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研究揭示我们的大脑如何产生意识并失去意识

更新时间:2019-11-20 01:05:02

  麻醉过程鹿血片有没有用物引起的意识丧失(mLOC)与大脑在解剖学上的宏观连接(跨皮质区域)的破坏有关,但大脑微电路在LOC中扮演何种角色仍不清楚。我们的大脑是如何产生意识的?为什么我们在麻醉过程中会失去它呢?有影响力的理论认为,意识依赖于大脑区分特定感官输入和大量备选方案的能力,类似于能够从众多结果中选择一种。

  事实上,利用fMRI在人类身上进行的几项研究已经在解剖学的宏观尺度上,也就是在大脑大区域的水平上,确定了一系列丰富的皮层活动的休息状态。然而,哥伦比亚大学(Columbia University)领导的一个研究小组认为,一个人在任何时候都能辨别一组备选方案的能力应该来源于局部神经元整体(神经回路的功能构建模块)水平上的微观活动模式或微观状态。

  哥伦比亚大学Rafael Yuste实验室的研究人员首次在小鼠体内使用细胞分辨率双光子钙成像技术研究了麻醉过程中神经元微状态的局部变化。研究小组发现,麻醉通过减少大脑皮层的网络微观状态和神经元整体来破坏神经模式的数量,并在两名受试者的微电极阵列记录中证实了他们的发现。

  他们近日发表在《Cell Systems》杂志上的研究结果表明,在mLOC过程中,大脑的功能连接在微观和宏观解剖尺度上都被破坏了。哥伦比亚大学Yuste实验室主任、生物科学和神经科学教授Rafael Yuste说:“这项研究很重要,因为它把意识的本质问题提到了神经元回路的层面。它提供了一条线索可以解释由病理学或麻醉药引起的小群神经元协调能力的改变,以及如何导致意识的改变。”Yuste也是哥伦比亚大学数据科学研究所的成员,也是“大脑计划”的发起者之一。

  一种主流的观点认为,尽管mLOC与功能连接的宏观破坏有关,但局部网络仍在显示类似于清醒状态的动态,但是是以一种孤立的方式显示的,论文的第一作者Michael Wenzel说道:“虽然这表明LOC是由大脑各区域神经活动不协调引起的,但我们发现,在mLOC过程中,局部网络动态发生了显著变化。我们的研究结果表明,意识的丧失可能源于局部微电路的改变,这将在宏观连接方面产生缺陷。”他当时是Rafael Yuste实验室的一名副研究员。

  这项研究题为“Reduced Repertoire of Cortical Microstates and Neuronal Ensembles in Medically Induced Loss of Consciousness”,为理解局部神经元整体的动态如何导致意识状态的丧失或出现提供了一个基础。

  作者指出,尽管他们希望他们的研究能对神经回路的基础科学有所帮助,但是关于局部回路在意识丧失或获得过程中所起作用的机制研究仍然具有挑战性。

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