意识如何产生 大脑如何控制它

新浪
2019-01-11

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新浪2019-01-11

国外有学者做了一个死亡后意识暂存的实验,考察心脏骤停的人当时是否有意识,发现不少人能够准确描述死亡时周围发生的事情。学者由此认为,死亡后意识暂存。虽然这一研究还存在死亡界定是否科学、意识判断是否合理等诸多问题,但却让人们重新审视意识的有无。

意识如果是死不带去的,那么它生而带来吗?

此前有学者进行的研究表明,婴儿的意识也不是生来就有的,当婴儿出生5个月后,才逐步增强对视觉反应的速度。在更早期例如2个月之前并没有对外界的意识。

“意识问题是一个很大的难题,目前可以说几乎没有研究进展。”复旦大学医学神经生物学国家重点实验室研究员黄志力表示,目前的假说多基于推断,并没有标准化的评价指标和实验方法。

除了人为什么会有意识至今是个谜外,意识是什么,它如何产生,有没有物质基础,是可控还是不可控的?大脑又如何控制它呢?这些问题都有待我们继续研究。

有无意识难判定我们至今还纠缠在概念界定里

研究意识为什么这么难?先要回答什么样的情况是有意识的。也就是说,有无意识的“边界”标记迄今还没有。

“没有明确的标记,就不能在动物模型上进行实验研究。无法确定实验动物获得意识的边界,更不能知道它们在想什么。”黄志力说,动物实验无法进行,就无法从组织、细胞、分子的层面寻找到意识出现的前后,哪些物质层面的内容起了作用,因此目前的一些结论只能认为是预测、假说。

更复杂的是,有科学家发现了“盲视”现象,表明无意识的大脑处理过程很可能被当作是有意识的行为:一个发生了视觉皮层损伤的人,虽然不能有意识地看见,但仍能够“猜”到视觉刺激的位置,甚至捕捉到向他们扔来的东西。

这个现象使得有无意识在直观判断上,即便是基于人体自身的实验,也难以有说服力,因为无法判断意识的产生、工作与否,这个环节上的不确定性使得无法将实验现象与意识关联起来,基于人的有无意识的判断也就难以准确推论。

仍旧是那个老问题。“生物学方面,他们可能都还在意识概念的界定里纠缠。”海南大学信息科学技术学院教授段玉聪说。

“目前发现的脑电波、细胞或者组织,只能说与意识密切关联,但具体的关系并不清楚,唯一性、决定性,就更谈不上了。”黄志力说。

γ波或为意识活动标志但两者之间的关系仍然没有定论

黄志力说,随着脑电波的发现,脑电波监测广泛运用于临床实践应用中,相关的脑科学研究才得以逐步推进。目前的脑电波检测装置具有较高的时间精度,可以检测毫秒级的电位变化,但空间精度则相对较差。借助脑电图及事件相关电位,已发现了多种同人脑认知功能相关联的成分。也就是说,人们已经在大量的脑电信号中找到容易检测、变化明显的信号,用于匹配相关的记忆或认知等活动。借助脑电波,意识研究也进行了探索。

脑电波大致分为α波、β波、γ波、δ波和θ波,不同的电波对应不同的大脑状态。脑电波的细分和精度的大大提高,使得人们在所有脑电波种类中,得以找到哪个与意识关系更加密切。

“脑电波一直存在,但是不同的状态下不同的波将成为主体,例如打瞌睡的时候,α波会马上活跃起来。”黄志力说。而当大脑充满α波时,人的意识活动明显受到抑制,无法进行逻辑思维和推理活动。此时,大脑凭直觉、灵感、想象等接收和传递信息。

科学家还发现,人们在觉醒并专注于某一事时,常可见一种频率较β波更高的γ波,其频率为30Hz—80Hz,波幅范围不定。

有假说认为,γ波也许与建立统一的清晰认知有关——源自丘脑、大脑的神经元电路,每秒40次扫描(40Hz,γ波特征)吸引不同的神经元电路的同步,进而增强意识、产生注意力。这一假说受丘脑受损的现象支持——丘脑受损后,40Hz脑电波难以形成,意识则无法唤醒,病人也陷入深度的昏迷。因此γ波被视为人脑意识活动的标志,但两者之间的关系仍没有定论。

屏状体能否担当“指挥”意识的物质基础尚待进一步研究

多巴胺这种脑内分泌物参与神经传导,传递兴奋及开心的信息。因此,它被认为是兴奋的物质基础。那么,有没有可能找到哪种物质或特定区域的细胞与意识的产生相关,或者由于它的产生而产生意识呢?

据记载,这个科学命题还引发了一个世纪赌局——

1998年,两位年轻人坐在德国不来梅的酒吧里聊天,他们是美国神经学家克里斯多夫·科赫和澳大利亚哲学家大卫·查默斯,科赫认为未来的25年里,有人将在大脑中找到一小批神经细胞,其内在的属性能与某个特定的意识活动联系起来。查默斯则认为这不可能发生。他们以一箱上等葡萄酒作为赌注。

在人类为意识寻找一个物质源泉的努力中,“椎体细胞”“屏状体”等相继登场,但却并没有确凿的证据。例如2014年有报道表明,研究人员首次通过高频电脉冲刺激大脑屏状体区域关闭人的意识,发现暗示屏状体可能是将不同的大脑活动汇集成思维、感觉和情绪的单一组织。但其他科学家对此谨慎地指出,目前只在一个人身上测试了意识关闭,而且实验对象是一名癫痫症患者,海马区受损,她不是一名普通人。

这个研究随着影像科学的发展似乎有所转机,2017年3月,《自然》杂志报导了一项新的数字重建技术和使用该技术带来的新发现——在小鼠脑内发现了3个伸展至全脑的巨大神经元。它之所以引起轰动,是因为人类从未见过在脑内伸展范围如此之广的神经元;这些神经元来自屏状核——此前就被认为与人类意识高度相关的大脑核团;它连接广泛,似乎连接了大多数乃至全部与感觉输入和行为驱动相关的脑区。

这一发现巧合地满足了意识控制的两个关键,核心深入大脑且连接广泛。这也一定程度上证明了当年DNA发现者之一的弗朗西斯·克里克的假说:意识需要一个类似乐队指挥的角色,将所有的内外感知统一起来,隐藏在大脑深处的屏状体非常适合担任这项工作。

“屏状体基于影像学的观测,仍有待于进一步的验证。”黄志力说,目前的发现也并不能证明这是意识出现的唯一路径,很可能是多系统的共同作用。

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