科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腦波的行為編碼規(guī)則

神經(jīng)科學(xué)中一個(gè)最大難題就是，大腦是怎樣在細(xì)胞水平為思維——如認(rèn)知和記憶編碼的。已有證據(jù)顯示，不同的神經(jīng)元集群代表了不同的信息，但還沒(méi)人知道這些集群是什么樣子或怎樣形成的。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，最近，美國(guó)麻省理工大學(xué)和波士頓大學(xué)通過(guò)研究猴子行為，揭示了神經(jīng)元集群怎樣形成思維，并為思想的靈活變化提供支持。相關(guān)論文發(fā)表在近日出版的《神經(jīng)元》雜志上。

該研究由麻省理工大學(xué)皮科瓦學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授埃爾·米勒領(lǐng)導(dǎo)，他們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元集群是通過(guò)彼此同步振動(dòng)的方式來(lái)給某個(gè)行為規(guī)則編碼。研究人員指出，這一發(fā)現(xiàn)表明意識(shí)的本質(zhì)屬性可能是有節(jié)律的。

“當(dāng)我們交談時(shí)，各種想法在頭腦中不斷浮現(xiàn)又消失，這些都是各種神經(jīng)元集群在不斷形成，組成一種形式，再改成其他形式。但大腦是怎樣做到這一點(diǎn)的還是個(gè)謎。”米勒說(shuō)，這也正是思維本身的真正性質(zhì)。

研究人員識(shí)別出了猴子腦中的兩組神經(jīng)元集群。他們訓(xùn)練這些猴子根據(jù)物體不同的顏色和方向作出不同的反應(yīng)，這要求猴子在認(rèn)知上有靈活性——在兩套不同行為規(guī)則之間轉(zhuǎn)換的能力。“事實(shí)上，它們所做的是把注意力集中在物體信息的某些方面，而忽略其他方面。它們選擇哪種行為取決于環(huán)境。”論文領(lǐng)導(dǎo)作者之一、麻省理工大學(xué)博士后蒂姆·布施曼說(shuō)。

當(dāng)猴子改變?nèi)蝿?wù)時(shí)，研究人員檢測(cè)了它們整個(gè)前額葉皮質(zhì)（大部分計(jì)劃、思考發(fā)生在這里）不同區(qū)域所產(chǎn)生的腦波，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元電流以節(jié)律性振動(dòng)的形式產(chǎn)生了腦波。當(dāng)猴子以方向?yàn)榕袛鄿?zhǔn)則時(shí)，某些神經(jīng)元以高頻振蕩，產(chǎn)生了β頻率波動(dòng)；以顏色為準(zhǔn)則時(shí)，另一組神經(jīng)元產(chǎn)生了β波。有些神經(jīng)元會(huì)重疊，多組集群都會(huì)用到它們，但每組集群都有自己的組合方式。而且，當(dāng)以顏色為準(zhǔn)則時(shí)，曾經(jīng)的“方向組”神經(jīng)元之間出現(xiàn)了低頻α波。研究人員認(rèn)為，α波與腦活動(dòng)抑制有關(guān)，能幫助那些“方向組”的神經(jīng)元安靜下來(lái)。

“這表明方向準(zhǔn)則是占優(yōu)勢(shì)的，顏色準(zhǔn)則相對(duì)較弱。大腦對(duì)‘方向組’發(fā)出了一陣α波，讓它們平息下來(lái)，這樣猴子才能使用較弱的神經(jīng)組。”

目前，研究小組正致力于探索大腦在不同規(guī)則之間切換，也就是思考的時(shí)候，神經(jīng)元集群之間是怎樣協(xié)調(diào)彼此行為的。有些神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為，這需要有更深的腦結(jié)構(gòu)起作用，比如丘腦來(lái)執(zhí)行這一協(xié)調(diào)任務(wù)，但還沒(méi)人能確證這一點(diǎn)。米勒說(shuō)：“究竟是什么在控制著你的思維？這是認(rèn)知上的最大秘密。”

該研究也有助于揭示意識(shí)的神經(jīng)基礎(chǔ)。米勒說(shuō)：“意識(shí)最基本的特征是它的容量有限，能在頭腦里并存的思想非常少。”這些波動(dòng)解釋了為何意識(shí)容量是有限的。當(dāng)一個(gè)動(dòng)物同時(shí)思考兩件事時(shí)，需要兩組不同的集群以β頻率振動(dòng)，它們互相干擾了相位。適合一個(gè)波動(dòng)周期的信息數(shù)量是有限的，破壞這些振動(dòng)可能導(dǎo)致神經(jīng)紊亂，如精神分裂癥。研究還顯示，精神分裂癥患者的β振動(dòng)減少。