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大脑如何运行太复杂!真实思维方式可能需要重新定义

2021-10-12 19:20| 发布者: hujian| 查看: 7| 评论: 0

摘要:   北京时间10月12日消息,据国外媒体报道,人们熟悉的心理功能类别,例如:感知、记忆和注意力,都反映了我们的日常生活体验,但它们却对大脑工作方式会产生误导作用,神经科学家曾试图将不同类别的心理功能映射到 ...


  北京时间10月12日消息,据国外媒体报道,人们熟悉的心理功能类别,例如:感知、记忆和注意力,都反映了我们的日常生活体验,但它们却对大脑工作方式会产生误导作用,神经科学家曾试图将不同类别的心理功能映射到大脑特定区域,但近期研究工作表明,这些特定区域的定义和界限是非常复杂的,而且与人们的生活环境有关。

  神经科学家是大脑不同功能区域的“制图师”,能定义它们的特征及活动,连接大脑区域通道,并界定大脑不同功能区域的边界。大脑前部,就是前额后方,是前额皮质,被称为判断中枢区域。前额皮质后方是运动皮层,负责计划和协调运动,侧面是颞叶,它对记忆和情绪处理至关重要。在它们的上方是躯体感觉皮层,在它们后方是视觉皮层。

  研究人员不仅经常描绘大脑结构并分析不同大脑区域的功能,就像地图绘制图在大陆上描绘国界线一样,该工作方式就像“传统地图绘制者”。他们依据自己在心理层面、精神层面或者行为层面所感兴趣的事物,来分析洞察大脑的工作方式,之后他们将这些大脑功能分配给不同的神经元网络,就好像它们是乐高积木,并且它们之间有明确的界限。

  “那些认为存在某种强烈并行性的想法是错误的”

  但是一幅边界整齐的大脑地图不仅过于简化,而且还具有误导作用,100多年以来,科学家们一直在寻找大脑在思考、感觉、决定、记忆、移动和其他日常经历之间的界限,但并没有结果,近期一系列神经学研究进一步证实,这些心理分类对理解大脑结构或者工作方式是误导的。

  神经学家指出,对于大脑的物理组织是如何形成的,神经科学家们普遍持有一致意见——形成特定的区域、网络和细胞类型,但是当涉及到大脑可能正在执行的任务时,例如:感知、记忆、注意力、情感或者行动,事情就变得更加有问题了。

  没有人质疑视觉皮层会使人们产生视觉能力,听觉皮层会使人们产生听觉能力,或者海马体对记忆至关重要。对于这些区域的损伤会直接影响相关的能力,同时,研究人员已确定了这些大脑区域的潜在工作机制。但是,举例来讲,记忆也需要除海马体之外的大脑网络,而海马体被证实是越来越多清除记忆之外的认知过程的关键,有时一些区域工作机制重叠程度较大,以至于关键区域被人们忽视。

  神经科学家以某些强烈的并行性观点用于理解大脑神经系统对心理事件执行的心理类别差异,这样的观点是错误的。

  虽然人们对当前大脑区域框架产生了重要见解,但这让“我们陷入某些令人窒息的研究陷阱”,该结果也直接阻碍了神经和心理疾病治疗的发展。

  这就是为什么科学家都认为:为了让我们真正理解大脑是如何工作的,该领域的核心概念可能需要修改,也许是彻底进行修改。在努力应对这一挑战的同时,他们发现了新的方法可以构建关于大脑的问题,以及产生了新的答案:今年8月,研究人员提出了一种新方法,能揭示记忆形成和代谢调节之间的意外联系。

  然而,即使一个新的概念框架能成功地解释大脑运行,仍有一些研究人员持怀疑态度,即这种成功的代价是否会导致新的概念与人类体验不符。

  “比夏洛克·福尔摩斯的化名还多”

  当研究人员采用功能磁共振成像(fMRI)和其他先进技术以越来越复杂的方式检查人类活体大脑时,神经科学家开始更加热情地寻找人类心理能力的物理基础。他们在理解知觉、注意力、学习、记忆、决策、运动控制和其他经典精神活动类别的神经基础方面取得了巨大进展。

  但他们也发现了令人不安的证据,表明这些分类和支持它们的神经网络并没有像预期的那样发挥作用,这不仅仅是因为大脑的结构不尊重既定的心理类别之间的界限,正是因为存在如此多的重叠,一个大脑网络“拥有的名称比夏洛克·福尔摩斯的化名还多”。

  近期研究获得一些发现,例如:三分之二的大脑区域参与简单的眼球运动,接近50%的大脑组织在呼吸过程中被激活。2019年,几支科学家小组发现,神经皮层等“感知区域”的大多数神经活动编码的是动作信息,而不是感官输入信息。

  这种认同危机并不局限于感知或其他认知功能的神经中枢,小脑是所有脊椎动物大脑中的一个结构,被认为几乎完全负责运动控制,但科学家发现,小脑在注意力过程、情绪调节、语言处理和决策方面也有作用。基底神经节是大脑的另一个“古老部分”,通常与运动控制有关,它同样与几个高级认知过程有关。

  这些令人困惑的研究结果可能源自方法论上的问题,例如:为了发现人类大脑的不同功能,神经科学家通常将认知过程与功能性磁共振成像测量的大脑活动模式联系起来,但是相关研究表明,研究人员需要对与研究无关的肌肉抽搐和坐立不安的行为更加关注,因为这些行为可能影响测量读数。

  但他和其他科学家认为,最近的发现也突出了神经科学中一个更深层次的概念问题。依据我们的先入之见来划分大脑的区域,假设这些先入之见是错误的,此类观点是有界限的,那么同样的界限也将存在于最新认知的大脑功能中。

  2019年,斯坦福大学神经科学家拉塞尔·波特拉克和同事开始测试可识别的心智功能类型,他们收集了大量的行为数据,这些数据来自测试认知控制不同方面的实验,其中包括:工作记忆、反应抑制和学习,并通过机器学习分类仪器进行测试。由此产生的分类出乎意料,混合了传统大脑功能类型结果,并将该结果排序成新的分类组。关于最新的心智功能类型还没有标注说明,并且它们可能不直接关联我们的意识体验。

  波特拉克的同事进行的另一项研究发现,测量知觉或者记忆的任务“实际上并没有测量不同的概念”,从而表明这两个概念并不精确,并不是说“感知”或者“记忆”是一个无用的术语,但是如果我们想了解大脑的功能,可能需要更精确的方法来理解特定的功能。

  事实上,人们甚至不清楚如何区分感知测试和记忆测试,这表明一些分类概念可能实际上不是大脑组织的真实特征。

  一些科学家提出了反驳观点,他们表示,只要我们知道视觉皮层不仅仅与视觉相关,或者记忆网络的作用比它的名字所暗示的更大,我们就不一定需要重新考虑心智功能分类的概念,但有时过度宽泛、模糊地使用某个术语会对我们的实验类型和假设观点产生不利影响,这在情绪反应中显而易见。

  恐惧和困惑

  约瑟夫·勒杜是纽约大学一位神经科学家,他在大脑杏仁核领域的开创性研究小有名气,杏仁核通常被称为“大脑的恐惧中心”,但勒杜认为这种概念框架分类是错误,而且是非常有害的。他说:“多年以来,我对杏仁核的介绍是——我发现恐惧的感觉是如何从杏仁核中产生的,每当描述这样的杏仁核介绍,我总是感觉很牵强,最后我受够了,是时候应该让人们正确认识杏仁核的真实功能。”

  在过去的十年里,勒杜一直在强调,杏仁核与恐惧的产生完全无关。恐惧是一种对情境的认知解释,是一种与记忆和其他过程相联系的主观体验。一些人所经历的恐惧心理现象,可能与另一些人的体验是完全不同的,研究表明,恐惧感觉产生于前额叶皮层和相关的大脑区域。

  另一方面,杏仁核涉及对威胁的处理和反应——一种古老的、潜意识的行为和生理机制,勒杜说:“证据表明,并不总是恐惧导致了这种行为,将杏仁核称为‘大脑的恐惧中心’似乎是无害的,但杏仁核是所有关于恐惧的‘语义包袱’,这种错误可能会扭曲药物研发的努力,包括那些旨在减少焦虑的药物,当人们对压力下的动物进行治疗时,如果动物表现得不那么胆怯或者更少的生理兴奋,这通常被解释为焦虑或恐惧水平降低,但药物可以某人的行为或生理反应,这些反应是大脑杏仁核的信息输出,无法治愈人们的焦虑感觉。”

  由于定义概念的混乱,导致科研领域无法对大脑组织研究进行准确分析定义,类似的问题也出现在其他领域,例如:知觉研究,在知觉研究中,感官刺激的物理处理过程和意识体验往往被捆绑在一起,出现这种情况应该需要拆开分离。

  大脑功能的“前因后果”

  但是由于发现大脑神经系统的特殊功能并非完全参与或者完全不参与信息处理,因此科学家区分不同大脑区域的重要性变得更加复杂,有时它取决于被处理信息的细节。

  拿内侧颞叶的边缘皮层来说,它是大脑皮层中经典“记忆系统”的重要组成部分,美国国家心理健康研究所研究员伊丽莎白·默里等人做了实验,要求人类和猴子从两张不同程度变形的相似图像中选择自己想要的一张图像,伊丽莎白说:“我们必须首先研究大脑机制,以及这些组织为什么以及如何进化?”

  他们发现只有当特定数量的特征重叠出现时,鼻周皮层才会参与任务的执行,如果图像非常相似或者非常不相似,鼻周皮层与人类或者猴子的表现均无关。同样,传统上被赋予视觉知觉作用的颞下皮层,也在记忆任务中发挥着关键作用,但仅在特定环境中。

  这些发现意味着研究人员不应该重点关注特定视觉、听觉、体感或执行功能对皮层区域的分类,而是应该聚焦这些功能所代表信息的不同组合。一个大脑区域可能用于表示某些功能特征的简单组合,例如:表示橙色正方形的“橙色(orange)” and “正方形(square)”,其他大脑区域可能已经进化至代表更复杂视觉特征的组合,或者声音和数量信息的组合。

  这种大脑组织结构解释了为什么在传统心理活动地图中有如此多意想不到的功能重叠,当每个区域代表一种特定信息发生组合时,它对记忆、感知、注意力和行动的控制都是如此。

  这也是为什么伊丽莎白在实验中进行感知和记忆任务有时仅涉及到鼻周皮层:随着每个任务中的图像发生变化,区分它们的特征组合也发生了变化。

  大脑表征框架只是重新思考大脑细分部分的一种方式,虽然其他研究人员同意,指导大多数神经科学研究的部分清单存在问题,但对于如何解决它,人们几乎未达成共识。

  即使是那些支持对大脑组织进行更彻底反思的科学家,也很难对其进行概述,蒙特利尔大学神经科学家西塞克是开始从进化角度重建大脑概念类别的几位研究人员之一,在过去的5年时间里,他一直在努力研究脊椎动物的进化演变,研究它们行为系统的渐进式发展。

  西塞克说:“大脑组织中确实存在着功能细分,实际上大脑存在着一段进化历史,如果我们能够识别这段历史,就能帮助我们更好地识别这些大脑组织概念。”

  西塞克已经使用他对大脑活动的新见解来分析为什么基底神经节在一些决策任务中发挥着关键作用,而在其他任务中却没有。他说:“你会意识到无论是‘决策’还是‘注意力’,实际上都与大脑中某个部分没有关系,相反,大脑中有一些非常实用的回路,它们会做某些事情,例如:‘接近’或者‘避免’等决策行为。”

  这种方法已经产生一些有趣的发现,多年以来,科学家一直在研究“尖波涟漪(sharp wave-ripples)”,这是一种能存储和提取记忆的海马体大脑活动。然而,在《自然》杂志上发表一篇最新研究报告显示,通过实验揭晓大脑具有一种全新的功能——帮助身体调节血糖指数。

  这将两个完全不同的极端功能联系在一起,一个是基本的代谢过程,另一个是高级别的认知过程,科学家希望发现两者之间更深层次的联系,并深入洞察尖波涟漪是如何参与记忆形成的。

  “你可能会获得知识,但实际上你可能停止了解自己”

  科学家可能采用另一种方法来研究心理学范畴,例如:正在考虑同时进行全脑神经活动分析,诸如记忆、知觉和注意力等大脑功能类别可以被理解为“大脑状态的特征”。

  另一个需要考虑的重要问题是,一个新框架最终可能有多大的意义,你可能会获得知识,但实际上你可能停止了解自己。

  当我们想知道大脑是如何工作的时候,希望揭晓一些问题:当人们坠入爱河时,大脑会发生什么变化?或者当人们非常兴奋的时候?如果我们过于远离自己的主观经验和熟悉的认知概念,那么我们对大脑的认知了解可能会像《银河系漫游指南》中的“宇宙终极答案——42”,所获得的正确答案,并不是人类脑海中思考的问题答案。(叶倾城)



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