精确定位动物大脑中的意识

科学可能离理解意识在大脑中的位置又近了一步。一项新的研究表明了某些类型的神经连接在识别意识方面的重要性。

这项研究发表在大脑皮层该研究由通讯作者、东京大学一般系统研究系项目研究员北野俊(Jun Kitazono)领导。

“意识存在于大脑的何处一直是科学领域最大的问题之一，”通讯作者、进行这项研究的实验室负责人、副教授大泉正文(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。”

在这项研究中，研究小组朝着确定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。

为了确定意识所在的大脑区域，研究人员在大脑神经网络中寻找意识的一个特定标志:双向通路。当我们看到某事或体验到某种感觉时，我们的大脑会接收信息。这被称为前馈信号，但接收这样的前馈信号对意识来说是不够的。我们的大脑也需要反馈信息，这就是所谓的反馈。并不是大脑的每个部分都能同时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也会消失，比如全身麻醉、睡眠和植物人状态。”他还解释说，不管你看到的是人、猴子、老鼠、鸟还是苍蝇;处理的双向性仍然至关重要。

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，称为复合体。然后，他们将该算法应用于小鼠连接体。

Kitazono说:“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，其他主要地区的地区双向性较低。特别是小脑区域的双向性要低得多。”

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一致。位于大脑表面的大脑皮层包含感觉区、运动区和联想区，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，”大泉说。“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。”

下一步，他说，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，”大泉说。“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:李志刚，李志刚。小鼠连接体中双向连接核的提取及其对意识的影响。Cereb。2022: bhac143。doi:10.1093 / cercor / bhac143

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