大脑幽灵的涟漪：我们如何回忆往昔？

原创 Marco Altamirano 神经现实

记忆科学中最大的难题之一，也正是关于记忆最显而易见的事实：没错，我们可以回忆起它们。问题是，没有人知道我们究竟如何轻而易举地回忆起上周末的派对，想起那些跳着桑巴舞的人们、杯子里冰块的叮当声、屋子里萦绕着的开胃菜的香气、以及隔着人群与心上人对视时小鹿乱撞的感觉。我们知道，所有这些情感与感官元素都被记录在大脑的不同区域内——但我们为什么能将它们同时从记忆中召唤出来，将这个心理事件当作一个整体的经历来回忆呢？

一群来自加州大学圣地亚哥分校的科学家发现了一种机制，它不仅有望解释回忆是如何运作的，更广泛地讲，它还能解释意识体验是如何产生的。

在一篇近期发表于PNAS的文章中，该论文的第一作者、神经生理学家查尔斯·迪基（Charles Dickey）发现了一种涟漪状的神经活动——即短暂、高频的振荡[1]。当人们在清醒状态下回忆时，这种神经活动会在整个大脑中同步进行。这些涟漪发散至整个大脑皮层（大脑褶皱的表面）中负责心理事件中的感官元素的脑区，并延伸至海马体（一个对记忆至关重要的海马形结构）。许多研究曾经探究过大鼠海马体中的涟漪及其与记忆的关系，但直至最近迪基才发现人脑皮层中的涟漪。

论文题目：

Widespread ripples synchronize human cortical activity during sleep, waking, and memory recall

DOI：

https://doi.org/10.1073/pnas.2107797119

神经元活动网络是如何促进大脑不同区域之间的交流，从而产生意识体验的呢？[2]关于这个问题，有几种相互竞争的理论，但前面提到的“涟漪”可能是第一个被直接观察到的机制。这一发现有可能解决所谓的“意识的简单问题”（the soft problem of consciousness），即大脑中哪些物理过程使我们产生心理活动。与简单问题相对的是所谓“意识的困难问题”（the hard problem of consciousness）[3]：像大脑这样一个“客观存在的物质”，如何产生了生活体验中如此丰富且完全是心理（而无法从物理层面解释）的部分（即感质*）？

*译者注

感质（qualia）：心理状态如其然的特征。例如，疼痛的感质正是使我们将其感知为“疼痛”的特征。也可以将感质理解为使两段相似经验相似、使两段不同经验不同的感觉材料（qualitative characters）。一种论证感质确实存在的常用例子是，当我们盯着一个红色的东西，会产生一种红色的知觉（perception）A；此时当我们闭上眼，则会产生一种同样是红色的视觉后像（afterimage）B——B的产生与纯粹物理的视觉刺激无关，只是一种感觉（sensation）。而感觉本身是没有颜色的，我们之所以在两种情况下产生相同的感觉经验，只是因为我们能通过心理而非物理的方法，内省并注意到感觉B与知觉A的感觉成分（sensory component）在某一方面是相同的。因此，知觉A的感觉材料Q和感觉B的感觉材料Q*是同一感质下的两个个例。

涟漪：与其说我们是一个住在机器里的灵魂，不如说我们的身体里可能住着无数个幽灵：它们以一行不可思议的涟漪的形式游荡着，并发散至整个大脑。

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Bryan Coleman

“我们必须先解决意识的简单问题，而困难问题其实并不妨碍我们的探索。”埃里克·哈尔格伦（Eric Halgren）说道。哈尔格伦是该研究的通讯作者，也是迪基在加州大学圣地亚哥分校做博士研究的实验室的主任。

意识的简单问题[4]背后的难题是，尽管几个世纪以来人们提出了许多可能性，意识在神经系统中仍没有一个清晰的位点。17世纪的哲学家勒内·笛卡尔（Rene Descartes）认为意识位于松果体（pineal gland），一个坐落在大脑中心的小腺体。但是我们现在知道，松果体其实负责为我们的睡眠周期生产和调节褪黑素。两百年后，一位名叫约翰内斯·穆勒（Johannes Müller）的德国生理学家提出延髓（medulla oblongata，脑干底部的茎状结构）是负责意识的地方。（我们现在知道它主要负责非自主功能，例如心跳、呼吸、呕吐和打喷嚏。）

后来，英国生理学家威廉·B·卡彭特（William B. Carpenter）提出丘脑（thalamus，位于大脑中部的靴状结构）是意识的枢纽，随后著名的生物学家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）又认为是屏状体（claustrum），一个看起来像皮层周围的荆棘冠冕的神经结构。人们后来发现，屏状体和丘脑可能确实在意识的某些方面发挥了重要作用[5]，但关于它们是意识的协调中心的说法，在很大程度上仍然只是猜测。

在大脑中寻找意识的最大阻碍，是二十世纪的神经外科医生怀尔德·彭菲尔德（Wilder Penfield）在无意中发现的。他在治疗重度癫痫患者时，会破坏其大脑中导致癫痫发作的病变区域。在手术中，彭菲尔德发现他可以通过刺激大脑皮层的不同区域来（让病人）产生不同的动作或感觉：用电极刺激额头会使你闻到绷带的气味，而刺激脑后可能使你看到佛陀并摇动小指。这就带来了一个“大脑地理学”的问题，有时又被称为“绑定问题”（the binding problem）：大脑中相隔较远的区域（比如说，让你闻到绷带气味的区域、和让你绷带下的伤口感到刺痛的区域）是如何相互沟通，从而产生连贯的体验的？这正是大脑涟漪发挥作用的地方。

- Ashley Mackenzie -

脑电波之所以被如此命名，是因为在脑电图（electroencephalogram，EEG），也就是大脑皮层电活动的图像上，这些神经活动的高频振荡看上去就像涟漪。

“大脑皮层中有我们所有的感觉区域，所以感官体验主要是一个皮层中的现象。”迪基说，“也就是说，当感觉经验发生时，它会影响某些感觉神经元之间的放电，加强它们之间的突触连接。”他补充道：“大脑涟漪或许可以调节这种突触活动，以巩固大脑皮层中的记忆。”

“从研究意识和记忆的角度讲，大脑涟漪这种机制真正有趣的地方在于它们主要是随着时间推移而变化。”哈尔格伦说。诚然，空间上，涟漪在整个大脑皮层内发散、叠加，但更像是以一种音乐随时间而流动、填满整个房间的方式。这些涟漪形成短暂但重复的模式。它们来来去去、循环往复，就如同我们的记忆和经验本身。

虽然这些人脑皮层中的涟漪是最近才发现的，但其理论基础早在20世纪70年代末就已经建立了。有一种流行的意识理论叫做“同步化绑定”（binding-through-synchrony）。该理论假设，正是神经活动之间的同步把来自不同皮层区域的不同感官信息组织成了连贯的体验。这个理论已经存在了几十年，但支持它的证据十分有限（只有一些对猫的视觉系统进行的实验[6]）。大脑涟漪是第一个可以被观察、测试的能证实“同步化绑定”理论的机制。

- mikemelrinho -

这对于意识和心智的研究意味着什么呢？大脑涟漪的机制似乎说明了我们脑内并不存在一个“意识中枢”或者一个固定的器官来统一控制意识。相反，涟漪表明了意识是去中心化的，脑电波的频率就像一个电幽灵一般伴随并保持着我们的思想，来去匆匆。与其说意识是一个住在机器里的幽灵，不如说我们的身体里可能住着无数个幽灵：它们以一行不可思议的涟漪的形式游荡于大脑之中，在一个个瞬间统一我们的所有体验。这些幽灵从我们各式各样的感觉器官中获取一个个音符，并将它们串成一首名为记忆的歌，在我们脑内播放。

最后，也许对意识的探索之所以被阻碍了这么久，是因为我们一直找错了方向：我们一直在寻找一些物理或结构性的东西，而非现象性的东西。我们在寻找松果体，而非电信号——在大脑皮层中搏动的神经化学幽灵。

若要真正测试大脑涟漪是否构成意识体验的基础，可能需要在人类身上进行皮层刺激实验，以测试大脑涟漪是否能使人产生某些类型的体验（或者反过来，破坏皮层内的涟漪是否会打断意识体验）。如果进一步的研究表明，涟漪确实能协调大脑各个不同区域间的交流（比如，当你八月在海边时，大脑的不同区域参与了这场经历：炎炎烈日下，四处是滚烫的沙子、冰凉的海水，海浪嗖嗖作响，你正晒着日光浴……），那么迪基的研究也许让我们离解决意识的简单问题又更近了一步。

参考文献

1.Dickey, C.W., et al. Widespread ripples synchronize human cortical activity during sleep, waking, and memory recall. Proceedings of the National Academy of Sciences 119 (2022).https://doi.org/10.1073/pnas.2107797119.

2.Maillé, S. & Lynn, M. Reconciling current theories of consciousness. The Journal of Neuroscience 40, 1994–1996 (2020).https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2740-19.2020.

3.https://nautil.us/whats-so-hard-about-understanding-consciousness-238421/

4.https://nautil.us/are-the-brains-electromagnetic-fields-the-seat-of-consciousness-238013/

5.https://nautil.us/where-is-my-mind-237648/

6.Fries, P., Schröder, J., Roelfsema, P.R., Singer, W., & Engel, A.K. Oscillatory neuronal synchronization in primary visual cortex as a correlate of stimulus selection. The Journal of Neuroscience *22*, 3739–3754 (tel:3739%E2%80%933754)(2002).https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.22-09-03739.2002.

作者：Marco Altamirano l 译者：Mollie l 校对：P

编辑：M.W. l 排版：海星 l 封面：Ashley Mackenzie

原文：

https://nautil.us/how-we-remember-last-weekend-240328/?_sp=5207446d-5644-456f-924a-f8ea5f8de848.1664683653182

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