孙学军
德国科学家提出意识来自大脑混沌状态 精选
2016-1-28 18:20
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你看到的黄色和我看到黄色是不是一样?你感到的疼痛和我感到的是不是一样?这里有一些核心的重要哲学问题:人的意识是主观还是客观的?关于意识,区别意识和无意识的界限相对容易。利用麻醉药物影响大脑的结果,科学家提出意识是神经元之间联系平衡的结果,联系信号过多或过少都会无法产生意识。这虽然不能解释意识产生的原理,但是提出了产生意识的神经元联系条件,也是非常不错的理论进步。希望能沿着这个方向能获得更让人激动的研究成果,彻底走出人类不能理解意识来源这个宇宙中的终极秘密。

威斯康星大学神经科学家Melanie Boly说,这是一个非常棒的研究,结论也是合理的。

早期研究发现,人的意识的维持主要依赖于大脑“皮层整合”,这意味着大脑必须随时处理和整理各种输入信号。例如,我们对一个橙子的经验会包括色彩、气味、口感、触摸并结合过去对这种水果的认识。大脑将所有这些光线和味觉分子等信息与我们的主观经验进行融合,迅速形成对橙子的判断:熟不熟、甜不甜、干净不干净等。

德国医学心理学研究所物理学家Enzo Tagliazucchi说,这是大脑参与的创造过程。与摄像机简单记录图像完全不同,意识能保证大脑可从视网膜接受的光子信号中提取有意义的模式信息,如果大脑失去意识,即使来自视网膜的信号完全一样进入大脑,也无法组装成连贯的真实感。

异丙酚(丙泊酚,propofol),是一种快速强效的全身麻醉剂,临床特点是起效快,持续时间短,苏醒迅速而平稳,不良反应少,该药已广泛应用于临床各科麻醉及重症病人镇静。Tagliazucchi和同事为了寻找这种大脑意识的记录方法,在脑功能核磁共振fMRI监测条件下,使用异丙酚诱导受试者进入无意识状态。fMRI监测脑功能的基本原理是利用神经血流偶合现象,就是神经活动能促进局部血流供应增加,这会导致该区域氧合血红蛋白水平相对增加,引起微弱磁信号改变,这是一种间接监测大脑电活动功能,无创研究大脑功能的理想技术,最早建立于30年前。课题组共记录了12个受试者分别处于觉醒、正在进行镇静、无意识和复苏四种状态的大脑fMRI数据。研究结果发表在英国皇家学会杂志Journal of theRoyal Society Interface比较了受试者在无意识和有意识状态之间的大脑活动变化。Tagliazucchi说,不同意识状态的活动区别将给意识形成的大脑工作模式提供线索。受试者清醒状态生成一系列不断变化的活动,功能磁共振成像显示有大量重叠网络被激活,提示大脑处于对来自环境和内生信号不断进行综合的意识流动状态。异丙酚诱导无意识形成过程,大脑网络连接逐渐减少。大脑似乎出现反复运行同类路径,接近电脑软件运行的死循环状态。研究结果提示,大脑存在一种理想的神经元连接状态,这种状态能产生最大数量的可能通路。如果每个神经元都被想象为连接节点,意识可能产生于尽可能彻底探索网络的过程。或者说意识来自神经网络运行过程,只有存在足够多可能路径的状态才能形成意识。但神经网络连接最大可能性并不等于神经网络连接规模最大。

如果大脑内每个神经元都和其他神经元保持接通状态,大脑将同质化,这将无法形成变化,和一潭死水的无信号状态一样,这显然就是信息论的观点,全和无都属于最少信息状态。Tagliazucchi解释说,大脑神经元全部激活和全部静息等价,意识只能从部分激活和部分静息状态中产生,这能让大脑可以探索最大可能通路,从而形成意识。他称大脑的这种平衡状态为“关键点”。这好比是开汽车走在一个城市大街上,如果你开汽车总是按照同样的路线从从A点到B点,然后从B点返回到A点。在一天结束的时,你对这个城市不会真正了解。如果你开车进行最大可能的探索,就是尽可能走不同的路线,你会逐渐形成对这个城市情况的了解,相对比较接近真实情况。最理想的状态“关键点”,就是开车进行最理想的探索路线。

神经电活动没有任何主导性,那么是何种因素驱动大脑在意识和无意识状态的转换,或者进入或打破“关键点”状态,仍然不清楚。Boly说,大脑处于“关键点”状态是真正的混沌状态。远离“关键点”状态是太稳定和单调状态。

无意识状态属于稳定状态可以解释为什么昏迷患者不容易被唤醒。Tagliazucchi希望通过了解“关键点”找到唤醒昏迷患者的理想方法。

http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/13/114/20151027

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