大脑一天的工作奥秘
曲 宏
意识是如何产生的?这是神经科学最前沿的课题。牛津大学神经科学家苏珊·格尔菲尔德的《大脑的一天》,从日常意识经验切入,通过主观心理状态最有代表性的典型一天,醒来、遛狗、早餐、工作、玩耍、做梦等,观测脑细胞毫秒级的关联活动,提出了神经元集合假说,将主观状态与对客观事物的量化描述对应起来,从而探索大脑与“意识”的奥秘。
心灵和意识不是一回事
关于意识的研究理论不少,有的从生物学视角,通过人们看到某些事情与没有注意这些事情相比,测量大脑发生了哪些变化;有的通过神经元对特定的照片、图像和文字的反应来研究意识产生的过程;有的认为,意识诞生于神经元的微管之中;也有的提出“大脑产生思想就如同肝胆分泌胆汁”。但作者认为,以上这些理论都不能完整地解释意识问题。
什么东西能证明意识的产生?这是个难题,大脑扫描图也好,公式也罢,都无法抓住意识最精髓的部分——主观性。作者研究证明,心灵和意识不是一回事,就像一个睡着的人没有失去心智一样,但它们无疑是有关联的。此前她的另一本书《大脑的隐秘生活》探讨了大脑在生理上是如何产生“心灵”和“意识”。她当时得出的结论是,需要一种“罗塞塔石碑”的东西,即通过一种关联物来描述“心灵”和“意识”的产生过程。在《大脑的一天》里,苏珊采用对意识的跨学科研究方法,提出把“神经元集合”视为将现象学和生理学联系起来的“罗塞塔石碑”。一旦神经元被触发,大规模的神经元会在亚秒级时间水平上临时性同步工作,在瞬间活动的量化数据与主体意识之间,也就有了一种对应关系。
早晨,被闹钟叫醒,就像把一块石头扔进水潭里荡起的涟漪。涟漪大小就是唤醒程度。投掷力度相当于闹钟铃声的声量,石头大小相当于神经元固有连接的规模。涟漪多大取决于石头的大小和投掷力度。苏珊研究的不是某个脑区,也不是微观的东西,而是通过测量的实证数据,把大脑定性的东西转化成定量的东西,也就是说,她寻找到了一种有意义的关联物,就是神经元集合。当然,早晨清醒与晚上入睡都是渐进过程,神经递质不像电灯开关一样,决定电灯是熄灭还是点亮,它其实调节的是亮度。在意识清醒时神经递质充足,大脑睡眠时则逐渐下降乃至消失。有意识时,不同脑区之间联系密切。无意识或意识弱的时候,联系减弱或中断。晚上深度睡眠时,脑区之间的连接中断,交流也不再那么有效。但同样是无意识状态,睡眠和麻醉却是有分级的。怎么才能找到这个分级过程?原来脑成像的时间分辨率无法记录这稍纵即逝的瞬间。但当一种新的技术出现,一切才彻底改观。这种新技术叫作电压敏感燃料成像,能在小于1秒的神经元集合活动瞬间直接序列成像,这使观测大脑过程成为现实,也使研究意识有了实证依据。
同样,遛狗也是生活中的常见场景,是一项有意义的散步。大脑与外界的交流,更多取决于大脑内部的活动。神经科学认为,思维是大脑中的运动,旅程越长,思维越深入。遛狗可以让人从日常生活脱身出来,无须应对心跳加快和景色转化带来的干扰,心理活动可以自由活动,神经元的连接就多,涟漪也可以变得更大,意识程度就高。与遛狗相反,滑雪、跳伞、过山车等刺激活动会高度唤醒多巴胺,意识状态会被动地对环境做出反应。多巴胺会减小神经元集合,涟漪就小,意识程度就低。其实,神经元集合就是意识的神经关联。
思维是大脑中的运动
一旦走进工作的大楼,工作、生活环境会影响人的大脑,光亮、声响等会推动大脑从一个时刻到另一个时刻。我们会意识到各种不同的感觉,但五种感觉不是独立分隔作用,反而会彼此作用。如果把意识看作某种单一感觉的话,那就无法真正理解意识状态。就像我们每天吃早餐,各种感官是协同作用的。视觉、嗅觉、听觉等都会影响味觉。环境是多感官的,对人类的意识有着复杂的影响。音乐和颜色都是环境的一部分,可以影响大脑对刺激的反应。有的餐厅播放舒缓的音乐,就餐时的味觉会更好。菜肴之所以讲究颜色搭配、菜式设计,就是为了让食客在视觉上有美感,从而产生食欲。重感冒造成鼻子堵塞,就品不出食品味道。因为舌头和鼻子是工作时的“伙伴”关系,食品的能量分子通过口腔到达鼻腔通道上的感受器,才能品出食品的味道。而鼻子不工作,感受器就无法接收到这些味道。同时,视觉对味觉也有影响,用橘色或奶油色的杯子盛巧克力,喝起来就更有巧克力味。颜色因物理属性会影响神经元之石的大小,就是神经元集合规模的大小,也就是涟漪的大小。对不同颜色,大脑中心所释放的化学物质的水平也不同。颜色波长可以影响人的唤醒水平,也就是神经元集合的大小。比如,黄色的波长长,能刺激人的情绪反应,振奋人的精神;绿色位于光谱的中央,眼睛不需要额外调节,就可以获得休息和放松,刺激弱,反应也弱,人心自然安宁。另外,颜色与个人环境间经学习建立起来的中介也发挥作用,比如红色能提高注意力,红色常常是与生死相关的血液、愤怒时的面红耳赤相关联,与交通信号灯后面的踩刹车也有联系,红色能对脉搏、心率等产生影响。红色作为警示信号,能够起到回避危险的提示作用,让意识更加警觉和紧张。颜色与特定反应的关联,最终影响的是意识水平。
《大脑的一天》通过神经元集合描述的框架,让我们发现日常经验是可以转变成化学物质和电信号的。通过测量一天中大脑活动状态下化学物质和电信号情况,建立了客观生理结构与主观体验之间的对应关系。但就像不能用黄油做的刀切黄油一样,现在在意识的研究上还无法实现从描述框架到因果关系的跨越。从这个意义上讲,对意识的探索还有很长的路要走。
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