利用小鼠“脑地图”定位动物大脑中的意识

　　

   

   

有人认为，大脑网络中支持意识区域的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，以前研究视觉感知的研究表明，当只有前馈处理时，有意识的感知不会产生，而当有反馈和前馈处理时，有意识的感知会产生。    

科学可能会进一步了解意识在大脑中的位置。一项新的研究显示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，由通讯作者、东京大学通用系统研究部的项目研究员北野俊(Jun Kitazono)领导。

“大脑意识存在于何处一直是科学上最大的问题之一，”通讯作者、进行这项研究的实验室负责人、副教授Masafumi Oizumi说。“虽然我们还没有得到一个结论性的答案，但在寻找足以满足意识经验或意识的神经关联的最小机制的过程中，已经积累了很多经验证据。”

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的子网迈出了一步。

为了确定意识驻留在大脑的哪些区域，研究人员在大脑的神经网络中寻找意识的一个特定标志:双向路径。当我们看到某事或经历某种感觉时，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。我们的大脑也需要发送信息回来，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反馈信息。研究人员假设，这些双向连接是负责意识的大脑部分的一个重要标志。

“单靠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，表明需要双向处理。不仅在清醒状态下失去特定的意识内容时，反馈成分也会消失，在意识体验普遍丧失的无意识状态下，如全身麻醉、睡眠和植物人状态，”Kitazono说。他还解释说，不管你看到的是人、猴子、老鼠、鸟还是苍蝇，都没有关系;处理的双向性仍然至关重要。

研究人员使用老鼠连接体和计算技术来测试他们的想法。连接体是大脑中连接的详细地图。首先，他们开发了一种高效的算法来提取大脑中具有强双向连接的部分，即复合体。然后，他们将算法应用到老鼠的连接体上。

Kitazono说:“我们发现，提取出的双向性最强的复合物并不是均匀分布在所有主要区域，而是集中在皮层区域和丘脑区域。”“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认为的意识存在于大脑的观点一致。位于大脑表面的大脑皮层包含感觉区、运动区和联想区，这些区域被认为是意识体验的关键。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，被称为丘脑-皮层环路，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’，根据神经活动的不同时刻发生变化，”Oizumi说。“尽管解剖学上的联系告诉我们神经活动如何传播，以及大脑区域如何相互作用，但我们需要直接研究神经活动的动力学，以确定意识在任何给定时刻的位置。”

他说，下一步，研究小组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，”小泉说。“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。”

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