作為人類思維活動的基礎與核心，意識體驗如何產生，它的本質和物質基礎是什么？北京師范大學和中國人民解放軍總醫院等單位的科研人員展開合作，發現大腦中大尺度的神經網絡共同參與意識體驗的產生過程，傳統上被認為只是“二傳手”角色的丘腦在其中發揮了重要作用。相關論文于4月4日在《科學》期刊上在線刊發。
論文通訊作者、北京師范大學心理學部、認知神經科學與學習國家重點實驗室/IDG麥戈文腦研究所張鳴沙教授告訴科技日報記者，非侵入式方法很難捕捉微小空間和時間尺度上不同腦區間的信號處理和傳導。此次，在遵守倫理規范的前提下，團隊將5名因臨床治療需要已在腦內植入電極的患者作為被試，揭開意識體驗產生時大腦活動之謎。
不過，如何用實驗找到意識體驗產生的那一刻？張鳴沙說，這也是研究的難點和亮點，要讓被試在清醒狀態下執行一項特定視覺任務。簡單來說，他們通過反復調試，將某種圖像信號的刺激強度調試在被試的視覺感知閾值附近，即同一被試者面對同樣的視覺刺激，有可能看得見，也有可能看不見。當被試報告看到時，則可認為意識參與其中。團隊還進行了一系列設計，分離出和視覺意識相關的神經活動。“我們發現，當被試報告‘看見了’的時候，腦內部分區域的活動信號明顯增強。”張鳴沙說。
結合眼動追蹤技術及人類立體定向腦電圖技術，研究發現，意識體驗產生期間，丘腦內的高級核團早于大腦皮層中部分區域如前額葉開始活躍，其活躍強度也高于前額葉。盡管只有毫秒差別，但該研究仍然精準捕捉到信號先到丘腦中央核團再流向前額葉的過程。具體來說，丘腦板內核和內側核比腹側核團發揮著更重要的作用。此外，外側前額葉與板內核和內側核之間的相互作用在意識體驗中起關鍵作用，這種相互作用起源于板內核和內側核。
此前一般認為，丘腦的主要作用是傳遞信息，但該研究證明，丘腦部分核團其實扮演了“門控”的角色，在意識體驗產生期間調節前額葉活動。
張鳴沙表示，研究為進一步認識意識體驗產生時腦區間信號通路如何建立、大腦如何進行信息加工和處理提供了新的洞見。“意識體驗不單是在大腦皮層完成，實際上，相關腦區形成了大尺度的神經網絡來支撐意識體驗的產生。”張鳴沙表示，研究可為臨床上意識障礙病人殘存意識的精準監測和相關干預治療提供幫助，還能為類腦AI的研發提供新的思路。
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