Neuron:科學(xué)家發(fā)現腦波的行為編碼規則

             神經(jīng)科學(xué)中一個(gè)zui大難題就是，大腦是怎樣在細胞水平為思維——如認知和記憶編碼的。已有證據顯示，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。據物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，zui近，美國麻省理工大學(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，他們發(fā)現神經(jīng)元集群是通過(guò)彼此同步振動(dòng)的方式來(lái)給某個(gè)行為規則編碼。研究人員指出，這一發(fā)現表明意識的本質(zhì)屬性可能是有節律的。“當我們交談時(shí)，各種想法在頭腦中不斷浮現又消失，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)。

           研究人員識別出了猴子腦中的兩組神經(jīng)元集群。他們訓練這些猴子根據物體不同的顏色和方向作出不同的反應，這要求猴子在認知上有靈活性——在兩套不同行為規則之間轉換的能力。“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)導作者之一、麻省理工大學(xué)博士后蒂姆·布施曼說(shuō)。當猴子改變任務(wù)時(shí)，研究人員檢測了它們整個(gè)前額葉皮質(zhì)（大部分計劃、思考發(fā)生在這里）不同區域所產(chǎn)生的腦波，發(fā)現神經(jīng)元電流以節律性振動(dòng)的形式產(chǎn)生了腦波。當猴子以方向為判斷準則時(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，當以顏色為準則時(shí)，曾經(jīng)的“方向組”神經(jīng)元之間出現了低頻α波。研究人員認為，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)。

           “這表明方向準則是占優(yōu)勢的，顏色準則相對較弱。大腦對‘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)調彼此行為的。有些神經(jīng)科學(xué)家認為，這需要有更深的腦結構起作用，比如丘腦來(lái)執行這一協(xié)調任務(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(zhù)你的思維？這是認知上的zui大秘密。”該研究也有助于揭示意識的神經(jīng)基礎。米勒說(shuō)：“意識zui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)解釋了為何意識容量是有限的。當一個(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)周期的信息數量是有限的，破壞這些振動(dòng)可能導致神經(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。