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意识的起源? 科学家发现一个巨大神经元缠绕整个大脑周围

2017-3-2 未解之谜网

这可能是意识形成的地方。

这是第一次,科学家侦测到一个巨大神经元缠绕在一只老鼠的整个大脑周围,并且跨越大脑两个半球,非常密集地连接在一起,它最终可能解释为意识的起源。

利用新的影像技术,这个团队侦测到这个巨大神经元来自于大脑中连接最好的区域之一,并且表示它可能协调来自不同地区的讯号,产生意识思维(conscious thought)。

这个最近发现的神经元,是第一次在哺乳动物大脑中侦测到的三种神经元之一,而且是否还有类似的结构存在于大脑中几百年未被发现,这个新的影像技术可以协助找出。

在马里兰州(Maryland)的最近一次透过先进创新神经科技的大脑研究(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies)计划会议上,来自艾伦大脑科学研究所(Allen Institute for Brain Science)的一个团队描述了所有3个神经元如何跨越大脑的两个半球,但最大的一个缠绕在大脑的周围,像一个“荆棘王冠”。

您可以在这篇文件最上面的图片中,看见它们所强调的。

首席研究员Christof Koch对自然期刊(Nature)的Sara Reardon表示,以前从未看见神经元延伸这么远,跨越到大脑的两个区域。

很奇怪的是,所有3个巨大神经元都碰巧来自于大脑的一块区域,屏状体(claustrum)。屏状体连接到人类的意识,在过去引发了兴趣。就体积而言,薄薄的一层灰色物质,可能是整个大脑中最连接的结构。

这块相当小的区域隐藏在大脑中心的新皮质的内表面之间,并且几乎与所有皮质层联系,来完成许多更高程度的认知功能,例如语言、长期规划,以及例如视觉和听觉的高阶感官工作。

回到2014年,Koch在科学美国人杂志(Scientific American)上写道:“先进的脑部影像技术,看见白色物质纤维快速地进出屏状体,显示它是一个巨大的神经中央车站,几乎皮质层的每块区域送出纤维到屏状体。”

在2005年,与Koch共同撰写的一篇论文提到,屏状体是如此密集地连接到大脑的几个关键区域,Francis Crick的DNA双螺旋名声把它称作是一个“意识的领导者(conductor of consciousness)”。

他们认为它把所有的外部和内部感知能力连接在一起,形成一个单一的统合经验,像是一位指挥使管弦乐团能够协调。而且过去几年的奇怪医学案件,只会让情况更强烈。

回到2014年,一名54岁的女性在华盛顿特区的乔治华盛顿大学医学院(George Washington University Medical Faculty Associates)看病,接受癫痫治疗。

这项治疗涉及到使用电极轻轻地探测她的大脑不同区域,以便于缩小她的癫痫发作的可能来源,但是当这个团队开始刺激这位女士的屏状体时,他们发现可以有效地’切换’她的意识。

Helen Thomson当时在新科学家(New Scientist)杂志报导:

“当这个团队用高频电脉冲扫射这块区域时,这位女士失去了知觉。她停止阅读,并且发呆。她没有回应听觉指令或视觉指令,而且呼吸变慢。

一旦刺激停止,她立即恢复意识,但不记得发生的事情。在两天的实验期间,每次这块地区受到刺激,同样的事情会发生。”

根据没有参与这项研究的Koch,这种突然和具体的意识’停止和开始’,以前从来没有看过。

2015年的另一项实验,检查171位有创伤性脑损伤(traumatic brain injuries)的战斗退伍军人,查看他们的屏状体损伤对意识的影响。

他们发现,屏状体的损伤与持续时间有关,而不是频率;认为它可能在意识思维的开与关,扮演一个重要的角色。但是另一个区域可以涉及维护屏状体。

然而现在,Koch和他的团队发现,在老鼠大脑内的大量神经元,是来自于这个神秘的区域。

为了绘制出神经元的分布图,研究人员通常必须用染料注入到个别的神经细胞,将大脑切成薄片,然后用手来追踪神经元的路径。

这是一个出人意外的基本技术让神经科学家必须要执行,而且考虑到在过程中必须破坏大脑,它不能经常在人体器官上来做。

Koch和他的团队想要提出一项较不侵入性的技术,并且藉由特定药物的活化来改造老鼠,使得它们的屏状体神经元具有特定的基因。

Reardon在自然期刊(Nature)报导:“当这些研究人员给老鼠服用少量的药物时,只有少量的神经元接收到足够的药量来打开这些基因。”

“这会造成绿色萤光蛋白质的产生,散播到整个神经元。然后这个团队拍摄1万张这只老鼠大脑横切面的照片,并使用电脑程式来产生只有3个发光细胞的3D重建。”

我们应该记住,只是因为这些新的巨大神经元连接到屏状体,并不意味着Koch有关于意识的假设是正确的。我们距离证明这个假设,还有很长的路要走。

同样重要的是,要注意这些神经元到目前为止,只在老鼠的大脑被侦测到,而且这项研究还没有发表在同行评议期刊上。所以,我们需要等待进一步确认,然后才能真正探究这项发现对人类来说,可能是意味着什么。

但这项发现是这个谜团很有趣的一部分,可以帮助了解这个重要且神秘的大脑区域,以及它如何与人类的意识思维经验有关。

这项研究在2月15日,在马里兰州贝塞斯达(Bethesda)举行的透过先进创新神经科技的大脑研究计划会议上提出。

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