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大脑认识之谜:了解认识的来源有助于脑损伤修
时间: 2019-08-07 09:15 浏览量:

    进一步了解认识的起源和运作办法不仅有助于找到医治大脑损害和惊骇症的新办法,也有助于更深入地了解咱们自己。
 20世纪90年代,神经科学家Melvyn Goodale开端研讨一种叫做视觉办法失认症(visual form agnosia)的疾病。罹患这种疾病的人不能有认识地分辩眼前物体的形状或方向,可是他们的行为又 表现得像他们能看见这些物体相同。“假如你在他们面前拿起一支铅笔,问他们铅笔是水平的仍是垂直的,他们是答复不出来的,”加拿大韦仕敦大学大脑与精力研讨所开创主任Goodale说,“但奇 怪的是,他们能够伸手去抓住铅笔,并且手的方向完全正确。”   Goodale开端的研讨方向是大脑怎么处理视觉相关信息,为此他对有认识和无认识视觉体系进行了查询记载,跟着时刻的推移,他的研讨引起了哲学家的注意,他们把他拉入了关于认识问题的探 讨中——当科学遇到哲学,二者都已为之改动。   依托新式脑活动检测技能,科学家得以进一步完善他们的认识理论——认识是什么、认识是怎么构成的、有认识和无认识的边界在哪里。跟着对认识的了解逐步深入,一些研讨人员开端考虑怎么 对认识进行操纵以医治大脑损害、惊骇症和心思精力疾病,如创伤后应激障碍(PTSD)和精力分裂症。   但即使研讨不断推进,科学和哲学思想不断融合,最基本的问题却仍然没有答案。“咱们关于认识是怎么发生的这一问题仍一筹莫展。”英国苏塞克斯大学萨克勒认识科学中心副主任、认知和计 算神经科学家Anil Seth说。   无反响等于无认识?   认识通常被描绘为大脑的片面体会。哲学科学家、巴黎索邦大学在读博士Matthias Michel说,最根底的机器人能够无认识地检测色彩、温度或声响等条件,但认识则会描绘与这些感知相关的定 性感觉,并包含考虑、沟通、联想等深层进程。   Michel标明,其实科学家们在十九世纪下半叶就现已开发出了和现在相似的认识研讨办法。但认识研讨在二十世纪却始终不见起色,因为心思学家并不认可内省法,而仍将注意力集中在可查询的 外化行为和引起这些行为的刺激上。即使到了二十世纪七八十年代,认知科学现已建立,认识仍是一个颇具争议的论题,科学家们公开质疑它是否是一个站得住脚的科学研讨范畴。诺贝尔奖取得者、 分子生物学家 Francis Crick 在其职业生涯早期曾想过要以认识为研讨方向,但最终仍是挑选了实实在在的DNA。   尽管如此,杰出的科学家们(包含Crick)终究仍是决定着手处理认识的问题,由此带来了二十世纪九十年代的思想改变,当然这也得益于功用性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)等大脑扫描技能的日益普及。自那时起,科学家们终于开端探究与有认识的信息处理相关的大脑机制。   随之而来的是一系列重大的科研打破,其间包含一名23岁女性的案例:她在2005年7月的一场事故中遭受严重的大脑损害,整个人处于无反响状况,或者叫做清醒无认识状况。她能够睁开眼睛, 具有睡觉-觉悟循环,但关于指令无反响,也没有任何自主运动的痕迹。事故发生五个月后她仍然处于这样的状况。当时在英国剑桥大学,现如今在韦仕敦大学作业的神经科学家Adrian Owen和他的同 事们开展了一项前所未有的研讨,他们向患者发出一系列口头指令,在此进程中一起运用fMRI对该患者的大脑活动进行监测[1]。当团队要求该患者幻想打网球时,他们查询到她大脑中的辅佐运动区 (supplementary motor area)出现了活动。团队又让她幻想穿过自己家,成果患者大脑中三个与运动和记忆相关的脑区活动显着增加。健康志愿者接到相同的指示时,其大脑中也会有相似表现。 部分患者看起来对外界刺激无反响,可是其大脑活动与健康个别的相似。   Seth说,部分昏倒的人或许存在认识这一发现关于神经科学而言具有革新性含义。这项研讨标明,一部分看似对医师、家人无反响的人其实能够了解言语,乃至或许能够进行沟通。   在Owen的研讨宣布后的数年里,很多脑损害患者研讨供给了更多支撑性依据——在多达10-20%的无反响患者中能够检测到认识存在的痕迹。2010年的一项研讨运用fMRI对来自比利时和英国的54名 大脑遭受严重损害的患者进行了监测。当这些患者被要求幻想打网球或在他们的房子或城市中行走时(与最初Owen的研讨办法相似),共有5名患者表现出大脑活动的痕迹[2]。这5人中有2人从未在传 统床边评价中表现出任何认识的痕迹。   科学家们也开端尝试不再给予口头指令而进行认识监测的办法。在2013年开端的一系列研讨中[3],米兰大学的神经科学家Marcello Massimini及其搭档运用经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)在大脑内制作“回声”并用脑电图进行记载。加州大学洛杉矶分校的神经科学家Martin Monti标明,这种办法就好比敲击大脑,原理跟敲墙估测墙的厚度是相同的。当一个人处于 全身麻醉或无梦睡觉状况时,制作出的“回声”会十分简略。可是假如是有认识的大脑,“回声”将会十分杂乱并会在大脑皮层(大脑外层)表面广泛传播。该研讨成果或有助于开发新的认识检测工 具,用于那些无法看到、听到或响应口头指令的人。   定位,定位,仍是定位   跟着认识检测技能的逐步老练,科研人员现已开端着手确定哪些大脑区域和神经回路关于认识的发生最为重要。可是在神经方面,关于认识的构成仍存在许多不合,特别是那些对认识发生最重要 的大脑进程和区域。   至少从十九世纪开端,科学家就现已知道大脑皮层对认识很重要。新的依据进一步强调了负责感官体会的后皮质“热区”。例如,在2017年的一项睡觉研讨中,研讨人员在夜间不断唤醒受试对 象,一起用脑电图对其进行监测[4]。大约30%的时分,从睡觉中被叫醒的受试方针陈述他们在醒来前没有特别的体会。研讨标明,睡觉期间没有认识体会的人在醒来前,其大脑的后皮质区域存在许多 低频活动。而那些陈述自己醒来前在做梦的受试方针,其后皮质区域低频活动显着减少,高频率活动显着增加。因而,研讨人员认为或许能够通过对后皮质进行监测,猜测受试方针在睡觉期间是否在 做梦——乃至能够猜测他们梦的具体内容,包含面容、言语和动作。   可是越来越多的依据标明,认识并不局限于大脑的某一个区域。感知内容或感知类型不同,涉及的细胞和通路也就不同。研讨神经信号的协同调集或有助于研讨人员找到可靠的认识特征。2019年 的一项研讨收集了159名受试方针的fMRI数据,研讨人员发现与处于最低认识状况和麻醉状况的人比较,健康个别的大脑中的神经信号协调办法愈加杂乱且不断变化[5]。   关于认识的起源还有许多未解之谜。关于怎么对研讨成果进行解读,科研人员总是各执己见。此外,衡量有认识和无认识始终是一个应战,这和判别大脑接遭到不同信息后发生了怎样的活动并非 同一个问题。尽管如此,对各种认识水平下的大脑功用的研讨至少供给了机械解剖以外的新角度。Seth标明,他期望认识范畴的研讨人员能够“更多地以二十一世纪的办法进行精力病学探究,从而根 据特定症状背面的机制拟定干涉战略”。   认识调节或为疾病医治供给新的或许   依据认识研讨的干涉战略研讨已在如火如荼地展开,大脑损害患者或将成为最早的受益者。例如,之前有研讨指出丘脑在认识构成中发挥了重要作用,因而Monti和他的搭档一直在尝试运用依据 超声的无创技能刺激大脑损害患者的丘脑区域。   他们的第一个试验方针是一名25岁男性,因事故昏倒了19天。医治3天后,该患者逐步康复了言语了解能力,能够对指令做出回应并用允许或摇头的办法答复是或否的问题。5天后,他现已能够下 床试着走路了。   这起病例报导于2016年,其间清晰提到该患者的康复或许是偶然——有一部分患者本身就会从昏倒中自行醒来[6]。但没有宣布的后续研讨却标明,超声医治手法或许真的有用。后来,Monti团队 以一名几年前发生事故的男性患者为医治方针,该患者因大脑损害长时刻处于最低极限认识状况,这种状况下的人表现出些许关于环境或本身有认识的痕迹。试验医治几天后,患者的妻子问他是否能认 出家庭照片中的人。他能够通过眼球运动做出清晰答复,向上看是认识,向下看是不认识。Monti记住他在医治后很快去探望了病人和他的妻子。“她看着我,乃至都没有打招呼。她说,‘我想要更 多’。”Monti说。那是自事故以来她第一次与丈夫沟通。 由机器学习算法构建的模仿视错觉。   Monti和他的搭档在其他几名长时刻昏倒的患者身上也发现了同样令人鼓舞的成果,但现在还不清楚作用能够持久,仍是患者会在几周后重新进入昏倒状况。团队的研讨仍在进行中,研讨人员期望 知道重复医治是否能使医治作用保持更长时刻。“我真的认为这有望成为一种能够协助患者康复的手法,”Monti说,“有人从前称它为‘速启大脑’。咱们并非真实含义上的速启大脑,但这个比喻 却是合理的。”   加州大学洛杉矶分校的神经科学家Hakwan Lau及其搭档标明,进一步研讨认识的发生将有助于找到更好的医治焦虑、惊骇症和创伤后应激障碍等疾病的手法。现在医治惊骇症的标准办法是露出疗 法,即让患者重复露出在他们最惧怕的事物面前。这种办法的体会十分不好,因而50%或以上的患者会挑选退出医治。   相反,Lau的团队正在尝试运用依据fMRI的技能对人们的无认识状况进行调节,当特定大脑区域被激活时,人们会取得必定奖励。在一项双盲试验中,研讨人员邀请了17名受试方针承受应战—— 他们能够进行任何精力活动或采纳任何精力战略,方针是让面前电脑屏幕上的点变大——点越大,研讨结束时他们得到的报酬就越多,应战不会对其所想的内容加以约束[7]。但受试方针不知道的 是,只要当他们大脑特定区域被激活时屏幕上的点才会变大,而依据之前的大样本研讨,这个特定区域只要在他们看到自己惧怕的动物的照片时才会被激活,比如蜘蛛或蛇。   跟着研讨的进行,受试方针能够越来越有针对性地激活特定区域,但他们并未认识到自己想到了那些自己惧怕的动物。试验结束后,受试方针再看到这些动物时掌心出汗显着减少——掌心出汗反 映了他们的严重程度;杏仁核激活水平也显着降低——杏仁核区域往往在面对要挟时被激活。这种办法好像在人们未认识到的时分改动了大脑的惊骇反响。   Lau和他的搭档现在正在测试运用这种办法来医治惊骇症,他们期望最终这项技能能够推广用于医治PTSD。但这种办法的局限性也相当显着。尽管惊骇相关的身体症状减少了,但人们对蜘蛛和蛇 的片面感觉却好像并没有遭到影响。“假如你问他们是否惧怕(这些动物),”Lau说,“他们的答复是惧怕。”   纽约大学的神经科学家Joseph LeDoux认为要处理惊骇,归根究底或许需要一起针对无认识和有认识两条通路,二者在大脑中以不同的办法发挥作用。他说无认识通路起源于杏仁核,可是这种对 于要挟的自然反响不应该被视为惊骇。而有认识的惊骇来自认知以及对情境的情感解说,因而发生的体会并非以杏仁核为中心。LeDoux说这种差异在盲视者身上最显着,他们无法有认识地感知视觉刺 激,但其行动却仿佛他们能看到一般。当出现要挟时,他们的杏仁核区域会被激活,一起出现相应的身体反响,但他们片面上并未感到惧怕。   LeDoux说,这种生理反响与片面感受的不匹配或许有助于了解现有的抗焦虑药物为何对部分患者无效。这些药物多依据动物试验开发而成,或许靶向杏仁核中的神经回路,影响个别的行为,比如 害怕程度——让他们更易于参与社交活动。可是这些药物并不必定会影响有认识的惊骇体会,这标明未来的抗焦虑医治或许需要别离处理无认识和有认识两个进程。“依据大脑的研讨办法将不同症状 看作不同神经通路的产品,咱们能够据此设计针对不同神经通路的医治办法,”他说,“调低音量不会改动歌曲——只是改动音量。”   精力疾病是认识研讨人员感兴趣的另一个范畴,Lau说,其理论根底是部分心思精力疾病,包含精力分裂症、强迫症和抑郁症等或许是由无认识层面的问题引起的,乃至或许是有认识和无认识两 条通路发生冲突引起的。认识和精力疾病之间的联系到现在为止只是是假定,但Seth一直在利用“错觉机器”探究错觉的神经根底;“错觉机器”是一个虚拟现实程序,通过机器学习模仿健康人脑的 视错觉体会。经过试验,Seth及其搭档现已证明这种视错觉体会与服用致幻药物后的体会附近,致幻药物越来越多地被用于研讨认识的神经根底。   假如研讨人员能够发现错觉发生的机制,那么他们就有或许对大脑相关区域进行调节,从而从根本上医治精力异常——而不是只是处理症状。另外这项研讨通过展示人的感知是多么简单被操控, 证明了所谓的现实感不过是咱们对世界体会的一个方面而已,Seth弥补道。   期待光明正大地走上科学红毯   每年,美国有成千上万的人在全身麻醉期间康复认识。他们不能动弹或说话,但或许会听到说话声响或设备噪音,也能感遭到痛苦。这种阅历或许具有创伤性,因而相关医师必须承当相应的道德 和法律责任。部分科学家正致力于推广相关指南,指导与无反响患者进行沟通,并设法寻觅此类患者出现不适的痕迹。此外,他们也呼吁增强专业培训和拟定法律条款以应对这样一种或许性:新的意 识检测办法或将改动医疗操作中“知情同意”的界说。   研讨人员也开端重视与社会公众的沟通,解说认识科学能够和不能够实现什么。Michel说,认识研讨中出现了很多没有实证数据支撑的结论。其间特别杰出的一个被称为“整合信息理论”,虽然 Michel和认识研讨范畴内的其他专家都公开否定了这一理论的合理性,但相关研讨仍取得了很多的私人赞助和媒体重视。在2018年一项针对249名研讨人员的非正式查询中,Michel和他的搭档发现, 大约22%的“非专家”(即没有宣布过认识相关论文,也未参与过重要的认识相关会议的人)相信整合信息理论[8]。Michel推测“大师效应”(Guru Effect)或许是罪魁祸首,即 “非专家认为业内 权威所做的杂乱模糊的结论比那些较为简略的理论更有或许是真的。“在某种含义上,理论的杂乱性被用来代表理论为真的或许性,”Michel说,“他们并非真的了解某个理论,而是认为假如自己真 的了解了,或许就会把它当作正确的认识理论。”   为了稳固认识科学的正当性并鼓舞科研人员及公众承受循证认识理论,Michel和来自其他多个学科的57名搭档,包含Seth、Lau、Goodale和LeDoux,对上述非正式查询做了进一步的随访,并于 2019年宣布论文对认识研讨范畴的现状进行了概述。他们的发现喜忧参半[9]。美国国家心思健康研讨所现在没有承认认识研讨的战略含义,他们写道。该范畴发明的就业机会显着落后于其他新兴学 科,如神经经济学和社会神经科学。关于认识科学研讨的公共赞助相对匮乏,这一点在美国尤为显着。但认识科学的某些方面已招引了越来越多的重视。自本世纪00年代中期以来 ,美国国立卫生研 究院已为多项相关研讨供给了资金支撑,研讨内容包含有认识与昏倒状况之间、清醒与睡觉状况之间的神经学差异等。这些研讨或能够为咱们翻开一个窗口来了解认识的神经特征。Goodale标明部分 干流私人慈悲基金会和慈悲安排也在为认识范畴内的重要研讨课题供给协助,他本人就从一个相似的安排——加拿大高级研讨所取得过研讨赞助。   跟着研讨资金和研讨发现的不断积累,认识相关内容越来越多地出现在科研人员的研讨计划中,即使现在尚不是核心内容,至少其存在是合理正当的。“认识科学正在逐步向神经科学、心思学、 医学等标准化老练范畴挨近,”Seth说,“学科研讨正在逐步规范化,这是让人欢喜的一件事。”