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来自 医学科学 2020-03-17 06:49 的文章
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意识是如何在大脑中产生的?全脑动态互动非常复杂 - 大脑,意识 - IT之家

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北京时间3月20日消息,据国外媒体报道,人类已经学会了在太空中旅行,治疗各种疑难杂症,并且能在极其微小的尺度上认识基本粒子。然而,今天的我们仍然不知道意识是如何在大脑中产生的。

科学家开发测量意识新方法 本电磁脉冲能被用于可产生意识的诊断测量结果。图片来源:BSIP SA/ALAMY对于大多数人而言,意识和无意识状态很容易区分,但对一些脑损伤患者来说,两者之间就很难区分了。现在,神经学家设计出一种脑活动单一度量标准,将有助于区分不同的意识状态,并指导脑损伤患者的医学治疗。相关研究报告近日发表于《科学转化医学》期刊上。这是一个非常有意义的研究。美国哈佛大学医学院斯伯丁康复医院神经心理康复科主任Joseph Giacino说。意识是难以捉摸的,但人们知道它就是那个当自己进入深度睡眠时便会消失,而醒来时又会重新出现的东西。医生们常常会通过人们是否有能力对外部指令如睁开你的眼睛或捏我的手进行处理并作出回应,来决定一个人是否有意识。但这些方法都是肤浅的。过去10年中的研究已经证明,一个完全与外部环境隔绝联系的大脑仍然可以有某种程度的意识,这种情况也会发生在从昏迷中恢复但却无法移动或理解命令的脑部受伤的病人身上。一种理论认为,在有意识的大脑中,每个不同的神经元群都在起着其自身的特定的计算作用,但它们也仍然能够与其他神经元群进行沟通。换言之,它们会互动并计算。当大脑失去这种复杂性时,神经元或者会变得更为均一,或者它们的沟通能力受到损害。神经科学家一直在尝试研发根据这种大脑复杂性来检测意识的方法。意大利米兰大学神经生理学家Marcello Massimini及其同事发现,电磁刺激有意识的人类大脑,能激发一连串活动以及在大脑的不同区域生成独一无二的响应。但是,在无意识者中,这些活动既不能传播,而且不同脑区域的响应也没有变化。在最新的研究中,Massimini研究小组提出一种新方法来检测大脑复杂性,即有多少信息流动正在大脑中发生。该方法被称作扰动复杂性指数。在整个过程中,研究人员使用一个强力的磁刺激对整个大脑进行一次轻微的震动,并记录神经元的反应。2005年至2009年间,他们将该技术应用于来自意大利、比利时和美国的52位参与者身上。研究人员在脑损伤病人,用不同药物进行麻醉的参与者,清醒、深度睡眠或做梦的参与者,以及其他不同参与者中测试了这种技术。结果显示,健康的参与者在清醒时,度量值较高,但在麻醉诱导无意识状态和睡眠的某些阶段中,数值下降了一半。在那些临床诊断为植物人的参与者中,度量标准同样较低。在两位被诊断患有闭锁综合征的参与者中,他们完全清醒,但是仅能作出最低限度的应答,度量值也较高。而那些被诊断为中间意识状态的脑损伤参与者的测量结果落在两个极端之间。Massimini解释道,这些差别能够帮助内科医生判断何时进行不同的治疗,以及疗效如何。这个数字告诉你大脑如何活动。他说。另外,值得注意的是,该技术无需患者从事任何有关感觉、运动或认知的任务。加拿大西安大略大学神经学家Adrian Owen一直倡导使用功能性脑成像来诊断脑损伤患者的意识水平,但是他的技术需要使用核磁共振成像等。他表示,Massimini的方法更容易应用,并且不需要患者做任何事情。这看上去非常令人兴奋。 Owen说。更多阅读《科学转化医学》发表论文摘要

意识代表了我们体验和了解世界的能力。事实上,尽管科学家在许多世纪以来一直试图理解意识,但它仍然是现代神经科学中最重要的未解谜题之一。近日,在发表于《科学进展》期刊的一篇新论文中,研究人员揭示了当我们意识清醒时大脑中正在运作的神经网络。

意识不仅仅是一个哲学问题。无论是对医生还是家属,确定一个患者在遭受严重脑损伤后是否有“意识”都是一个巨大的挑战,他们需要做出如何护理的决定。现代脑成像技术正在消除这种不确定性,使我们对人类意识的了解达到了前所未有的程度。

举例来说,我们知道前额叶皮质或楔前叶等复杂的大脑区域负责一系列更高的认知功能,通常涉及有意识的思考。然而,大片的大脑区域可以同时完成许多事情。因此,我们想要了解在特定网络层面上,大脑中的意识是如何呈现的。

研究意识体验十分困难,因为这完全是在大脑内部进行,无法被他人触及。打个比方,我们可以让所有人同时在屏幕上看同一张照片,但却无法判断我看这张照片时的体验是否和你一样,除非你告诉我。

只有意识清醒的人才具有主观体验,因此,评估某人是否意识清醒的最直接方法,就是让他们说出关于自己的事情。但是,如果你失去说话能力会怎么样?在这种情况下,我们仍然可以提一些问题,而你或许能够做出回应,比如点头或摆手。

当然,通过这种方式获得的信息可能不会那么丰富,但仍然足以确定你确实具有意识体验。如果你无法做出任何回应,我们就没有办法判断你是否有意识,并且很可能假设你已经失去意识。

扫描神经网络

在有意识和无意识状态中,我们的大脑会随着时间推移有不同的自组织模式。当我们意识清醒时,大脑区域之间交流频密,既有积极也有消极的联系。图中显示了两种主要的大脑区域交流模式。

在一项国际合作的新研究中,来自7个国家的研究人员识别出了能够在不依赖自我报告,或者需要让患者参与特定任务的情况下表明意识的大脑特征,并且能够区分出大脑损伤之后有意识和无意识的患者。

当大脑受到严重损伤时,比如在严重的交通事故中,伤者可能会陷入昏迷状态。在这种状态下,你会失去醒来并感知周围环境的能力,需要机械装置来辅助呼吸。通常情况下,昏迷状态不会持续超过几天,在这之后,患者有时会醒来,但不会表现出对自己或周遭世界有任何意识,这就是所谓的“植物人状态”。

另一种可能情况是,患者表现出仅有极少意识的证据,这被称为“最低程度意识状态”(minimally conscious state,简称MCS)。对于大多数患者,这意味着他们的大脑仍会感知事物,但他们对此没有体验。

然而,这些患者中有一小部分确实是有意识的,只是无法做出任何行为性的反应。研究人员使用了一种名为功能性磁共振成像的技术,对大脑活动以及某些大脑区域和其他区域“交流”的方式进行测量。

具体而言,当某一大脑区域更活跃时,它会消耗更多氧气,而且需要更多的血液供应,以满足能量需求。即使参与者处于静止状态,研究人员也可以测量出这些变化,从而了解不同大脑区域间的差别,最终获得整个大脑的连接模式。

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