▲ 神經(jīng)科學家試圖將不同類別的心理功能映射到大腦的特定區(qū)域，但最近的工作表明，這些區(qū)域的定義和邊界是復雜的，而且與情境有關
我們熟悉的心智功能類別，例如感知、記憶和注意力等等，都反映了我們自身的經(jīng)驗，但這些功能卻給我們認識大腦的工作方式帶來了誤導，現(xiàn)在研究人員在探索提出更具啟發(fā)性的方法，來揭示大腦功能背后的運作方式。
在某種意義上，神經(jīng)科學家是大腦不同區(qū)域的制圖師，負責定義它們的特征和活動，了解連接它們的回路和結(jié)構(gòu)，并界定這些區(qū)域的邊界。大腦前部，即我們的前額后面，便是前額皮質(zhì)，被稱為判斷中樞。前額皮質(zhì)的后面是運動皮層，負責計劃和協(xié)調(diào)我們軀體的運動。顳葉位于大腦的側(cè)面，對記憶和情緒處理至關重要。在這些區(qū)域上方是軀體感覺皮層；在它們后面是視覺皮層。
神經(jīng)科學研究人員不僅經(jīng)常像地圖繪制者那樣描繪大腦及其功能，而且遵循的還是“老式的地圖繪制方法”?！八麄兏鶕?jù)自己在心理、精神上或行為上的興趣來對大腦進行分析”，然后將這些功能分配給不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡，這就好像它們是樂高積木，之間有著明確的界限。
然而，邊界分明的大腦“地圖”不僅過于簡化，而且還經(jīng)常帶來誤導。100 多年來，科學家們一直在尋找大腦中與思考、感覺、決策、記憶、運動和其他日常經(jīng)驗有關的區(qū)域界限，但一無所獲。近年來的一系列神經(jīng)學研究進一步證實，這些心智功能分類“無法給理解大腦的結(jié)構(gòu)或工作方式提供良好的指導”。
對于大腦的生理結(jié)構(gòu)如何組織的問題，神經(jīng)科學家普遍持有一致的意見：可以將大腦和神經(jīng)元劃分為特定的區(qū)域、網(wǎng)絡和細胞類型。不過，當涉及到大腦可能正在執(zhí)行的任務 —— 如感知、記憶、注意力、情緒或動作等 —— 時，“事情就變得更加可疑了”。
沒有人質(zhì)疑視覺皮層能使人看到事物，聽覺皮層能使人聽見聲音，以及海馬體對記憶至關重要。對這些區(qū)域的損傷都會損害我們的這些能力，研究人員也已經(jīng)確定了這些區(qū)域潛在的運作機制。但事情并沒有如此簡單。舉例來說，記憶也需要除海馬體之外的大腦網(wǎng)絡，而海馬體被證明在記憶之外越來越多的認知過程中發(fā)揮著關鍵作用。有時候，區(qū)域重疊的程度太大，以至于功能標簽開始失去其意義。
有一種觀點認為，不同心智類別之間存在某種強烈的并行機制，神經(jīng)科學家試圖以此來理解大腦和神經(jīng)在心理事件中發(fā)揮的作用，但現(xiàn)在看這樣的觀點是錯誤的。
雖然現(xiàn)有的框架曾帶來許多重要的見解，但“它讓我們陷入了某些相當令人窒息的研究陷阱中”。由此導致的結(jié)果也直接阻礙了神經(jīng)和心理疾病治療的發(fā)展。
這就是為什么一些科學家認為，神經(jīng)領域的核心概念可能需要修改 —— 也許是徹底的修改 —— 才能讓我們真正理解大腦是如何工作的。在努力應對這一挑戰(zhàn)的同時，他們開發(fā)了新的方法和框架，來探索有關大腦的問題，并給出了新的答案：就在近日，一種新的方法就揭示了記憶形成和代謝調(diào)節(jié)之間令人意想不到的聯(lián)系。不過，即使一個新的框架能成功解釋大腦的運作，一些研究人員仍然懷疑，這些成功是否會以我們失去與人類經(jīng)驗的聯(lián)系為代價。
▲ 美國東北大學的心理學家麗莎?費爾德曼?巴雷特認為，認知和記憶等熟悉的心理功能類別“無法給理解大腦的結(jié)構(gòu)或工作方式提供良好的指導”
“化名比福爾摩斯還多”
功能磁共振成像（fMRI）等技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使神經(jīng)科學家能以越來越復雜的方式檢查活體大腦，他們也開始積極地尋找人類心智能力的生理基礎。在理解知覺、注意力、學習、記憶、決策、運動控制和其他經(jīng)典心智活動類別的神經(jīng)基礎方面，神經(jīng)科學家們都取得了巨大進展。
與此同時，他們也發(fā)現(xiàn)了令人不安的證據(jù)，表明這些分類和支持它們的神經(jīng)網(wǎng)絡并沒有像預期的那樣發(fā)揮作用。這不僅是因為大腦結(jié)構(gòu)不完全符合既定心智類別之間的界限，正是因為功能區(qū)域之間的重疊如此之多，才使同一個大腦網(wǎng)絡“擁有比夏洛克?福爾摩斯還多的別名”。
舉例來說，最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，三分之二的大腦都參與了看似簡單的眼球運動；在我們的呼吸過程中，有一半的大腦會被激活。2019 年，多個研究小組發(fā)現(xiàn)，視覺皮層等“感知”區(qū)域的大多數(shù)神經(jīng)活動編碼的其實是動物的動作信息，而不是感官輸入。
這種“身份危機”并不局限于與感知或其他認知功能有關的神經(jīng)中樞。小腦是所有脊椎動物大腦中都具有的結(jié)構(gòu)，被認為是運動中樞，幾乎完全負責軀體的運動控制。但科學家發(fā)現(xiàn)，小腦在注意力過程、情緒調(diào)節(jié)、語言處理和決策等方面也發(fā)揮著作用?；咨窠?jīng)節(jié)是大腦中另一個古老的部分，通常與運動控制有關，但同樣涉及好幾個高級認知過程。
這些令人困惑的結(jié)果可能是由方法論的問題造成的。例如，為了發(fā)現(xiàn)人類大腦的不同功能，神經(jīng)科學家往往將認知過程與 fMRI 測量的大腦活動模式聯(lián)系起來。但有研究顯示，研究人員需要更注意無關的肌肉抽搐和坐立不安所帶來的影響，因為這些都可能改變讀數(shù)。
研究中當你以為你的研究結(jié)果是一些與高級認知有關的東西，但實際上，這些結(jié)果可能只反映了參與任務的（實驗對象的）眼睛在以不一樣的方式運動。
不過，其他一些科學家也指出，近期的發(fā)現(xiàn)突出了神經(jīng)科學中一個更深層次的概念問題，根據(jù)某些先入之見來劃分大腦的區(qū)域，以為不同區(qū)域之間存在邊界 —— 這是錯誤的 —— 同樣的邊界也存在于大腦功能中。
2019 年，美國斯坦福大學的神經(jīng)科學家開始測試公認的心智功能類別的合理性。他們在測試認知控制不同方面 —— 包括工作記憶、反應抑制和學習等 —— 的實驗中收集了大量的行為數(shù)據(jù)，并在機器學習分類器中運行。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些行為數(shù)據(jù)的分類結(jié)果與預期的大相徑庭，傳統(tǒng)的大腦功能類別混淆在一起，并充分劃分成新的類別，似乎“在更加通用的構(gòu)念層面上共同發(fā)揮作用”，這些結(jié)構(gòu)沒有相應的標簽，并可能不直接與人類的意識經(jīng)驗有關。
同時進行的另一項研究發(fā)現(xiàn)，測量知覺或記憶的任務“實際上并沒有測量不同的構(gòu)念”。這表明，這兩種分類其實并不精確，這并不是說“感知”或“記憶”是一個無用的術(shù)語，而是說，“如果想了解大腦的‘所作所為’，我們可能需要更精確的方法來理解特定的功能”。
事實上，研究人員甚至不清楚如何區(qū)分感知測試和記憶測試，這些分類構(gòu)念可能實際上并不是大腦真正的組織特征。
一些科學家反駁稱，只要我們知道視覺皮層不僅僅與視覺有關，或者記憶網(wǎng)絡的作用不僅僅局限于記憶，我們就不一定需要重新思考這些功能分類本身。但有時候，過度寬泛、模糊地使用一個術(shù)語會對我們設計的實驗類型和提出的假設產(chǎn)生有害影響。
在涉及情緒和情感的研究中，這種影響可能是最明顯的。
▲ 當斯坦福大學的神經(jīng)科學家拉塞爾?波德瑞克使用機器學習對一個龐大的行為數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫進行分類時，出現(xiàn)的分類似乎與可識別的心智活動分類（如學習或記憶）并不相符
恐懼與困惑
約瑟夫?勒杜克斯是紐約大學的神經(jīng)科學家，以其在杏仁核方面的開創(chuàng)性工作而聞名。杏仁核通常被稱為大腦的“恐懼中樞”，但這種框架性的描述是非常錯誤的，也是非常有害的。“多年來，人們在介紹我的時候，都會說我發(fā)現(xiàn)了恐懼感是如何從杏仁核中產(chǎn)生的，”他說，“但是當我被這樣介紹時，我總是有點退縮。最后，我受夠了?！?/p>
在過去的十年里，勒杜克斯一直在強調(diào)杏仁核與恐懼感的產(chǎn)生完全無關，恐懼是一種對情境的認知解釋，是一種與記憶和其他過程相聯(lián)系的主觀體驗。一些人所經(jīng)歷的恐懼心理現(xiàn)象，可能在另一些人的體驗中是完全不同的。研究表明，恐懼感產(chǎn)生于前額葉皮層和相關的大腦區(qū)域。
另一方面，杏仁核與我們對威脅的處理和反應有關，這是一種古老的、潛意識的行為和生理機制，有證據(jù)表明，并不總是恐懼導致了這種行為。
將杏仁核稱為“恐懼中樞”看似無害，但這卻使“杏仁核繼承了所有與恐懼有關的語義包袱”。這種錯誤可能會導致藥物開發(fā)走上彎路，包括那些旨在減少焦慮的藥物。
當科學家在受到壓力的動物身上試驗潛在的治療方法時，如果動物表現(xiàn)得不那么膽怯，或者表現(xiàn)出更低的生理興奮水平，通常就會被解釋為焦慮或恐懼水平的降低。然而，藥物可以改變一個人的行為或生理反應 —— 杏仁核的作用 —— 卻不能治愈焦慮的感覺。
正是由于這種混亂，整個領域都在飽受折磨，類似的問題也出現(xiàn)在其他領域，比如知覺研究。在知覺研究中，感官刺激的生理處理過程和意識體驗往往被捆綁在一起?，F(xiàn)在來看，這兩種情況“需要被分開”。
▲ 加拿大蒙特利爾大學的神經(jīng)科學家保羅?西塞克正在利用脊椎動物的進化來識別有意義的心智活動類別
功能隱藏在情境當中
研究者發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)系統(tǒng)在特定大腦功能中的參與度并不是簡單的“0”或“全部”，這使區(qū)分不同大腦區(qū)域的重要性變得更加復雜。有時，這取決于大腦所處理的功能細節(jié)。
拿內(nèi)側(cè)顳葉的嗅周皮層來說，這是大腦皮層中經(jīng)典的“記憶”系統(tǒng)的重要組成部分。以前有過這樣一個實驗，讓人類參與者和猴子從一對變形至不同程度的相似圖像中選擇自己想要的圖像。
研究發(fā)現(xiàn)，只有當特定數(shù)量的特征重疊出現(xiàn)時，嗅周皮層才會參與任務的執(zhí)行；如果圖像更相似，或者相似度較低，嗅周皮層便與人類或猴子的表現(xiàn)無關。同樣，傳統(tǒng)上被賦予視覺感知作用的顳下皮層，也被發(fā)現(xiàn)在記憶任務中起著關鍵作用，但只適用于特定的情境下。
以上這些發(fā)現(xiàn)意味著，研究人員應該研究不同信息的組合，而不是根據(jù)特定的視覺、聽覺、體感或執(zhí)行功能來對大腦皮層區(qū)域進行分類。一個區(qū)域或許能表現(xiàn)不同特征的簡單組合，例如可以將“橙色”和“正方形”組合成“橙色正方形”；另一些區(qū)域或許已經(jīng)進化到能夠表現(xiàn)更復雜的視覺特征組合，或者聲音或數(shù)量信息的組合。
這種大腦組織結(jié)構(gòu)解釋了為什么在傳統(tǒng)的心理活動地圖中，會有如此多意想不到的功能重疊，當每個區(qū)域代表一種特定的信息組合時，它對記憶、感知、注意力和動作控制的表征也都是如此。
這也是為什么研究實驗中使用的感知和記憶任務有時只涉及嗅周皮層的原因：隨著每個任務中圖像的變化，區(qū)分它們的特征組合也發(fā)生了變化。
表征框架只是重新思考大腦區(qū)域功能細分的一種方式。盡管其他研究者也認同大多數(shù)神經(jīng)科學研究中所用的一些區(qū)域分類存在問題，但對于這些問題應該如何解決，目前幾乎沒有共識。
即使是那些支持對這一領域進行更徹底反思的科學家，也很難對這些問題進行闡述。現(xiàn)在的情況是，很容易就能看出有些事情是行不通的，但現(xiàn)在困難的部分在于應該往哪里走，如何在不說“注意力”、“情感”、“動機”的情況下表達這一切呢？
蒙特利爾大學的西塞克是最早從進化角度重建概念類別的幾位研究人員之一。在過去五年里，他一直在努力研究脊椎動物的進化，重新審視行為系統(tǒng)的漸進式特化過程?！按竽X中確實存在功能細分，”他說，“這其中確實存在一段進化歷史。如果我們能夠識別這段歷史，它將幫助我們更好地辨別這些概念?！?/p>
西塞克已經(jīng)運用他對大腦活動的新分類來解釋為什么基底神經(jīng)節(jié)在一些決策任務中起著關鍵作用，而在其他任務中卻沒有?！澳銜庾R到，無論是‘決策’還是‘注意’，這些術(shù)語實際上都與大腦中的某個東西沒有關系，”他說，“相反，大腦中有一些非常實用的回路，它們會做特定的行為，比如‘接近’或‘避開’…… 有些行為看起來有點像‘注意’?！?/p>
所以我們必須首先研究大腦機制，以及這些機制為什么會進化出來，如何進化。例如，記憶、規(guī)劃未來和想象在一定程度上都是由相同的神經(jīng)機制編碼的，這從進化的角度來看是有道理的，因為相同的系統(tǒng)可以用于不同的目的。“
這項進展已經(jīng)引出了一些有趣的發(fā)現(xiàn)。“尖波漣漪”（sharp wave-ripples）是海馬體的一種大腦活動，能存儲和提取記憶。在近期的《自然》（Nature）雜志上，研究揭示了尖波漣漪的一個全新的功能：幫助調(diào)節(jié)血糖水平。
這將兩個非常不同的極端過程聯(lián)系在一起。一個是基本的代謝過程，一個是高水平的認知過程。現(xiàn)在，研究人員希望接下來的研究能發(fā)現(xiàn)二者之間更深層次的聯(lián)系，并深入了解身體調(diào)節(jié)的尖波漣漪如何作用于記憶的形成。
不要驚慌
研究心智功能的重新分類也可能帶來另一個重要的進展。例如，研究人員正在考慮同時進行全腦神經(jīng)活動和各種行為的分類，諸如記憶、知覺和注意力等功能類別都可以理解為“大腦狀態(tài)的特征”。
在早期的行為數(shù)據(jù)研究中，出現(xiàn)了一些違反直覺的分組，心理概念有可能在計算術(shù)語中被改寫 —— 可能是作為定義人工神經(jīng)網(wǎng)絡層的數(shù)學描述的簡化版本。
當然，這些潛在的解決方案都有缺點。但不能用舊方法無法回答的所有問題來評估一種新方法，而要根據(jù)它所激發(fā)的那些新問題來進行評估。這有點像這個問題沒有正確的解決方法，只有更好的方法和更糟的方法。
這些研究并不是想告訴人們：不要再用“記憶”這個詞了。但為了理解大腦，我們可能需要挑戰(zhàn)自己關于大腦如何工作的直覺 ——“就像量子力學挑戰(zhàn)我們對世界物理現(xiàn)象的理解一樣”。
另一個需要思考的重要問題是，一個新的框架最終可能會帶來多大的意義，你可能會獲得知識，但實際上你也可能會停止了解自己。
當我們思考大腦是如何工作的時候，我們想要回答的是：當我墜入愛河時，我的大腦會發(fā)生什么？當我興奮的時候，大腦發(fā)生了什么？如果我們過于遠離自身的主觀經(jīng)驗和熟悉的認知概念，我們對大腦的了解可能會像《銀河系漫游指南》里的“42”那樣：這是正確的答案，但不是我們腦海中問題的答案。那么，我們愿意接受這個事實嗎？
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