只要人們醒著，他們的大腦就會(huì)不斷地接收各種強(qiáng)度的感覺信號(hào)。幾十年來，科學(xué)家們一直想知道，為什么一些信號(hào)會(huì)進(jìn)入意識(shí)，被人們體驗(yàn)到，但其他類似強(qiáng)度的信號(hào)卻一直存在于無意識(shí)的黑暗陰影之中。究竟是什么控制著分隔陰影與光明的大門?

最近，在密歇根醫(yī)學(xué)院麻醉學(xué)和意識(shí)科學(xué)中心（Department of Anesthesiology and Center for Consciousness Science at Michigan Medicine）發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了大腦皮層中一個(gè)似乎是自覺性意識(shí)（conscious awareness）之門的關(guān)鍵區(qū)域——前腦島（Anterior insula）。該研究于2021年5月4日發(fā)表在Cell學(xué)科的綜合期刊——Cell Reports上面。

本文第一作者，麻醉科研究員Zirui Huang博士解釋說：“大腦中的信息處理有兩個(gè)維度:在沒有意識(shí)的情況下對(duì)環(huán)境的感覺處理，以及在刺激達(dá)到一定重要程度并進(jìn)入意識(shí)時(shí)發(fā)生的信息處理”。他們的團(tuán)隊(duì)試圖確認(rèn)這種開關(guān)發(fā)生在大腦的前腦島皮層中，它是一種介于低級(jí)感覺信息和高級(jí)意識(shí)之間的門。

在實(shí)驗(yàn)中，參與者被放入一臺(tái)功能磁共振成象儀中，并被注射麻醉劑異丙酚來控制他們的意識(shí)水平。然后讓他們想象自己在打網(wǎng)球，在一條小路上走，或者捏自己的手，并要求他們?cè)谥饾u失去知覺和停止異丙酚后恢復(fù)知覺的過程中進(jìn)行身體活動(dòng)(捏橡皮球)。

先前的研究表明，心理意象產(chǎn)生的大腦活動(dòng)與實(shí)際執(zhí)行活動(dòng)相似。當(dāng)參與者想象自己在打網(wǎng)球時(shí)，大腦中負(fù)責(zé)控制運(yùn)動(dòng)的部分就會(huì)活躍起來。大腦的其他區(qū)域在執(zhí)行任務(wù)時(shí)變得不活躍，因?yàn)榫褡⒁饬性诨顒?dòng)上。當(dāng)研究參與者開始失去意識(shí)時(shí)，失活發(fā)生的頻率降低了。當(dāng)他們完全失去意識(shí)時(shí)，他們相應(yīng)的大腦區(qū)域?qū)π睦硪庀笕蝿?wù)也沒有反應(yīng)。當(dāng)他們恢復(fù)了一些意識(shí)，恢復(fù)了一些與心理意象相關(guān)的活動(dòng)，并在不久之后恢復(fù)了全意識(shí)，他們的大腦顯示出正常的激活模式。對(duì)這些意識(shí)狀態(tài)之間的相關(guān)性的研究表明，前島葉皮層的激活在這些激活和去激活之間的成功轉(zhuǎn)換中發(fā)揮了作用。

本文通訊作者Hudetz博士說：“感覺刺激通常會(huì)激活前島葉皮層。但當(dāng)你失去意識(shí)時(shí)，前腦島就會(huì)失效，大腦中支持意識(shí)的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移就會(huì)中斷。”他解釋說，前腦島皮層可能起到一個(gè)過濾器的作用，只允許最重要的信息進(jìn)入意識(shí)。

他們?cè)噲D通過另一個(gè)經(jīng)典的心理學(xué)實(shí)驗(yàn)來證實(shí)他們的假設(shè)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一張人臉以幾乎難以察覺的百分之三秒的時(shí)間在屏幕上短暫地閃過。人臉圖像之后是一個(gè)噪聲高對(duì)比度圖像，設(shè)計(jì)用來中斷人臉圖像的有意識(shí)處理。參與者隨后被問及他們是否看到了一張臉。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，面孔是否被有意識(shí)地知覺是通過前腦島的激活來預(yù)測(cè)的。

Huang說：“前腦島有持續(xù)波動(dòng)的活動(dòng)。你是否能探測(cè)到一個(gè)刺激，取決于信息抵達(dá)時(shí)你前腦島的狀態(tài):如果腦島在刺激點(diǎn)的活動(dòng)很高，你就會(huì)看到圖像。”

本研究的局限主要有三點(diǎn)：

（1）目前的方法難以區(qū)分Block(2005)提出的現(xiàn)象意識(shí)(phenomenal consciousness，指其經(jīng)驗(yàn)特征)和通路意識(shí)(access consciousness，指將感覺信息傳播給其他認(rèn)知處理器)。

（2）不同的麻醉劑可能以不同的方式改變大腦功能。當(dāng)前的數(shù)據(jù)不允許研究者闡明自我意識(shí)如何有助于啟動(dòng)前腦島皮層。

（3）未來還需要更多的實(shí)證工作來解釋自我意識(shí)的進(jìn)化和神經(jīng)基礎(chǔ)，及其獨(dú)特于人類的大腦機(jī)制。

總之，該研究發(fā)現(xiàn)，麻醉過程中前腦島皮層功能障礙促使默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)-背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)（DMN-DAT）轉(zhuǎn)換障礙，導(dǎo)致意識(shí)通路中斷。此外，前腦島皮層活動(dòng)的刺激前自發(fā)波動(dòng)預(yù)測(cè)了隨后的接近閾值刺激的有意識(shí)通路。這些發(fā)現(xiàn)支持了前腦島皮層是控制意識(shí)通路的中央皮層區(qū)域的假說，換句話說，前腦島可能是自覺性意識(shí)的一扇門。

參考文獻(xiàn)

Michigan Medicine - Universityof Michigan. (2021, May 4). Study reveals the gateway to conscious awareness:How some sensory information breaks through to conscious experience. ScienceDaily.Retrieved May 4, 2021 from www.sciencedaily.com/releases/2021/05/210504112556.htm

Zirui Huang,Vijay Tarnal, Phillip E. Vlisides, Ellen L. Janke, Amy M. McKinney, PaulPicton, George A. Mashour, Anthony G. Hudetz. Anterior insula regulates brain network transitions that gate consciousaccess. Cell Reports, 2021; 35 (5): 109081 DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109081