大脑如何将各种视觉体验信号转化为意识？

　　几十年来，科学家们一直关注大脑如何以分层方式处理信息，不同的大脑区域专门负责不同的任务。

　　

几十年来，科学家们一直关注大脑如何以分层方式处理信息，不同的大脑区域专门负责不同的任务。然而，这些区域如何沟通和整合信息以形成一个连贯的整体仍然是一个谜。

现在，加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员通过观察人类大脑中神经元在阅读时是如何同步的，让我们离解决这个问题更近了一步。研究结果发表在《Nature Human Behavior 》杂志上，也是加州大学圣地亚哥分校医学院博士候选人Jacob Garrett的论文基础。研究资深作者，加州大学圣地亚哥分校医学院神经科学和放射学教授Eric Halgren博士说：“大脑活动如何与意识的主观体验相关联，是现代神经科学中尚未解决的基本问题之一。如果你想一下当你阅读文本时发生了什么，大脑中的某些东西必须将这一系列行转换成一个单词，然后将其与一个想法或一个物体联系起来。我们的研究结果支持了这一理论，即这是由大脑的许多不同区域同步激活完成的。”

这种不同大脑区域的同步，被称为“共涟漪”，被认为是将不同的信息片段结合在一起形成一个连贯整体的必要条件。在啮齿类动物中，海马体(大脑中编码记忆的部分)已经观察到共涟漪效应。在人类中，Halgren和他的同事们之前观察到，共同涟漪也发生在整个大脑皮层。

为了在机制层面上研究共涟漪，医学博士Ilya Verzhbinsky说。加州大学圣地亚哥分校医学院医学家培训计划的候选人，在Halgren的实验室完成了他的研究，他领导了一项发表在《PNAS》上的研究，该研究观察了波纹期间不同皮质区域的单个神经元放电的情况。目前的研究以更广泛的视角来看待这一现象，探究大脑皮层中数十亿的神经元是如何协调这种放电来处理信息的。

“大脑皮层中有160亿个神经元——是地球上人口数量的两倍，”Halgren说。“就像一个大合唱需要组织起来作为一个整体一样，我们的大脑神经元需要协调才能产生一个单一的想法或行动。共同涟漪就像神经元在音调和节奏上唱歌，使我们能够整合信息并理解世界。除非它们是共同波纹，否则这些神经元实际上对另一个神经元没有影响，但是一旦波纹出现，皮层中大约三分之二的神经元对就会同步。我们对这种效果的强大感到惊讶。”

由于非侵入性脑扫描的限制，在人类中很难观察到皮层的共波纹。为了解决这个问题，研究人员使用了一种称为颅内脑电图(EEG)扫描的方法，该方法从头骨内部测量大脑的电活动。研究小组研究了13名耐药癫痫患者，他们已经接受了脑电图监测，作为他们治疗的一部分。这提供了一个比使用非侵入性方法的典型脑部扫描更深入地研究大脑活动的机会。

研究人员向参与者展示了一系列点缀着随机辅音串或无意义字体的动物名字，然后要求他们按下一个按钮，指出他们看到的动物名字。研究人员在这些测试中观察到认知的三个阶段:在皮层视觉区域的初始分层阶段，参与者可以在没有意识理解的情况下看到单词;在第二阶段，这些信息被“播撒”到与更复杂的认知功能相关的其他皮层区域;最后一个阶段，同样是共同的涟漪，在这个阶段，大脑皮层的信息被整合成有意识的知识和行为反应——按下按钮。

研究人员发现，在整个锻炼过程中，参与这些认知阶段的大脑不同部分之间发生了共同涟漪，但当参与者阅读真实单词时，涟漪更强烈。

该研究的发现对神经和精神疾病的治疗具有潜在的长期影响，如精神分裂症，其特征是这些信息整合过程的中断。

“如果我们能更好地理解典型的、健康的人的思维是如何整合的，那么就更容易找到重新整合这些疾病患者的思维的方法，”Halgren补充说。

更广泛地说，这项研究的发现对我们理解大脑功能和人类经历之间的联系具有重要意义。

“这是人类存在的一个基本问题，触及了精神和大脑关系的核心，”Halgren说。“通过了解大脑神经元如何协同工作，我们可以对意识本身的本质有新的认识。”