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无休止的自发活动

2020年7月2日  来源:脑与意识 作者:(美)斯坦尼斯拉斯·迪昂 提供人:huangtang13......

我告诉你:人必须心怀混沌才能创造舞星。我也告诉你:汝之心中亦有混沌。

——尼采,《查拉图斯特拉如是说》(1883—1885)

我们的模拟过程中出现了另一个有趣的现象——自发神经活动。我们并不需要不停地刺激神经网络,即使在没有任何刺激输入的条件下,神经元也会因突触间的随机事件自发放电——这些无序的活动会自发组成可以识别的模式。

在高水平的警觉参数下,复杂的放电规律在电脑屏幕上不断起伏。在没有任何刺激的情况下,我们可以偶尔识别到全脑启动。对同一刺激编码的整个皮质柱会激活一小段时间,然后归于平静。零点几秒后,另一个全脑启动将会取代它。神经网络没有任何预兆地自发组织成一系列随机的启动,和那些知觉到外部刺激而产生的启动极其相似。唯一的区别是,自发性激活倾向于从工作空间中较高级的皮质开始,向下传播到感觉区域,这和实际的知觉过程恰恰相反。

真正的脑存在这种内源性活动吗?答案是肯定的。实际上,有组织的自发活动在神经系统中无处不在。任何见过脑电图的人都知道这一点:无论是清醒状态还是睡眠状态,两个脑半球都在不断地产生大量的高频电流。这种自发性兴奋非常强,在脑活动中占有举足轻重的地位。相比之下,由外部刺激诱发的激活却只能勉强被检测到,而且需要通过多次平均之后才能被观察到。由刺激诱发的活动所消耗的能量只占到脑消耗总能量的很小一部分,大概不到5%。神经系统主要还是一个可以产生自己的思维模式的自动装置。当我们休息或者“什么都不想”的时候,即使在黑暗中,脑也在产生一系列复杂且不断变化的神经活动。

脑皮质的自发活动模式最早是在动物身上被观察到的。魏斯曼机构的阿米兰·格林瓦尔德(Amiram Grinvald)及其同事利用对电压敏感的染料进行标记,将看不见的电压变化转为看得见的光反射比变化,记录了在长时间跨度下大片脑皮质的电活动 49 。令人惊奇的是,尽管动物已经被麻醉了,复杂的活动模式还是出现了。在没有任何刺激的黑暗中,一个视觉神经元会突然更强烈地放电。而且并不只有一个神经元如此:脑成像显示,一整组神经元同时都自发激活了。

人脑中也存在类似的现象 50 。静息态脑激活图像显示,脑并不总是保持平静,它的皮质活动模式会不断变化。分布在两个脑半球中的全脑网络,在不同个体之间展现出相似的激活。有一些区域的激活模式和外部刺激诱发的激活相对应。比如,大片语言回路在我们听故事的时候会被激活,但当我们在黑暗中休息的时候,这个部位也会自发放电,产生所谓的“内部言语”(internal speech)。

静息状态中神经活动的意义一直是神经科学家们争论的重点之一。其中一些活动可能仅仅意味着脑的随机放电沿着现有神经网络的连接结构前进。否则还能去哪儿?事实上,一部分相关的激活在睡眠、麻醉甚至昏迷状态下仍然会出现 51 。但是,在被试清醒且专注的时候,另一些激活却直接出卖了被试的想法。例如,属于静息态网络的默认网络,会在我们思考个人情况、提取自传体记忆或者比较自己和他人的想法时激活 52 。当被试躺在扫描仪中,等到他们的大脑出现这种默认模式时再问他们此刻在想什么,相比于其他时间点他们更可能报告自己正神游于自己的思绪和记忆中 53 。所以从某种程度上说,自发激活的特定网络能预测一个人的心理状态。

总而言之,神经元的不断放电让我们不断思考。此外,这些内部活动和外部世界不断竞争。在默认网络高度活跃时,突然呈现一个刺激,比如一张图片,将不会再诱发一个大的P3脑波,就如同呈现给注意力保持集中的被试时一样 54 。内部意识状态会干扰我们意识外部事件的能力。自发的脑活动会侵入全脑工作空间,如果被采纳就会长时间阻止脑对其他刺激的获取。在第1章提到的非注意盲视中,我们提到了关于这种现象的很多例子。

当电脑模拟展示了这种内部活动时 55 ,我和同事们都非常开心。一束束自发启动在我们的眼前出现,当刺激的警觉参数比较高时,自发启动更有可能表现出全脑一致性。至关重要的是,在此期间,如果我们用外部输入刺激这个模拟网络,即使这个刺激远高于启动阈限,也会被阻碍,无法达到全脑启动的阈值,这就是内部活动与外部刺激间的竞争。我们的模拟程序可以模仿非注意盲视和注意瞬脱——这两种现象都说明了大脑不能在同一时间有意识地关注两项任务。

自发活动也解释了为什么同样的刺激,有时候会引起大规模的启动,有时候却只会引起一些断断续续的激活。这完全取决于刺激前所激活的噪声模式是否与将要到来的锋电位相兼容。在我们的模拟中,和活体人脑一样,脑活动中的随机波动会左右对外部微弱刺激的知觉 56

计算机模拟 / 意识

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