相位动力学塑造思维动力学 – 思维振荡模型

《Physics of Life Reviews》：Phase dynamics shape thought dynamics – Oscillatory model of thought

　　

•思想振荡模型（OMT）将神经相位动力学与思维动力学联系起来。
•振荡相位动力学在嵌套的神经时间尺度上组织思维。
•时间分割和时间整合为塑造思维提供了互补的操作。
•相位动力学可能塑造思维的多维方面，而无需一对一映射。
•OMT 提供了一个连接感知与思维的多尺度时间框架。

引言

思维并非一个内容不变的静态心理事件，而是一个内容不断变化的持续演变过程。这种动态观点在意识研究中有深厚的根基。威廉·詹姆斯（William James）曾著名地将意识描述为在相对稳定的“栖息”（perchings）与过渡性的“飞行”（flights）之间交替 [117]，从而强调思维不仅包含内容，还包括不同内容之间的运动。这意味着思维是波动的，本质上是动态的——因此可以谈论“思维动力学”，这大致描述了我们的思维随时间的波动 [26,96]。当代的心游神驰（mind wandering）和自发性思维理论以不同方式发展了这种思维动力学直觉 [26,99,104]。尽管这些理论通常从特定的思维现象（如心游神驰）开始，但它们更广泛的意义在于揭示了思维动力学的不同维度。

早期关于心游神驰的解释主要强调思维与正在进行任务之间的关系 [104]。执行控制理论 [104] 提出，当注意力从主要任务转移向内部生成的内容（如记忆、计划或个人关切）时，就会发生心游神驰。因此，该理论强调任务相关性是思维的核心维度：思维可以保持与当前任务的耦合，也可以偏离任务。感知脱耦假说 [98] 扩展了这一观点，强调思维与外部感觉输入之间的关系。根据该假说，心游神驰涉及与外部感知的相对脱耦，转向内部导向的认知 [16,68,98]。因此，执行控制理论强调思维是否与任务相关，而感知脱耦假说强调思维是外部导向还是内部导向（详见方框 1 关于不同思维理论的详情）。

Christoff 及其同事进一步推动了理论发展，认为思维不应仅由其内容和/或与外部任务的关系来表征 [26,27]。相反，思维应被动态理解，作为一种心理状态或心理状态序列，包括一个状态导致另一个状态的过渡。在这一动态思维框架内，自发性思维是指在内容和过渡上受约束相对较弱的情况下产生的思维 [26,81,102]。因此，心游神驰并不等同于一般意义上的思维，而是更广泛的自发性思维现象家族中的重要一员，与做梦和创造性思维并列。这一框架尤为重要，因为它将问题从“思维是关于什么的”转变为“思维如何随时间移动”。它还允许动态区分不同形式的思维：例如，心游神驰和反刍都可能与任务无关或内部导向，但它们在时间组织上存在差异，心游神驰相对自由流动，而反刍则更固定在一个单一的重复主题周围（方框 1）。

这种多维方法得到了家族相似性观点 [99] 的支持。该观点认为，不应将心游神驰视为由一个必要特征定义的单一类别，而应将其及相关的自发性思维形式理解为共享重叠特征的异质现象。这些特征可能包括与任务无关、刺激独立性、非意图性、引导减少或内部导向。这一观点的重要性在于，它防止将任何单一维度误认为是整体现象。任务相关性、导向、意图性和引导并不是相互竞争的定义，而是通过它们可以表征不同思维形式的部分可分离维度（方框 1）。

基于这些理论，本综述将焦点从思维动力学的心理描述转移到其神经时间机制上。我们提出，思维动力学受大脑持续神经振荡的相位周期动力学塑造。在此，我们将相位动力学定义为由振荡相位决定的神经活动时间组织，包括相位位置、相位速度、事件锁定相位对齐和相位耦合。这并不意味着所有相位相关测量都能捕捉相同的机制。相反，不同测量指标反映相位动力学的不同组成部分，包括瞬时相位、频率滑动、ITPC、PLV 和相位打乱（详见方框 2）。我们将此账户称为“思想振荡模型”（Oscillatory Model of Thought, OMT）。OMT 提出，振荡相位动力学通过时间分割（成功事件或表征内容的分离）和时间整合（将信息跨时间链接成连贯表征）来组织思维（定义见术语表）。这些互补操作可以跨越不同的嵌套神经时间尺度运行，从而塑造思维的多维动力学。

OMT 依赖于思维与感知之间的强类比。在感知中，振荡相位动力学将感觉处理组织成高和低兴奋性的时间窗口，从而支持时间结合和时间解析 [113]。我们建议思维遵循类似的组织原则，尽管在更长的时间尺度上运行。相位周期动力学提供了时间窗口，在其中心理内容可以被选择、维持、整合或分割。通过不同输入/刺激的时间分割和整合机制，神经振荡为塑造思维内容提供了时间架构，包括其随时间的变化（方框 1）。这并不意味着不同的相位相关测量指标（如相位速度、事件锁定相位对齐和相位耦合）中介着同一种思维动力学机制。相反，这些不同的相位周期动力学测量指标反映了思维动力学的不同特征（见下文）。

OMT 从三个方面发展了以往的心游神驰和思维理论。第一，它将思维而非仅心游神驰作为更广泛的解释目标。心游神驰被视为自发性思维的一个具体例子，而自发性思维则是更广泛的思维多维空间中的一个区域。第二，它保留了以往理论识别出的关键维度——任务相关性、导向、内容数量和有意控制——同时询问这些维度如何随时间展开。因此，我们的理论将以往理论置于时间和动态背景中，从而提供了一个更广泛的统一伞框架。第三，它提出这些维度的时间演变基于振荡相位周期动力学。较短的相位周期，特别是在 alpha 波段，可能有利于时间分割，支持任务专注、外部导向和更多单内容思维。较长的相位周期，特别是在 theta 波段和更慢的节奏，可能有利于时间整合，允许内部生成的内容（如记忆、想象和自我相关表征）跨时间积累并整合到持续思维中。因此，我们证明思维动力学可能基于大脑持续振荡相位周期动力学的内在波动，这些波动中介了跨多个时间尺度的思维内容的时间整合和分割。

为避免混淆这些概念，本综述区分了四个解释层次。第一层次涉及思维的心理维度，包括任务相关性、思维导向、思维内容数量和有意控制。第二层次涉及信息处理的时间操作或机制，包括时间分割和时间整合。第三层次涉及大脑的神经时间尺度，包括单模态区域的较短内在时间尺度和跨模态区域的较长内在时间尺度，以及任务事件或环境节奏施加的外在时间尺度。第四层次涉及基于相位的神经标记，包括频率滑动（FS）、试间相位一致性（ITPC）、相位锁定值（PLV）和相位打乱。这些层次相关但不可互换：心理维度描述思维变化的方面，信息层次及其时间操作描述内容如何随时间组织，神经时间尺度描述神经整合窗口的持续时间，基于相位的标记提供振荡相位组织的经验指标。

从心游神驰和自发性思维理论到思想振荡模型（OMT）

执行控制理论。Smallwood 和 Schooler [104] 提出，与任务无关的思维可以招募本应用于支持当前任务的执行资源。该理论解决了持续目标与任务无关内容之间的控制分配问题，并未简单地将心游神驰等同于缺乏执行控制 [104]。

感知脱耦假说。Schooler 等人 [98] 描述了自生认知期间外部感知处理的减弱。该理论涉及认知与感觉输入的耦合，并与任务相关性不同。Baird 等人 [11] 随后证明，在与任务无关的思维期间事件锁定相位一致性降低，提供了与思想振荡模型（OMT）相关的 EEG 证据。

Christoff 等人的动态框架。Christoff 等人将思维定义为心理状态或心理状态序列，包括它们之间的过渡 [26,27]。自发性思维的特征是思维内容及其过渡受约束较弱。该框架区分了通过认知控制实施的有意约束和由显著性、情感、习惯或侵入性关切驱动的自动约束 [26,27]。因此，心游神驰是自发性思维的一个例子，并不等同于思维本身。该框架的核心贡献是将焦点从思维内容转移到思维随时间移动、持续或过渡的动力学上 [26,27]。

家族相似性观点。家族相似性观点认为，心游神驰不应由单一必要特征定义。相反，它是一个共享重叠特征的异质现象家族，如与任务无关、非意图性、刺激独立性和引导减少 [99]。该观点支持思维的多维账户，即不同形式的思维由多个维度的特征轮廓而非一个定义属性来识别。

预测处理理论。预测处理理论提出，大脑持续生成关于感觉输入原因的层级预测，并根据预测误差及其精度更新这些预测 [28,82]。该框架与自发性思维相关，因为内部生成的认知可能反映了内部预测与外部驱动的感觉证据之间平衡的转移。当外部感觉精度降低，或当内部生成的模型占主导地位时，思维可能越来越脱离当前环境，更多地受记忆、想象、自我相关关切或未来模拟引导 [82]。因此，预测处理提供了思维为何能脱离外部输入并变得内部导向的计算账户。然而，它本身并未明确这种基于预测的平衡是如何随时间采样、更新或脱耦的神经时间机制。OMT 的当前基于相位的框架补充了预测处理，提出振荡相位动力学可能提供这样的时间窗口：较强的事件锁定相位对齐可能支持预测中对外部证据的耦合，而较弱的相位对齐或较慢的整合相位动力学可能允许内部生成的内容在预测中占主导地位。

思想振荡模型（OMT）。OMT 通过提出思维动力学的神经时间机制扩展了这些理论，这改变了潜在替代解释应被解读的方式。唤醒、注意力投入和执行控制等因素不一定仅仅是独立于思维的纯粹外部混淆变量。相反，它们也常被视为自发性思维状态的构成性特征。例如，与任务无关的思维可能伴随对感知事件相位锁定降低 [11]，这与感知脱耦假说 [98] 一致。执行资源也可能被招募以维持与任务无关的内容 [104]，且与任务无关的插曲可以是有意或无意启动的 [101]，而非统一反映较弱的执行控制。从外部导向的感知处理向内部生成内容的转变是另一个相关特征，但内部导向与任务无关不同：内部生成的内容可以支持当前任务，而外部干扰可以是与任务无关的 [31]。这些特征并不相同，且没有任何一个单独定义心游神驰。相反，与家族相似性观点一致，心游神驰及相关形式的自发性思维最好被理解为部分重叠特征簇 [99,99]。这就是为什么本综述将思维视为多维过程，由任务相关性、思维导向、思维内容数量和有意控制表征，而非单一类别。将唤醒、注意力和控制视为可能与这些轮廓相关，并不排除它们作为神经效应的替代解释；在测试提出的基于相位的机制时，必须评估它们的贡献。

因此，在本综述中，思维被概念化为随时间展开的多维过程。这里强调的四个维度是任务相关性 [11,104]、导向 [31,84]、内容数量 [56] 和有意控制 [26,101]。

在OMT（振荡思维模型）中，思维动态指的是这些维度如何随时间波动、持续和变化，而不是与它们并列的第五个维度。我们将这一广泛的时序性解释目标与对思维中自由流动的特定评估区分开来：Mills等人[81]表明，自由流动的思维可以与任务无关性和知觉解耦分离开来，而Mills、Porter等人[80]发现自由流动的思维与任务无关的思维具有不同的情感相关物。这些发现促使我们明确关注思维如何展开；我们并不假设自由流动已经被此处强调的四个维度所穷尽。OMT提出，神经振荡相位动态提供了一种时序组织，通过这些维度得以演化。振荡相位动态被认为能为心理内容的分离与整合创造时间窗口，从而塑造思维如何保持任务聚焦、转向内部、涉及单一或多个内容，或在不同程度的刻意约束下展开。将思维报告与基于相位的测量关联起来的证据支持了这一提案[11,56,72]，但并未确立相位测量与心理维度之间的一一对应关系。在这一观点中，相位动态提供了思维动态得以涌现的提议时序架构。

**Section snippets（部分片段）**

**我们的思维是动态的吗？感知和思维中的振荡节律**

神经振荡是群体层面神经活动的节律性波动，它们在多个时间尺度上组织皮层加工[8,35,38,113]。它们通常由频率、功率和相位来描述，并习惯性地被划分为频率带，如delta（δ）、theta（θ）、alpha（α）、beta（β）和gamma（γ）节律。这些节律不仅仅是神经信号的描述性特征；它们已被与感觉加工、注意、工作记忆、运动控制、学习联系起来……

**基于相位的思维调节：振荡思维模型的实证基础**

在介绍了振荡思维模型（OMT）之后，我们接下来回顾与其核心提案相关的实证发现，即振荡相位动态提供了时间窗口，通过这些窗口思维在不同时间尺度上组织其任务内外和内部/外部内容。现有证据是汇合的但仍处于初步阶段，不同的研究使用互补的基于相位的测量手段检验模型的不同组成部分，包括PLF/ITPC（相位锁定值/迭代相位耦合）、FS（相位-频率同步）、PLV（相位锁定值）和……

**基于相位的感知机制——时序绑定与切分**

上述回顾的证据表明，振荡相位调节了知觉加工，而OMT将这一时序逻辑扩展到了思维动态。这一扩展并不假设感知和思维依赖于相同的机制或解剖学实现。相反，我们提出，在感知较短时间尺度上的感觉输入的时序绑定和切分，为表征内容在……（中的时序整合与分离提供了组织类比）

**振荡思维模型的核心组成部分**

OMT由四个在不同解释层面上运作的互补组成部分构成。第一层指定了思维内容被分离或整合的时序操作。第二层描述了这些操作如何受内源性与外源性时间尺度相互作用的影响。第三层通过将其置于单模态-跨模态皮层层级中来为这些操作提供空间拓扑背景。第四层提出……

**结语**

总之，OMT提出，思维的时序组织构成了感知时序组织的高阶类似物（另见Box 4）。正如感知被神经振荡相位动态的较短时间尺度通过两个互补过程——时序绑定和时序切分——节律性地塑造一样，思维可能至少部分地由类似的基于相位的动态在较长时间尺度范围内通过时序整合和……来组织

**局限性与可证伪的预测**

OMT应被理解为一种可检验的、基于相位的思维动态模型，而非一种已完成的因果理论。此处回顾的实证发现支持不同层次的推论。Baird等人[11]和Long等人[72]等研究表明，任务无关的思维或走神与对知觉或任务事件的锁定相位对齐降低有关。Hua等人[55,56]进一步表明，思维的不同维度与基于相位的……有关

**术语表**

| 术语 | 定义 | 测量/操作化 |
|------|------|-------------|
| 相干性通讯（CTC） | 一种框架，提出当神经群体相位对齐或相干时，神经通讯得以促进。 | 通过神经群体之间的相位相干性或同步来操作化，通常使用PLV（相位锁定值）、相干性，或跨频段相位耦合等测量手段。 |
| 刻意控制 | 思维在多大程度上被目标有意引导或约束。 | 使用经验抽样或连续……测量 |

未引用的参考文献[85,100]

**利益冲突声明**

作者声明他们不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争财务利益或个人关系。

**致谢**

本工作得到中国国家自然科学基金（项目编号T2192931，资助XG）、欧盟Horizon 2020研究与创新框架计划下的特定资助协议（编号785907，Human Brain Project SGA2）、EJLB-Michael Smith基金会、加拿大卫生研究院（CIHR）、杭州师范大学启动研究基金、NFRF、uOBMRI团队对GN的资助，以及深港脑科学创新研究院的支持。

Jingyu Hua | Zhengkun Long | Jianfeng Zhang | Xianlinag Ge | Georg Northoff