杭州做网站,wordpress frames,杨行网站建设,学生个人网页制作主题来源#xff1a;小柯生命北京时间2021年5月4日晚23时#xff0c;Cell Reports在线发表美国密歇根大学一项关于前脑岛在大脑网络切换和意识通达中关键门控作用的研究——“Anterior insula regulates brain network transitions that gate conscious access”。此研究由密歇根… 来源小柯生命北京时间2021年5月4日晚23时Cell Reports在线发表美国密歇根大学一项关于前脑岛在大脑网络切换和意识通达中关键门控作用的研究——“Anterior insula regulates brain network transitions that gate conscious access”。此研究由密歇根大学医学院麻醉系的黄梓芮研究员、美国国家医学院院士George A. Mashour和密歇根大学意识科学研究中心主任Anthony G. Hudetz教授等人共同完成。黄梓芮博士为该文的第一兼通讯作者Hudetz教授为并列通讯作者。结合功能性核磁共振脑成像技术、全身麻醉术、心理学实验范式和大脑皮层功能梯度分析等方法黄梓芮博士等研究人员阐述了前脑岛anterior insula这个区域在感觉信息进入意识过程中的门控作用。从单模态感觉信息加工如视觉、听觉、触觉等到多模态信息整合如抽象思维、高级认知、决策等存在一个梯度式的功能层级。前脑岛处于这个功能层级的中间枢纽位置。它一方面接收单模态感觉信息对其进行筛选和优先化处理另一方面调控两个重要脑网络的切换为意识加工调配注意和认知资源。图一寓意图台阶象征感觉信息经过的路径。通向意识的大门位于前脑岛。感觉信息进入大门以后前脑岛触发两个齿轮的运转和切换。左齿轮象征背侧注意网络右齿轮象征默认网络。图片来源黄梓芮博士。近二十年以来心理学和神经科学在人类意识问题的研究中取得了长足进展但依然有一个重要的科学问题悬而未决为什么在大脑中有些感觉信息可以进入意识而其他的感觉信息却停留在无意识的脑活动里。例如当一个人处于全身麻醉状态大脑可以“接收”到感觉信息但信息却无法被“知觉”。或者说感觉信息可以一路上行经过丘脑—皮层通路但最终无法抵达高级认知皮层进而形成意识内容或“意识通达conscious access”。意识通达指的是感觉信息获准进入大脑的全局神经工作空间global neuronal workspace并与多种认知处理器信息共享如工作记忆行为报告等。因此意识通达处于高级认知阶段在时间进程上晚于初级感觉信息加工。由此这项研究提出了一个有趣的问题是否存在一个介于初级和高级认知加工的皮层结构它在感觉信息通往意识的过程中起到门控作用。此研究包含了两个完全独立的实验。在实验一中研究人员对健康参与者实施了由浅入深的全身麻醉。整个过程中参与者需要根据实验的指导语完成想象任务。例如当听到“网球想象”时参与者想象自己在网球场上挥拍、跑动、与球场上的另一个人往返击球当听到“空间想象”时参与者想象自己在家里的一个房间走到另一个房间如此反复。研究人员同时记录了参与者的大脑活动。研究发现在无麻醉的清醒状态下实验指导语诱发了相对广泛的脑活动涉及丘脑、听觉皮层、前脑岛、背外侧前额叶等区域。在进行想象任务时辅助运动区、楔前叶、海马旁回等区域出现了持续性活动。这个过程也伴随着大脑网络的切换背侧注意网络dorsal attention network活动大幅提升默认网络default-mode network活动受到抑制。这意味着 在进行想象任务时大脑需要额外的注意和认知资源以保持注意力集中、想象内容的生动性和持续性同时其他与任务无关的、由默认网络产生的“杂念”如周末去哪转转将受到压抑。值得一提的是黄梓芮博士在2020年的另一项研究中阐明这两个脑网络的自发切换可以作为意识存在的神经标记物无论在深度麻醉状态还是脑损伤的植物人患者中这两个脑网络的切换都几乎消失Huang et al., 2020, Science Advances。回到本研究中来随着麻醉程度的加深想象任务伴随的脑活动逐渐减弱直至消失。当参与者完全丧失行为反应时深度麻醉状态虽然丘脑和听觉皮层依然活跃但前脑岛却出现了“负激活”或功能性抑制上述两个脑网络的切换也完全丧失。接着研究者对全脑进行了 “地毯式”搜索试图找出负责切换背侧注意网络—默认网络的关键脑区。分析表明前脑岛正是这个关键区且具有很强的特异性。简言之听觉信号想象任务指导语通过听觉神经进入丘脑传到听觉皮层再到前脑岛前脑岛继而触发背侧注意网络活动专注于想象任务同时抑制默认网络活动排除杂念。麻醉药物使前脑岛功能失效感觉信息被阻断于此脑网络的切换也因此无法完成。 图二实验一与实验二的研究结果总结。图片来源黄梓芮博士。为了从另一个角度印证前脑岛在意识通达中的独特作用研究者在实验二中使用了经典的后掩蔽视觉范式。此实验是在健康参与者完全清醒的状态下完成的无麻醉过程。实验中一张中性表情的面孔图片以极为快速的方式闪现约30毫秒接近人类知觉阈限紧接着出现一个高对比度、由杂乱无章黑白格子构成的“噪声”图片。两张图片的相继呈现会产生一个有趣的心理学现象参与者有时报告看到这张面孔有时却报告看不到。问题随之而来为什么物理属性完全不变的一张面孔图片可以在意识里“时隐时现”研究者记录了前脑岛的神经活动发现前脑岛的活动强度在时间上存在自发涨落时而活跃时而平静。当图片恰好呈现在前脑岛活跃的时刻参与者可以看到面孔。反之当图片呈现在前脑岛相对平静的时刻参与者却看不到。这个研究结果进一步支持了前脑岛在感觉信息和意识通达之间所起到的门控作用。简言之同样的感觉信息它能否最终进入意识很大程度上取决于前脑岛是否“帮助”这个感觉信息通过“关口”。通关后额外的注意和认知资源将被给予最终实现全脑信息共享和意识通达。综上这项研究借助医学麻醉手段和经典心理学范式为我们描绘出了感觉信息从无意识阶段到意识通达的大脑之旅。在这个旅途中前脑岛也许是一个重要的必经之门。相关论文信息https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109081未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
