意识存于大脑何处？

本文来自微信公众号：神经现实 （ID：neureality），作者：Joseph Krisher，译者：Leo，校对：阿歪，编辑：山鸡、光影，原文标题：《大脑需要怎样的神经网络结构来安放意识？》，头图来自：unsplash

科学界可能距离理解意识停留在脑内何处更近一步。一项新的研究表明了特定神经连接在定位意识位置的重要性。

这项发表在《大脑皮层》（Cerebral Cortex）上的研究，由东京大学广域系统科学系的北園淳（Jun Kitazono）主导，他是这篇文章的通讯作者和项目研究员。

论文题目：

Bidirectionally connected cores in a mouse connectome: towards extracting the brain subnetworks essential for consciousness

DOI：

https://doi.org/10.1093/cercor/bhac143

“意识存在大脑何处，一直是科学界最重要的问题之一。”副教授大泉匡史（Masafumi Oizumi）说。他是这项研究的通讯作者之一，也是这个实验室的主管人。

“尽管我们还没得到一个决定性的答案，但在寻找提供意识体验的基础机制，或者说意识的神经联接这个课题上，累积了许多实证性的证据。”

通过这个研究，整个团队在定位脑内能够充分支持意识体验的最小次级网络上迈进了一步。

为了确定意识在大脑的哪片区域，研究者们找到了一个在大脑神经网络中一个表示意识的特殊标记：双向通路。当我们看到某些东西或者体验某种感觉的时候，我们的大脑接受了信息。

这种就叫做前馈信号（feed-forward signal），但是仅仅接受前馈信号是不足以满足意识的出现。我们的大脑还需要将信息发回去，也就是所谓的反馈（feedback）。当然，并不是大脑的每一部分都既能接受前馈，又能将反馈信息发送回去。

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研究者们假定这种双向连接是负责意识的大脑部分的重要标记。

“仅仅前馈加工是不足以让主体有意识地感受到刺激的；反而，反馈也是必要的，这表明了意识需要双向加工。”

“反馈部分不仅在清醒状态下意识的具体内容缺失时消失；而且在无意识状态下也会消失，也就是意识体验基本缺失的情况，例如全身麻醉、睡眠以及植物人状态。”北園说。

他还解释道，无论你看的是人、猴子、老鼠、小鸟还是苍蝇，这个加工过程的双向性仍然是至关重要的。

研究者们利用小鼠的连接组（connectome）和计算技术验证了他们的想法。连接组是展示脑内连接的详细地图。

首先，他们研发了一个高效的算法来找出那些脑内有着强双向连接的部分，也就是复合体（complexes）。接着，他们将算法应用到小鼠的连接组上。

“我们发现，挑选出来的双向性最强的复合体并非平均地分布在所有的主要脑区，而是集中在皮质和丘脑区域。”北園说，“另一方面，其他主要脑区中的区域双向性较低。特别是小脑中的区域，它们有着低得多的双向性。”

研究者们提出，能够支撑起意识的大脑网络区域应当是双向性连接的，因为对于意识体验来说，前馈和反馈处理都是必要的。举个例子，前人对视知觉的研究表明，仅仅只有前馈加工时，有意识的知觉并不会出现；而当前馈加工和反馈加工一起出现的时候，才能引起有意识的知觉。—北園淳

这些发现与科学家们长期认为的意识在大脑中所在的位置相符合。位于大脑表面的大脑皮层包含感觉区、运动区以及联合区，这些区域被认为是意识体验必要的脑区。而位于大脑内部中间的丘脑，也被认为与意识相关联，特别是丘脑与皮质区域之间的交互，称为丘脑-皮质回路，被认为对意识十分重要。这些实验的结果支持了这样的一种观点，即大脑网络的双向性是识别意识位置的关键。

研究者们强调，他们仍在努力寻找意识所在的位置。

“这项研究集中在‘静态’的神经元或者脑区间的解剖连接。然而意识是‘动态’的，它存在神经活动，是无时无刻不在变化的。”匡史说道。“尽管解剖学上的连接能够告诉我们神经活动如何传播以及脑区间是如何交互，但我们还需要直接地研究神经活动的动态变化，来确定在任意给定的时刻下意识的位置。”

而下一步，他们的团队正在分析不同种类的神经记录下，基于活动的脑内网络。

“我们实验室的最终目标是找到大脑与意识之间的数学关系。”匡史说。“在这个新的研究中，我们尝试将大脑的网络的性质与意识存在的位置联系起来。我们将更进一步地探索意识与大脑之间的关系，这是我们的最终目标。”

摘要

小鼠脑内连接组的双向连接核：揭示了对于意识来说必要的脑内次级网络

意识在大脑中的位置仍是未解之谜。研究者们提出大脑网络内部能够支撑起意识的区域应当是双向性连接的，因为对于意识体验来说，前馈和反馈加工都是必要的。因此，判断哪些次级网络是双向连接的以及评估这些连接的强度，很有可能可以帮助我们识别那些对于意识必要的区域。

在这个研究中，我们提供了一个将网络按照层级分解成有多种不同双向连接强度的核心，从而表达出复合脑内神经网络的结构。我们将这种方法应用到整个小鼠脑内的连接组研究中。我们发现有着强烈双向连接的核心组成了那些被认为意识出现所必要的区域（例如，同形皮层区，丘脑区和屏状体），而且不包含那些被认为与意识出现无关的区域（例如，小脑）。

相对的，当我们将其他忽视双向性的简略的研究手段应用到这些区域时，无法在核心群和意识之间找到这样的联系。这些结果表明，我们的方法为双向性大脑神经结构和意识之间的关系的研究提供了一个新的切入点。

原文：

https://neurosciencenews.com/consciousness-brain-mapping-21146/

本文来自微信公众号：神经现实 （ID：neureality），作者：Joseph Krisher，译者：Leo