓解当今医药领域对老年性痴呆无药可用的尴尬局面。经颅磁刺激是1990年代开始被使用,已经有商品化刺激头盔销售。加拿大劳伦森大学波辛格教授曾经利用这种方法刺激颞叶,引起受试者体验到幻视,感受到上帝或魔鬼出现,所以这种头盔甚至被称为上帝头盔。2003年,英国《地平线》纪录片曾经邀请道金斯(《自私的基因》作者)尝试这种头盔,但结果没有成功。

转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自孙学军科学网博客。

链接地址:http://wap.sciencenet.cn/blog-41174-1200484.html?mobile=1

收藏

分享到:

下一篇
当前推荐数:11
推荐到博客首页
网友评论2 条评论
确定删除指定的回复吗?
确定删除本博文吗?