为什么需要激进的反思来理解人脑
神经科学几个世纪以来一直走在错误的轨道上吗? Justin Pickard / Flickr, 创用CC BY-SA

理解人脑可以说是现代科学的最大挑战。 该 领先的方法 对于大部分的 将其功能与不同的大脑区域甚至是单个神经元(脑细胞)联系起来。 但最近的研究 日益表明 如果我们要了解人的思想,那么我们可能会完全走错路。 谈话

大脑由许多执行特定任务的区域组成的想法被称为“模块化”。 乍一看,它已经成功了。 例如,它可以提供一个解释,我们如何通过激活一系列特定的大脑区域识别人脸 枕骨颞叶。 然而,身体由不同的大脑区域处理。 科学家们认为,其他领域 - 记忆区域 - 有助于结合这些感性刺激来创造人们的整体表征。 某些大脑区域的活动也是如此 与特定的条件和疾病有关.

这种方法如此受欢迎的原因部分是由于技术给我们前所未有的大脑洞察力。 功能磁共振成像(fMRI),跟踪大脑血液流动的变化,让科学家看到大脑区域响应活动,照亮 - 帮助他们映射功能。 与此同时, 光遗传学,一种使用神经元的遗传修饰使其电活动可以用光脉冲控制的技术 - 可以帮助我们探索它们对大脑功能的特殊贡献。

两种方法都产生了 令人着迷的结果,他们是否会对大脑提供有意义的理解还不清楚。 一个神经科学家发现神经元或大脑区域与一个特定的,但原则上任意的物理参数,如疼痛之间的相关性,将诱使得出这个神经元或大脑的这部分控制疼痛的结论。 这很具有讽刺意味,因为即使在神经科学家身上,大脑的固有功能是找到相关性 - 无论它执行什么任务。


内在自我订阅图形


但是,如果我们考虑将所有大脑功能分布在整个大脑的可能性以及大脑的所有部分对所有功能起作用的可能性呢? 如果是这样的话,到目前为止发现的相关性可能是智力的完美陷阱。 然后,我们必须解决具有特定功能的区域或神经元类型如何与大脑的其他部分相互作用以产生有意义的综合行为的问题。 到目前为止,这个问题还没有一个通用的解决方案 - 只是在具体情况下的假设,比如认识人。

最近的一项研究发现迷幻药LSD可以解释这个问题 打乱模块化组织 这可以解释视觉。 更重要的是,混乱的程度与人们服用药物时所经历的“自我崩溃”的严重程度有关。 研究发现,这种药物影响了几个大脑区域与大脑其他部位的交流方式,从而增加了他们的连接水平。 所以,如果我们想了解自己的真实感,我们需要了解作为复杂网络一部分的大脑区域之间的基础连接。

前进的方向?

一些研究人员 现在相信 大脑及其疾病一般只能被理解为一种 在中枢神经系统分布的大量神经元之间相互作用。 任何一个神经元的功能都依赖于所连接的所有数千个神经元的功能。 反过来,这些依赖于其他人。 相同的区域或相同的神经元可以用于大量的上下文,但是根据上下文具有不同的特定功能。

它可能确实是这些神经元之间的互动的一个微小的扰动,通过在网络中的雪崩效应,导致像抑郁症或帕金森病一样的疾病。 无论哪种方式,我们需要了解网络的机制,以了解这些疾病的原因和症状。 没有全貌,我们不可能成功地治愈这些和其他许多条件。

特别是,神经科学需要开始研究网络配置如何从大脑的终身尝试来理解世界。 我们还需要清楚地了解皮层,脑干和小脑如何与肌肉以及我们身体的数万个光学和机械传感器相互作用,以创建一个完整的图像。

连接到物理现实是了解信息如何在大脑中呈现的唯一途径。 我们首先有一个神经系统的原因之一是流动性的发展需要一个控制系统。 认知,心理功能 - 甚至思想 - 可以被看作是按顺序进化的机制 更好地规划后果 运动和行动。

因此,神经科学的前进方向可能是更多地关注一般的神经记录(与光遗传学或功能磁共振成像) - 而不是针对每个神经元或大脑区域负责任何特定的功能。 这可以用于理论网络研究,它有可能解释各种观察结果并提供综合的功能解释。 实际上,这样的理论应该有助于我们设计实验,而不是仅仅反过来。

主要障碍

这并不容易。 目前的技术是昂贵的 - 有巨大的财政资源,以及国家和国际声誉投资。 另一个障碍是,人的思想倾向于比复杂的解释更简单的解决方案,即使前者解释发现的能力有限。

神经科学与制药业之间的整个关系也建立在模块化模型之上。 当涉及到常见的神经和精神疾病时,典型的策略是确定大脑中可以用药物来解决整个问题的一种类型的受体。

例如,阻断大脑5-羟色胺吸收的SSRIs目前被用于治疗许多不同的心理健康问题,包括抑郁症。 但他们不适合很多患者,可能会有一个 安慰剂效应涉及时,他们这样做.

同样,癫痫今天被广泛认为是一种单一的疾病 用抗惊厥药物治疗,其中的工作是通过阻止的活动 所有 神经元。 这样的药物也不适用于每个人。 实际上,可能是由于每个病人独特的成千上万种不同的触发因素中的一种引起的脑电路的任何微小的扰动都可能使大脑进入癫痫状态。

这样一来,神经科学在理解大脑的道路上逐渐失去了指南针。 绝对重要的是我们做对了。 理解一些科学上最大的奥秘(如意识)不仅是理解这些奥秘的关键,而且还可以帮助治疗大范围的虚弱和昂贵的健​​康问题。

关于作者

HenrikJörntell,神经科学高级讲师, 隆德大学

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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