大脑并不是像你想的那样思考

2021-09-20 约 5366 字预计阅读 11 分钟

===

神经系统科学家是大脑不同领域的制图师ーー界定它们的特征和活动，连接不同脑区，以及界定它们的边界。在大脑的前部，前额的后面，是脑前额叶外皮，被誉为判断的发生地。它的背后是运动皮层，负责计划和协调运动。侧面: 颞叶，对记忆和情绪处理至关重要。上面是躯体感觉皮层，下面是视觉皮层。
东北大学的心理学家 Lisa Feldman Barrett 认为，研究人员不仅经常描绘大脑及其功能，就像地图制作者描绘大陆上的国家一样，而且他们这样做的方式也和老式的地图制作者一样。“他们从心理上、精神上或行为上对大脑感兴趣的东西进行解析,然后把这些功能分配给不同的神经元网络，“就像它们是乐高积木一样，好像那里有着坚实的边界。”
但认为上述观点是错误的。
**边界整齐的大脑地图不仅过于简单化，而且还具有误导性。**100多年来，科学家们一直在寻找思考、感觉、决定、记忆、移动和其他日常经历之间的大脑界限，但毫无结果,”Barrett说。最近的一系列神经学研究进一步证实，这些分类“对于理解大脑是如何构成的，或者它们是如何工作的指导很差”
神经科学家普遍认同大脑的物理组织分为特定的区域、网络和细胞类型。但是，当涉及到将这些与大脑可能正在执行的任务(感知、记忆、注意力、情绪或行为)联系起来时，“事情就变得棘手多了,”纽约大学的神经学家David Poeppel说。
没有人质疑视觉皮层是视觉，听觉皮层是听觉，或者海马体是记忆的基本部分。对这些区域的损害削弱了这些能力，研究人员已经确定了这些区域的潜在机制。但是，例如，记忆，也需要除了海马体之外的大脑网络，而且海马体被证明是越来越多的除了记忆之外的认知过程的关键。有时候重叠的程度是如此之大，以至于标签开始失去它们的意义。
蒙特利尔大学的神经科学家Paul Cisek说，尽管目前的框架产生了不少洞见，但“它让我们陷入了某些真正令研究窒息的陷阱”，这一结果也直接阻碍了神经和心理疾病治疗方法的发展。
这就是为什么Barrert，Cisek和其他科学家认为，**为了让我们真正了解大脑是如何工作的，该领域的核心概念可能需要进行根本性的修改。**在他们努力应对这一挑战的过程中，他们发现了构建大脑问题的新方法，以及新的答案: 例如揭示了记忆形成和新陈代谢调节之间意想不到的联系[1]。但是，即使一个新的框架成功地解释了大脑的运作，一些研究人员怀疑，这种成功的代价是否会是与我们的人类经验失去联系。

当功能性磁共振成像等技术的普及，使研究活人大脑成为可能时，神经科学家开始寻找心智能力的物理基础。他们在理解知觉、注意力、学习、记忆、决策、运动控制和其他经典类型的心理活动的神经基础方面取得了长足的进步。
但他们也发现了令人不安的证据，证明这些类别和支持它们的神经网络并不像预期的那样工作。这不仅仅是因为大脑的结构不符合既定心理范畴之间的界限。Barrert说，因为两者有太多的重叠，以至于一个大脑网络有比福尔摩斯有更多的化名”。
例如，最近的研究发现，三分之二的大脑参与简单的眼球运动; 同时，一半的大脑在呼吸时被激活。2019年，几个科学家小组发现，视觉皮层等“感知”区域的大部分神经活动是对活动物体运动信息的编码，而不是对感觉输入的编码。
这种认同危机并不局限于感知或其他认知功能的神经中枢。小脑是所有脊椎动物大脑中都有的一个结构，人们认为它几乎完全用于运动控制，但科学家们发现，它在注意力、情绪调节、语言处理和决策过程中也起着重要作用。基底神经节是大脑中另一个古老的部分，通常与运动控制有关，同样也牵涉到几个高级认知过程。
其中一些令人困惑的结果可能来自方法问题。例如，为了发现人类大脑在哪里执行不同的功能，神经科学家通常将认知过程与 fMRI 测量的大脑活动模式联系起来。但研究表明，研究人员需要更加警惕可能影响读数的无关肌肉抽搐和烦躁。
纽约大学医学院的神经科学家 György Buzsáki 说: “你认为你的研究结果告诉了你一些关于高级认知的事情，但实际上，这些结果除了反映眼睛运动的方式不同之外，什么都没有反映出来。”
但他和其他科学家认为，最近的发现也突出了神经科学中一个更深层次的概念问题。Buzsáki 说: “我们根据自己的先入为主的想法来划分大脑的不同部分，我认为这些先入为主的想法是有局限的，而且假设大脑功能也存在同样的界限是错误的。”。
2019年，斯坦福大学的神经科学家Russell Poldrack和他的同事开始测试对心理功能的分类是否恰当。他们收集了大量的行为数据，并通过机器学习训练分类器。训练数据来自于旨在测试认知控制不同方面的实验，包括工作记忆、反应抑制和学习。由此产生的分类打破了预期，将传统的大脑分区分类混合在一起，然后将它们分成新的类别，这些类别似乎遵循一些更为通用的结构”，Poldrack说，对这些结构我们还没有标签，而且可能与我们的意识体验没有直接关系。
Poldrack的同事们的另一项研究发现[2]，测量感知或记忆的任务，根本没有真正观测到不同的结构,这表明，这两个类别确实不够精确。”他强调，这并不是说“感知”或“记忆”是一个无用的术语。但是“如果我们想要了解大脑的功能，我们可能需要更精确的方法来理解特定的功能。”
事实上，我们甚至不清楚如何区分感知测试和记忆测试，这表明这些分类结构“实际上可能并不是大脑真正的组织特征,”
一些科学家反驳说，只要我们知道视觉皮层不仅仅与视觉有关，或者一个记忆网络做的比它的名字所暗示的更多，我们就不一定需要重新思考这些分类本身。但是，约翰·霍普金斯大学的神经科学家 John Krakauer 说: “**有时候，过于宽泛、模糊地使用一个术语会对我们进行的各种实验和假设产生不利影响。**这也许在情绪和情绪的研究中最为明显。
Joseph LeDoux 是纽约大学的一名神经科学家，因其在杏仁核方面的开创性工作而闻名，杏仁核通常被称为大脑的恐惧中心。但他说，这种框架是非常错误的ーー也是非常有害的。“多年来，我一直被认为是一个发现恐惧感是如何从杏仁核中产生的人。“但是当我以这种方式被介绍时，我总是有点退缩。终于，我受够了。”
LeDoux在过去的十年中一直强调杏仁核与产生恐惧毫无关系。他指出，恐惧是对一种情况的认知解释，是一种与记忆和其他过程联系在一起的感知。一些人所经历的心理现象是恐惧，而另一些人所经历的可能是非常不同的。研究表明，恐惧的感觉出现在脑前额叶外皮和相关的大脑区域。
另一方面，杏仁核参与处理和应对威胁ーー一种古老的、与潜意识行为有关的生理机制。LeDoux说: “证据表明，并不总是恐惧导致了这种行为。”。
他继续说道，将杏仁核称为恐惧中心似乎是无害的，但是“这让杏仁核继承了恐惧的所有语义包袱。”这个错误可以扭曲药物的研发，例如那些旨在减少焦虑的药物。当潜在的治疗方法在有压力的动物身上进行测试时，如果这些动物的行为不那么胆怯，或者表现出较少的生理反应，它通常被解释为焦虑或恐惧水平的降低。但是，LeDoux说，药物治疗可能会改变一个人的行为或生理反应，即杏仁核的输出，但不会治愈焦虑的感觉。
“整个领域都因为这种混乱而受到影响,”同样的问题也发生在其他领域，他补充道，比如感知研究，感知刺激的物理过程和意识体验经常被捆绑在一起。LeDoux认为，在这两种情况下，都需要进行拆分。”
但是，由于发现神经系统在特定功能中的参与并不是简单的有或没有，区分不同大脑区域的意义就变得更加复杂了。有时它取决于正在处理的细节。
以内侧颞叶中被称为边缘皮层的部分为例，它是皮层中经典“记忆”系统的关键组成部分。国家心理健康研究所的Elisabeth Murray 和其他研究人员做了一些实验，要求人类和猴子从一对不同程度相似的图像中选择一张自己想要的图像。
他们发现，只有当特定数量的特征重叠出现时，边缘皮层才会参与任务的执行。如果图像特征的数量不足或者过多，边缘皮层与人类或猴子的表现没有任何关系。同样的，下颞叶皮层，传统上被赋予在视知觉中的角色，被发现对记忆任务至关重要，但只是在特定的情况下。
对于曾在 NIMH 工作的退休神经生物学家 Steven Wise 来说，**这些发现意味着研究人员应该研究它们所代表的不同的信息组合，而不是根据它们特有的视觉、听觉、躯体感觉或执行功能来对大脑皮层区域进行分类。**一个区域可能用于表示特征的简单组合，例如表示橙色方块的“橙色”和“正方形”。其他区域可能已经进化到代表更复杂的视觉特征组合，或声音或定量信息的组合。
Wise认为，这种大脑组织方案解释了为什么在传统的心理活动图谱中，会有如此多意想不到的功能重叠。当每个区域代表一个特定的信息组合时，它会对记忆、感知、注意力和行为控制起作用,”Wise说。
这也是为什么 Murray 在实验中使用的知觉和记忆任务有时只涉及边缘皮层的原因: 随着每个任务中的图像改变，区分它们的特征组合发生了变化。
Wise的表征框架只是重新思考大脑细分的一种方式。虽然其他研究人员同意指导大多数神经科学研究的脑分区列表存在问题，但对于如何解决这个问题却没有达成共识。
即使是赞成对这个领域进行更彻底的反思的科学家也发现很难概述。“很容易就能看出事情是如何失败的。马里兰大学的神经学家 Luiz Pessoa 说: 现在最困难的部分是从哪里开始。“我(经常)发现自己使用了大量我一直在批评使用的术语。我怎么能不使用‘关注’、‘情感’、‘动机’就表达想说话呢?”
加拿大蒙特利尔的Cisek是从进化论角度开始重建概念分类的几位研究人员之一。在过去的五年里，他煞费苦心地研究脊椎动物的进化过程，检验神经系统的渐进特化。
“大脑中确实存在功能细分,”他说。“它们实际上有一个特定的进化史。如果我们能够识别这段历史，将有助于我们更好地识别这些概念。”
Cisek已经用他的新的大脑活动分类来解释现象，例如，为什么基底神经节在一些决策任务中起着关键作用，而在其他任务中却没有。“你意识到‘决策’和‘注意力’这两个词实际上都不对应于大脑中的某个东西,”他说。“相反，大脑中存在某些非常实用的回路，它们会做某些事情，比如‘接近’或‘避免’。”其中一些事情看起来会有点像是集中注意力。”
buzáki 也有类似的观点。“**我们必须首先研究大脑机制，以及这些东西为什么和如何进化,”**他说。例如，记忆、未来计划和想象都部分地采用同样的神经机制编码，这从进化的角度来看是有意义的，因为同样的系统可以被用于不同的目的。他表示: “你最好把所有(这些)看作一个整体。”。
这种方法已经导致了一些有趣的发现。多年来，buzáki 一直在研究尖波—波纹sharp wave-ripples，这是海马体中一种能够储存和提取记忆的大脑活动。但是这个月在《自然》杂志[1]上，他的前教授的博士生 David Tingley 和 Buzsáki 实验室的其他人揭示了它们的一个全新功能: 帮助调节血糖水平。
“我们将两个完全不同的极端联系在了一起,”布兹萨基说，这是一个基本的代谢，也是一个高层次的认知。他现在希望发现两者之间更深层的联系，并深入了解身体调节的尖锐波纹是如何被用于记忆形成的。
研究心理范畴的替代方法也是可能的。例如，Barrett, Pessoa和其他人正在同时考虑全脑神经活动和各种各样的行为。Barrert说: “你研究整个系统，因为它的各个部分相互作用。像记忆、知觉和注意力这样的功能类别可以理解为“大脑状态的特征”。
你可能获得知识，但是实际上可能阻止让你了解自己。
由于在他早期的行为数据研究中出现了违反直觉的分组，Poldrack 仍然对无模型、数据驱动的新类别搜索感兴趣。他认为，心理概念可能会被计算术语重写ーー也许是人工神经网络中定义层次的数学描述的简化版。
这些潜在的解决方案都有缺点。Barrert说: “但是你不能通过一个新方法能回答，而就方法回答不了的，所有问题来评价它。“你评估它的基础是它能激发哪些新问题。”
“没有正确的方法,”她补充说。“只有更好的方法和更糟糕的方法。”
Poldrack同意了。“我不认为我们中的任何人会想要告诉人们: 不要再使用‘记忆’这个词了。但是为了理解大脑，我们可能需要挑战我们关于大脑如何工作的直觉—- “就像量子力学对我们理解物理现象提出挑战一样。”
当我们想知道大脑是如何工作的时候，他解释说，我们希望它的意思是: 当我坠入爱河时，我的大脑发生了什么？或者当我兴奋的时候？如果我们离熟悉的认知概念太远，他担心我们对大脑的了解可能就像《银河系漫游指南》中的“42”: 正确答案，但不是我们脑海中的问题。“现在，我们愿意接受这个事实吗?”Krakauer 问道。
原文链接：https://www.quantamagazine.org/mental-phenomena-dont-map-into-the-brain-as-expected-20210824/
参考1. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03811-w 2. https://profiles.stanford.edu/russell-poldrack

wert2021-09-20 21:35:29

但科学研究就是这样，不断试错，不断假设，然后不断推倒重来。任何学科都是如此。

Raymond～Lee2021-09-20 12:16:14

其实如果想以揭开人脑的工作机理来实现“强人工智能”，那么人工神经网络的研究方向可能一开始就是错的，或者说现有的框架是错的，虽然很尊重一直以来各位大牛的研究成果，但这只是你“觉得”人脑是这样“工作”而已[捂脸]