意識的起源? 科學家發現一個巨大神經元纏繞整個大腦周圍

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這可能是意識形成的地方。

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這是第一次,科學家偵測到一個巨大神經元纏繞在一隻老鼠的整個大腦周圍,並且跨越大腦兩個半球,非常密集地連接在一起,它最終可能解釋為意識的起源。

利用新的影像技術,這個團隊偵測到這個巨大神經元來自於大腦中連接最好的區域之一,並且表示它可能協調來自不同地區的訊號,產生意識思維(conscious thought)。

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這個最近發現的神經元,是第一次在哺乳動物大腦中偵測到的三種神經元之一,而且是否還有類似的結構存在於大腦中幾百年未被發現,這個新的影像技術可以協助找出。

在馬里蘭州(Maryland)的最近一次透過先進創新神經科技的大腦研究(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies)計畫會議上,來自艾倫大腦科學研究所(Allen Institute for Brain Science)的一個團隊描述了所有3個神經元如何跨越大腦的兩個半球,但最大的一個纏繞在大腦的周圍,像一個「荊棘王冠」。

您可以在這篇文件最上面的圖片中,看見它們所強調的。

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首席研究員Christof Koch對自然期刊(Nature)的Sara Reardon表示,以前從未看見神經元延伸這麼遠,跨越到大腦的兩個區域。

很奇怪的是,所有3個巨大神經元都碰巧來自於大腦的一塊區域,屏狀體(claustrum)。屏狀體連接到人類的意識,在過去引發了興趣。就體積而言,薄薄的一層灰色物質,可能是整個大腦中最連接的結構

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這塊相當小的區域隱藏在大腦中心的新皮質的內表面之間,並且幾乎與所有皮質層聯繫,來完成許多更高程度的認知功能,例如語言、長期規劃,以及例如視覺和聽覺的高階感官工作。

回到2014年,Koch在科學美國人雜誌(Scientific American)上寫道:「先進的腦部影像技術,看見白色物質纖維快速地進出屏狀體,顯示它是一個巨大的神經中央車站,幾乎皮質層的每塊區域送出纖維到屏狀體。」

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在2005年,與Koch共同撰寫的一篇論文提到,屏狀體是如此密集地連接到大腦的幾個關鍵區域,Francis Crick的DNA雙螺旋名聲把它稱作是一個「意識的領導者(conductor of consciousness)」。

他們認為它把所有的外部和內部感知能力連接在一起,形成一個單一的統合經驗,像是一位指揮使管弦樂團能夠協調。而且過去幾年的奇怪醫學案件,只會讓情況更強烈。

回到2014年,一名54歲的女性在華盛頓特區的喬治華盛頓大學醫學院(George Washington University Medical Faculty Associates)看病,接受癲癇治療。

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這項治療涉及到使用電極輕輕地探測她的大腦不同區域,以便於縮小她的癲癇發作的可能來源,但是當這個團隊開始刺激這位女士的屏狀體時,他們發現可以有效地’切換’她的意識。

Helen Thomson當時在新科學家(New Scientist)雜誌報導:

「當這個團隊用高頻電脈衝掃射這塊區域時,這位女士失去了知覺。她停止閱讀,並且發呆。她沒有回應聽覺指令或視覺指令,而且呼吸變慢。

一旦刺激停止,她立即恢復意識,但不記得發生的事情。在兩天的實驗期間,每次這塊地區受到刺激,同樣的事情會發生。」

根據沒有參與這項研究的Koch,這種突然和具體的意識’停止和開始’,以前從來沒有看過。

2015年的另一項實驗,檢查171位有創傷性腦損傷(traumatic brain injuries)的戰鬥退伍軍人,查看他們的屏狀體損傷對意識的影響。

他們發現,屏狀體的損傷與持續時間有關,而不是頻率;認為它可能在意識思維的開與關,扮演一個重要的角色。但是另一個區域可以涉及維護屏狀體。

然而現在,Koch和他的團隊發現,在老鼠大腦內的大量神經元,是來自於這個神秘的區域。

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為了繪製出神經元的分布圖,研究人員通常必須用染料注入到個別的神經細胞,將大腦切成薄片,然後用手來追蹤神經元的路徑

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這是一個出人意外的基本技術讓神經科學家必須要執行,而且考慮到在過程中必須破壞大腦,它不能經常在人體器官上來做。

Koch和他的團隊想要提出一項較不侵入性的技術,並且藉由特定藥物的活化來改造老鼠,使得它們的屏狀體神經元具有特定的基因。

Reardon在自然期刊(Nature)報導:「當這些研究人員給老鼠服用少量的藥物時,只有少量的神經元接收到足夠的藥量來打開這些基因。」

「這會造成綠色螢光蛋白質的產生,散播到整個神經元。然後這個團隊拍攝1萬張這隻老鼠大腦橫切面的照片,並使用電腦程式來產生只有3個發光細胞的3D重建。」

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我們應該記住,只是因為這些新的巨大神經元連接到屏狀體,並不意味著Koch有關於意識的假設是正確的。我們距離證明這個假設,還有很長的路要走。

同樣重要的是,要注意這些神經元到目前為止,只在老鼠的大腦被偵測到,而且這項研究還沒有發表在同行評議期刊上。所以,我們需要等待進一步確認,然後才能真正探究這項發現對人類來說,可能是意味著什麼。

但這項發現是這個謎團很有趣的一部分,可以幫助了解這個重要且神秘的大腦區域,以及它如何與人類的意識思維經驗有關。

這項研究在2月15日,在馬里蘭州貝塞斯達(Bethesda)舉行的透過先進創新神經科技的大腦研究計畫會議上提出。

「語音合成由賽微科技提供」

來源:ScienceAlert