意识在大脑中什么位置?新发现有助于确定其位置

最近的一项研究发现，大脑网络核心具有很强的双向连接。

科学可能越来越接近于找出意识在大脑中的位置。新的研究证明了某些类型的神经连接在识别意识方面的重要性。

东京大学研究员Jun Kitazono进行了这项研究，并发表在《大脑皮层》杂志上。

“意识所在的位置一直是科学领域最大的问题之一，”研究人员Masafumi Oizumi说。“虽然我们还没有得出一个结论性的答案，但在寻找足以满足意识体验的最小机制或意识的神经关联的过程中，已经积累了许多经验证据。”

有人认为，支持意识脑区的脑网络部分应该是双向连接的，因为前馈和反馈过程对意识体验都是必要的。例如，先前对视觉知觉的研究表明，当只有前馈处理时，意识知觉不会产生，而当有反馈和前馈处理时，意识知觉就会产生。图片来源:©2022 Jun Kitazono

通过这项研究，研究人员向发现大脑中支持意识体验的最低限度足够的子网络迈出了一步。

研究人员在大脑神经网络中寻找意识的一个特殊标志，即双向通路，以确定意识存在于大脑的哪个部分。当我们看到或经历某事时，我们的大脑会处理信息。这被称为前馈信号，然而接收这样的信号对意识来说是不够的。我们的大脑也必须把信息反馈给我们，这就是所谓的反馈。并不是大脑的每个区域都能接收和回应前馈信息。研究人员假设，这些双向连接是大脑中负责意识的部分的重要标志。

该算法可以对整个网络进行分层分解，分为双向连接最强的网络部分、第二强的网络部分，以此类推。图片来源:©2022 Jun Kitazono

“仅仅前馈处理不足以让受试者有意识地感知刺激;相反，反馈也是必要的，这表明需要双向处理。反馈成分不仅在清醒状态下失去特定的意识内容时消失，而且在无意识状态下，意识体验通常会丢失，比如全身麻醉、睡眠和植物人状态，”Kitazono表示。他还解释说，不管你看到的是人、猴子、老鼠、鸟还是苍蝇;处理的双向性仍然必不可少。

研究人员使用小鼠连接体和计算技术来验证他们的想法。连接组是大脑中连接的详细地图。首先，他们开发了一种有效的算法来提取大脑中具有强双向连接的部分，称为复合物。然后，他们将该算法应用于小鼠连接体。

传统的神经科学研究了在外部刺激(例如，一个苹果的图像)下发生的大脑活动之间的关系。如果我们用函数f来表示这种关系(r=f(s))，我们可以说，阐明函数f是传统神经科学一直在做的主要研究。这些研究揭示了信息处理的机制，即大脑如何处理来自外部刺激的信息。另一方面，我们的大脑不仅处理来自外部世界的信息，而且还产生“看到苹果”的主观体验。Oizumi Lab的最终目标是从理论上理解大脑产生的主观经验和意识:即阐明连接大脑活动r和意识C的函数g，其中C为大脑活动r产生的意识(C=g(r))。图片来源:©2022 Masafumi Oizumi

Kitazono表示:“我们发现，提取的最双向的复合物并不是均匀分布在所有主要区域，而是集中在皮质区域和丘脑区域。”“另一方面，其他主要区域的双向性较低。特别是小脑区域的双向性要低很多。”

这些发现与科学家长期以来所认为的意识存在于大脑中的位置保持一致。位于大脑表面的大脑皮层包含感觉区、运动区和关联区，这些区域被认为对意识体验至关重要。位于大脑中部的丘脑同样被认为与意识有关，特别是丘脑和皮层区域之间的相互作用(称为丘脑皮质环)被认为对意识很重要。这些结果支持了这样一种观点，即大脑网络中的双向性是识别意识位置的关键。

研究人员强调，他们仍在努力确定意识的位置。

“这项研究只关注神经元或大脑区域之间的‘静态’解剖连接。然而，意识是‘动态的’，每时每刻都在变化，这取决于神经活动，尽管解剖学联系告诉我们神经活动是如何传播的，大脑区域是如何相互作用的，但我们需要直接研究神经活动的动态，以确定在任何给定时刻意识的位置。”

关于下一步，研究人员表示，该团队目前正在分析各种类型的神经记录中基于活动的大脑网络。

“我们实验室的最终目标是找到意识和大脑之间的数学关系，在这项研究中，我们试图将大脑的网络属性与意识的位置联系起来。我们将进一步研究意识和大脑之间的关系，这是我们的最终目标。”

参考链接：

“Bidirectionally connected cores in a mouse connectome: towards extracting the brain subnetworks essential for consciousness” by Jun Kitazono, Yuma Aoki and Masafumi Oizumi, 21 July 2022, Cerebral Cortex. DOI: 10.1093/cercor/bhac143

https://scitechdaily.com/where-does-consciousness-reside-in-the-brain-new-discovery-helps-pinpoint-its-location/

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