2022年03月21日 11:41
【科學快訊】
Via：elf—moondance
作者 |Jordana Cepelewicz
翻譯 |劉子涵
來源 | 酷炫腦
隨著研究的深入，大腦的複雜程度超乎科學家的想象。
記憶和其他精神功能並不能被認為是大腦某一個部分的功勞。
神經科學家是大腦不同領域的制圖師，負責定義這些領域的特征和活動，連接這些領域的道路和高速公路，以及界定這些領域的邊界。大腦前部，就是在前額後面的位置，是前額皮質，被稱為判斷的中樞。在它的後面是運動皮層，負責計劃和協調運動。側面是顳葉，它對記憶和情緒處理至關重要。在它們上面是軀體感覺皮層；在它們後面是視覺皮層。
據美國東北大學心理學家Lisa Feldman Barrett說，研究人員不僅經常像地圖繪制者在大陸上畫國家一樣描繪大腦及其功能，而且他們這樣做的方式就像是個老式的地圖繪制者一樣。他們根據自己在心理，精神或行為上感興趣的東西來分析大腦。然後，他們會把這些功能分配給不同的大腦神經元網絡，就好像它們是樂高積木，有明確的界限一樣。
但是，一幅邊界整齊的大腦地圖不僅過於簡單，而且具有誤導性。Barrett說：「一百多年來，科學家們一直在尋找大腦在思考、感覺、決定、記憶、移動和其他日常經曆之間的界限，但始終沒有結果。」最近的一系列神經學研究進一步證實，這些心理分類「對理解大腦的結構或工作方式是不好的指導」。
對於大腦的結構是如何組織的，神經科學家們普遍持有一致的意見：形成特定的區域、網絡和細胞類型。但是，當涉及到大腦可能執行的任務時——例如感知、記憶、注意力、情感或行動——「事情就會變得更加不可靠」 ，紐約大學的神經學家David Poeppel說。
沒有人質疑視覺皮層使人有視覺能力，聽覺皮層使人有聽覺能力，海馬體對記憶至關重要這些功能。由於對這些區域的損傷會損害這些能力，研究人員已經確定了這些區域潛在的機制。
但是，舉例來說，記憶也需要除海馬體之外的大腦網絡來輔助成型，而海馬體也被證明是越來越多除記憶之外的認知過程的關鍵。有時候，這些大腦功能重疊的程度太大，以至於「地圖」上的標簽開始失去意義。這就是為什麼很多科學家認為，為了讓我們真正理解大腦是如何工作的，該領域的核心概念可能需要修改。
當功能磁共振成像和其他強大的技術使以越來越複雜的方式檢查活體大腦成為可能時，神經科學家們開始尋找人類心理能力的物理基礎。他們在理解知覺、注意力、學習、記憶、決策、運動控制和其他腦部活動的神經基礎方面取得了巨大進展。然而，他們也發現了令人不安的證據。
這些證據表明現有的這些分類和支持它們的神經網絡並沒有像預期的那樣起作用。Barrett說，大腦的結構不僅不尊從既定的心理類別之間的界限，而且這些類別之間的重疊如此之多，以至於一個大腦網絡「擁有的別名比福爾摩斯還多」。
這種認同危機並不局限於感知或其他認知功能的神經中樞。小腦是所有脊椎動物大腦中的一個結構，過去被認為負責運動控制。但是現在科學家發現，它也有助於注意力過程、情緒調節、語言處理和決策。基底神經節是大腦中另一個古老的部分，通常與運動控制有關，但現在也被發現與幾個高級認知過程有關。
這些令人困惑的結果可能來自於方法論上的問題。例如，為了發現人類大腦的不同功能，神經科學家通常將認知過程與fMRI測量的大腦活動模式聯系起來。但研究表明，研究人員需要對被試者的肌肉抽搐和坐立不安行為更加警惕，因為這些行為可能會影響讀數。
2019年，斯坦福大學的神經科學家Russell Poldrack和他的同事開始測試目前已知的心智功能類別是否真的正確。他們從實驗中收集了大量的行為數據，並將其通過機器學習分類器運行。「測量知覺或記憶的任務實際上並沒有測量不同的構念，這表明，這兩個類別真的不精確。」Poldrack說。他還強調，感知或記憶並不是一個無用的術語，但是如果我們想了解大腦的功能，可能需要更精確的方法來理解這些特定的功能。
事實上，人們甚至不清楚如何區分感知測試和記憶測試，這表明，這些分類構念「可能實際上不是思維的真正組織特征，」Poldrack說。
Joseph LeDoux是紐約大學的神經科學家，因其在杏仁核方面的開創性工作而聞名。杏仁核通常被稱為大腦的恐懼中心。但LeDoux認為，這種固有思想是非常錯誤的，也是非常有害的。他說：「多年來，我一直被人介紹說，是我發現了恐懼的感覺是從杏仁核中產生的。但當我被這樣介紹時，我總是有點尷尬。」
實際上，在過去的十年裏，LeDoux一直在強調，杏仁核與產生恐懼完全無關。他指出，恐懼是一種對情境的認知解釋，是一種與記憶和其他過程相聯系的主觀體驗。一些人所經曆的恐懼的心理現象，可能在另一些人的體驗中是完全不同的。研究表明，恐懼的感覺產生於前額葉皮層和相關的大腦區域。另一方面，杏仁核與處理、回應威脅有關，這是一種古老的潛意識行為和生理機制。LeDoux說：「證據表明，並不總是恐懼導致了這種行為。」
把杏仁核稱為恐懼中心似乎是沒錯的。但是，「杏仁核繼承了所有恐懼」的這種錯誤理解可能會歪曲藥物開發的努力，包括那些旨在減少焦慮的藥物。當在處在壓力下的動物身上測試潛在的治療方法時，如果動物表現得不那麼膽怯或表現出更少的生理興奮，這通常被解釋為焦慮或恐懼水平的降低。但LeDoux說，藥物可以改變人的行為或生理反應——即杏仁核的輸出——卻不能治愈我們的焦慮感。
由於發現神經系統的特殊功能並非完全參與或完全不參與，區分不同大腦區域的重要性變得更加複雜。有時這取決於被處理的細節。以內側顳葉中被稱為周皮層的部分為例，它是皮層中經典的「記憶」系統的關鍵組成部分。
美國國家心理健康研究所的Elisabeth Murray等人做了實驗，要求人類和猴子從一對變形成不同程度相似的圖像中選擇自己想要的圖像。他們發現，只有當特定數量的特征重疊出現時，外周皮層才會參與任務的執行。同樣的，傳統上被賦予視覺知覺作用的顳下皮層，也被發現在記憶任務中起關鍵作用。
對於已退休的神經生物學家Steven Wise來說，這些發現意味著研究人員應該研究信息的不同組合，而不是根據特定的視覺、聽覺、體感或執行功能來對腦部皮質區域進行分類。他認為，這種大腦組織結構解釋了為什麼在傳統的心理活動地圖中有這麼多意想不到的功能重疊。當每個區域看似代表一種特定的信息組合時，實際上它可能同時對記憶、感知、注意力和行動都存在關系。」 Wise說。
雖然很多研究人員都同意，目前許多神經科學研究的清單存在問題，但對於如何解決它，人們幾乎沒有共識。即使是那些支持對這一領域進行更徹底改革的科學家，也很難對其進行概述。馬裏蘭大學的神經科學家Luiz Pessoa說：「我經常發現自己使用了一大堆術語，而這些術語本身正是我要批判使用的。我怎麼能在不講注意力、情感和動力的情況下說出一切呢？」
蒙特利爾的Cisek是從進化角度開始重建概念類別的幾位研究人員之一。在過去的五年裏，他一直在努力研究脊椎動物的進化。他認為，大腦中確實存在功能的細分。並且，它們實際上有一段進化曆史。如果我們能夠識別這段曆史，我們就能更好地識別這些概念。
Cisek說：「你會意識到，無論是‘決策’還是‘注意力’，實際上都與大腦中的某個東西沒有關系。相反，大腦中有一些非常實用的回路，它們會做一些‘接近’或‘避免’之類的事情……其中一些事情看起來有點像注意力。」
Buzsáki持有類似觀點，他說：「我們必須首先研究大腦機制，以及這些東西如何進化。例如，記憶、未來規劃和想象在一定程度上都是由相同的神經機制編碼的。從進化的角度來看，這是很有道理的，因為相同的系統可以用於不同的目的。所以最好把所有這些考慮為一個整體。」
另一個需要考慮的重要問題是，一個新的研究框架最終可能會產生多大的意義？「你可能會獲得知識，但實際上你可能會停止了解自己，」約翰霍普金斯大學的Krakauer說。
Krakauer解釋說，當我們想知道大腦是如何工作的時，我們其實想知道的是：當我墜入愛河時，我的大腦會發生什麼？或者，當我興奮的時候，我的大腦會怎麼樣？
他擔心，如果我們過於遠離我們的主觀經驗和熟悉的認知概念，我們對大腦的了解可能會像《the Hitchhiker ‘s Guide to the Galaxy》中的「42」那樣，得到了正確的答案，但不是我們腦海中問題的答案。
「現在，我們願意接受這個事實嗎？」 Krakauer問道。
