“意识”是什么？神经学家利用“大脑地图”精确定位了小鼠产生的意识

科学可能离理解意识在大脑中的位置更近了一步。一项新的研究表明，某些类型的神经连接在识别意识方面具有重要意义。

　　

该研究发表在《Cerebral Cortex》杂志上，由通讯作者、东京大学一般系统研究系项目研究员Jun Kitazono领导。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小的充分子网络迈出了一步。

该研究的通讯作者兼实验室负责人Masafumi Oizumi副教授说:“意识在大脑中的位置一直是科学上最大的问题之一。虽然我们还没有得到一个结论性的答案，但在寻找意识体验的最低机制或意识的神经相关的过程中，已经积累了很多经验证据。”

为了确定大脑中存在意识的区域，研究人员在大脑神经网络中寻找意识的一个特殊标志:双向通路。当我们看到某物或经历某种感觉时，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。我们的大脑也需要传回信息，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基本标志。

“仅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，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，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，”作者说。“不管你看到的是人、猴子、老鼠、鸟还是苍蝇，都没有关系;处理的双向性仍然是必不可少的。”

研究人员使用小鼠连接组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组。Kitazono说:“我们发现，双向性最强的提取复合体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更低。”

这些发现与科学家长期以来所认为的意识存在于大脑的位置一致。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，被称为丘脑-皮层环，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’，根据神经活动时刻变化。尽管解剖学上的联系告诉我们神经活动是如何传播的，以及大脑区域是如何相互作用的，但我们需要直接调查神经活动的动态，以确定意识在任何给定时刻的位置。”他说，作为下一步，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。在这项研究中，我们试图将大脑的网络特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，朝着我们的最终目标前进。”

Jun Kitazono, Yuma Aoki, Masafumi Oizumi. Bidirectionally connected cores in a mouse connectome: towards extracting the brain subnetworks essential for consciousness. Cerebral Cortex, 2022