北京時間3月20日消息，據(jù)國外媒體報道，人類已經(jīng)學會了在太空中旅行，治療各種疑難雜癥，并且能在極其微小的尺度上認識基本粒子。然而，今天的我們仍然不知道意識是如何在大腦中產(chǎn)生的。
意識代表了我們體驗和了解世界的能力。事實上，盡管科學家在許多世紀以來一直試圖理解意識，但它仍然是現(xiàn)代神經(jīng)科學中最重要的未解謎題之一。近日，在發(fā)表于《科學進展》（Science Advances）期刊的一篇新論文中，研究人員揭示了當我們意識清醒時大腦中正在運作的神經(jīng)網(wǎng)絡。
意識不僅僅是一個哲學問題。無論是對醫(yī)生還是家屬，確定一個患者在遭受嚴重腦損傷后是否有“意識”都是一個巨大的挑戰(zhàn)，他們需要做出如何護理的決定。現(xiàn)代腦成像技術正在消除這種不確定性，使我們對人類意識的了解達到了前所未有的程度。
舉例來說，我們知道前額葉皮質或楔前葉等復雜的大腦區(qū)域負責一系列更高的認知功能，通常涉及有意識的思考。然而，大片的大腦區(qū)域可以同時完成許多事情。因此，我們想要了解在特定網(wǎng)絡層面上，大腦中的意識是如何呈現(xiàn)的。
研究意識體驗十分困難，因為這完全是在大腦內部進行，無法被他人觸及。打個比方，我們可以讓所有人同時在屏幕上看同一張照片，但卻無法判斷我看這張照片時的體驗是否和你一樣，除非你告訴我。
只有意識清醒的人才具有主觀體驗，因此，評估某人是否意識清醒的最直接方法，就是讓他們說出關于自己的事情。但是，如果你失去說話能力會怎么樣？在這種情況下，我們仍然可以提一些問題，而你或許能夠做出回應，比如點頭或擺手。
當然，通過這種方式獲得的信息可能不會那么豐富，但仍然足以確定你確實具有意識體驗。如果你無法做出任何回應，我們就沒有辦法判斷你是否有意識，并且很可能假設你已經(jīng)失去意識。
掃描神經(jīng)網(wǎng)絡
在有意識和無意識狀態(tài)中，我們的大腦會隨著時間推移有不同的自組織模式。當我們意識清醒時，大腦區(qū)域之間交流頻密，既有積極也有消極的聯(lián)系。圖中顯示了兩種主要的大腦區(qū)域交流模式。
在一項國際合作的新研究中，來自7個國家的研究人員識別出了能夠在不依賴自我報告，或者需要讓患者參與特定任務的情況下表明意識的大腦特征，并且能夠區(qū)分出大腦損傷之后有意識和無意識的患者。
當大腦受到嚴重損傷時，比如在嚴重的交通事故中，傷者可能會陷入昏迷狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，你會失去醒來并感知周圍環(huán)境的能力，需要機械裝置來輔助呼吸。通常情況下，昏迷狀態(tài)不會持續(xù)超過幾天，在這之后，患者有時會醒來，但不會表現(xiàn)出對自己或周遭世界有任何意識，這就是所謂的“植物人狀態(tài)”。
另一種可能情況是，患者表現(xiàn)出僅有極少意識的證據(jù)，這被稱為“最低程度意識狀態(tài)”（minimally conscious state，簡稱MCS）。對于大多數(shù)患者，這意味著他們的大腦仍會感知事物，但他們對此沒有體驗。
然而，這些患者中有一小部分確實是有意識的，只是無法做出任何行為性的反應。研究人員使用了一種名為功能性磁共振成像（fMRI）的技術，對大腦活動以及某些大腦區(qū)域和其他區(qū)域“交流”的方式進行測量。
具體而言，當某一大腦區(qū)域更活躍時，它會消耗更多氧氣，而且需要更多的血液供應，以滿足能量需求。即使參與者處于靜止狀態(tài)，研究人員也可以測量出這些變化，從而了解不同大腦區(qū)域間的差別，最終獲得整個大腦的連接模式。
研究人員將這一方法運用在53位處于植物人狀態(tài)的患者、59位處于最低程度意識狀態(tài)的患者和47位健康的參與者身上。他們來自巴黎、列日、紐約、倫敦和安大略省的醫(yī)院。來自巴黎、列日和紐約的患者接受了標準化的行為評估診斷，比如被要求擺手或眨眼。
相比之下，來自倫敦的患者通過其他先進的大腦掃描技術進行評估，這要求患者調整他們的大腦以產(chǎn)生神經(jīng)反應，而不是做出外部的物理反應。換句話說，患者是想象自己在擺手，而不是真的擺手。
研究人員發(fā)現(xiàn)了兩種跨大腦區(qū)域的主要交流模式。一種只是簡單地反映了大腦的物理連接，比如只存在于兩個有直接物理連接的區(qū)域之間的交流。這種情況見于實際已經(jīng)沒有意識體驗的患者，另一種模式表現(xiàn)出非常復雜的全腦動態(tài)互動，涉及總共42個大腦區(qū)域，它們分屬6個大腦網(wǎng)絡，對于認知具有重要作用。這種復雜的模式幾乎只出現(xiàn)在具有某種意識水平的人身上。
重要的是，當患者處于深度麻醉狀態(tài)時，這種復雜的模式消失了。這進一步證實了研究人員的方法確實對患者的意識水平敏感，而不是對他們的一般腦損傷或外部反應敏感。
像這樣的研究或許能讓我們更進一步了解客觀生物標志物在醫(yī)療決策中如何發(fā)揮關鍵作用?；蛟S在不久的將來，科學家將開發(fā)出在外部調節(jié)這些意識標記的方法，并使失去意識的患者能夠在某種程度上恢復意識或做出反應，比如使用非侵入性的大腦刺激技術（如經(jīng)顱電流刺激療法等）。
事實上，在英國伯明翰大學，達維尼亞·費爾南德斯-埃斯帕喬（Davinia Fernández-Espejo）的研究小組已經(jīng)開始探索這些方法。令人興奮的是，這項研究將使我們更深入了解意識在大腦中如何產(chǎn)生。
人們會經(jīng)歷各種各樣的意識狀態(tài)——從服用致幻藥物到體驗“清醒夢”——隨著對這些狀態(tài)中大腦意識的神經(jīng)標記了解得越多，相關的數(shù)據(jù)越來越豐富，我們終有一天會破解“意識”這個難題。
其他研究的發(fā)現(xiàn)
研究人員使用了一種名為功能性磁共振成像（fMRI）的技術，對大腦活動以及某些大腦區(qū)域和其他區(qū)域“交流”的方式進行測量。圖中是一臺磁共振成像掃描儀
研究人員正試圖填補對意識理解的空白，了解“清醒”狀態(tài)變成無意識狀態(tài)（以及相反過程）的轉折點。
在2016年發(fā)表于《英國皇家學會學報：界面》（Journal of the Royal Society Interface）的一篇論文中，研究人員通過麻醉劑誘導了志愿者的無意識狀態(tài)，然后用功能性磁共振成像（fMRI）技術追蹤了他們的大腦活動。
志愿者在失去意識的同時接受了fMRI掃描，研究人員測量了當他們在不同意識狀態(tài)間切換時大腦血流量的變化。掃描結果顯示，意識清醒的大腦顯示了“一系列不斷變化的活動”。這意味著神經(jīng)網(wǎng)絡受到許多活動的影響。
該研究指出，意識是一種大腦處于“神經(jīng)網(wǎng)絡連接性”最佳水平的狀態(tài)。
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