2022
11/02
相关创新主体

创新背景

大脑意识所在的位置一直是科学中最大的问题之一,虽然学界还没有明确得出一个决定性的答案,但在寻找足以产生意识体验的最小机制或意识的神经相关性的过程中,已经积累了许多经验证据。

 

创新过程

东京大学的研究人员为了确定意识所在的大脑区域,在大脑的神经网络中寻找了一个特定的意识标志:双向通路。

当人们看到某物或体验到一种感觉时,大脑会接收信息。这被称为前馈信号,但接收这种前馈信号不足以实现意识;大脑需要将信息发回,这就是所谓的反馈。但并非大脑的每个部分都可以接收前馈和返回反馈信息。

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。仅靠前馈处理不足以让受试者有意识地感知刺激;反馈是必要的,这表明意识产生需要双向处理。

反馈成分不仅在清醒状态下意识的特定内容丧失期间会消失,而且在失去意识体验的无意识状态(例如全身麻醉,睡眠和植物状态)下也会消失。无论看人、动物还是风景,处理的双向通路都是至关重要的。

研究人员使用全脑小鼠连接组和计算技术来测试预设,提出了一种将神经网络分层分解为具有不同双向连接强度的核心的方法,连接组是大脑中连接的详细图谱。

研究首先开发了一种有效的算法来提取大脑中具有强大双向连接的部分,称为复合体。然后将算法应用于全脑小鼠连接组,发现具有最多双向性的提取复合物并非在所有主要区域均匀分布,而是集中在皮质区域和丘脑区域。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得多。

新发现与科学家长期以来认为意识在大脑中的位置一致。大脑皮层位于大脑表面,包含感觉区域,运动区域和联想区域,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,特别是丘脑和皮质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。研究结果支持了这个观点,即大脑网络中的双向性是识别意识位置的关键。

这项研究发表在Cerebral Cortex上,使人们进一步理解意识在大脑中的位置,朝着确定大脑中支持意识体验的最低限度的子网迈出了一步。研究人员表示,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'解剖学连接,但意识是“动态的”,根据神经活动每时每刻都在变化。虽然解剖学连接展现出神经活动将如何传播以及大脑区域将如何相互作用,但直接研究神经活动的动力学才能真正确定在任何给定时刻的意识位置。

研究分析各种类型的神经记录中基于活动的大脑网络,试图将大脑的网络属性与意识的位置联系起来以找到意识和大脑之间的数学关系,进一步研究意识和大脑之间的关系。

传统的神经科学研究大脑活动响应外部刺激的机制。研究使用函数f作为r=f(s)来描述这种关系,可揭示很多关于信息处理的机制,即大脑如何处理来自外部刺激的信息。大脑不仅处理来自外部世界的信息,还会产生“看到苹果”的主观体验。研究的最终目标是从理论上理解大脑产生的主观经验和意识:即明确连接大脑活动r和意识C的功能g,其中C是大脑活动r(C=g(r))产生的意识。

 

创新关键点

创新提出一种将神经网络分层分解为具有不同双向连接强度的核心的方法,揭示复杂大脑网络结构,并将该方法应用于全脑小鼠连接组,发现具有强双向连接的核心由可能对意识至关重要,为双向大脑网络结构和意识之间的关系提供了新的见解。

智能推荐

  • 神经科学创新思维 | 人类大脑对口吃状态的预测会导致R-DLPFC激活

    2022-11-11

    研究人员揭示了大脑中在认知控制中起关键作用的大脑部分口吃预期期间活动增加。

    涉及学科
    涉及领域
    研究方向
  • 神经科学创新思维 | 创新通过小鼠瞳孔状态研究Orexin神经元活动

    2023-07-13

    涉及学科
    涉及领域
    研究方向
  • 神经科学创新思维 | 植入小鼠皮层的类器官可对视觉刺激做出反应

    2023-01-16

    研究人员证明植入小鼠体内的人脑类器官已经建立了与动物皮层的功能连接,并对外部感官刺激做出了反应。

    涉及学科
    涉及领域
    研究方向
  • 脑部功能创新思维 | 创新通过开发“CAROT”工具进行脑部连接图谱的转换和比较

    2023-07-25

    涉及学科
    涉及领域
    研究方向