Science：北师大张明沙团队在大脑中发现了控制意识的深层结构

MRI在磁共振成像（MRI）检查模拟中显示大脑

来源：心理学空间网

文：SMRITI MALLAPATY

编译：mints

神经科学家观察到了大脑的意识感知（ conscious perception）过程，即当大脑意识到自己的想法时，大脑深处的结构被激活的的过程。

大脑不断受到视觉、声音和其他刺激的轰炸，但人们只意识到周围世界的一小部分——例如，一块巧克力的味道或某人的声音。研究人员早就知道，大脑皮层，在这种意识到特定想法的体验中起着重要作用。

但是，人们无法解释大脑中的深层结构如何参与了这一过程，因为这需要通过侵入性手术才能探查。在动物身上进行这种测试这一概念也很棘手。不过，研究人员说，对这些区域进行探索是值得的，因为这能够能够让意识理论扩展到大脑的外层。

以色列特拉维夫大学的神经科学家Liad Mudrik说：“意识研究领域有着很多的批评和怀疑，因为这是一个很难研究的现象。但她是，科学家们会使用更多系统的、和严格的方法来研究意识。”

能否意识到？

张鸣沙教授

北京师范大学的神经科学家张鸣沙教授在上个月发表在《科学》杂志上的一项研究中探索了（thalamus）的在意识中的作用。

丘脑参与了感觉信息和工作记忆的加工，在意识感知中起着重要作用。

研究人员在（接受严重和持续性头痛治疗的）参与者大脑深处注射了薄电极。这能够让研究人员跟踪参与者的大脑信号并测量意识。

研究人员要求参与者以特定的方式移动眼睛，这取决于他们是否注意到他们面前的屏幕上的一个闪烁的图标。图标的闪现频率会让参与者只能在一半的时间里意识到其出现。

在这些任务中，研究人员记录了大脑多个区域的神经活动，包括丘脑和皮层。

澳大利亚悉尼大学的系统神经科学家Christopher Whyte表示，这是首次在执行与意识科学相关任务的人身上同时进行这种记录。他说，这项工作“真的非常了不起”，因为它能够让人们研究不同区域神经活动如何随着时间的变化而变化。

门控

当参与者意识到图标出现时，他们的丘脑和前额叶皮层的活跃程度与他们没有意识到图标出现时明显不同。当他们意识到图标时，丘脑部分的活动出现得更早，比皮质部分的活动更强，似乎在这两个区域之间是协调的。

悉尼大学的系统神经科学家Mac Shine说， 这表明丘脑起着（意识）过滤器的作用，控制着哪些想法进了入意识，哪些没有进入意识。

Fang, Z., Dang, Y., Ping, A., Wang, C., Zhao, Q., Zhao, H., Li, X., & Zhang, M. (2025). Human high-order thalamic nuclei gate conscious perception through the thalamofrontal loop. Science (New York, N.Y.), 388(6742), eadr3675. https://doi.org/10.1126/science.adr3675

之前的动物研究支持这些发现。在2020年的一篇论文中，研究人员使用磁铁移动单个老鼠的胡须，使老鼠只能在一半的时间注意到运动。而且这些老鼠经过训练后，能够在觉察到运动后，舔舐 喷水口的水流。

研究人员发现，当小鼠注意到胡须弹动时，大脑皮层中的细胞被激活，并且向下投射（projected）到更深的大脑区域，包括丘脑。

丘脑

丘脑是大脑的“中继站”，位于皮层和脑干之间，主要功能包括接受人体各种感觉的冲动，如触压觉、痛温觉、视听觉等，然后传导到大脑皮质。此外，丘脑还参与意识觉醒、认知、记忆和情绪等功能。

Mudrik说，最新的研究是“对丘脑在意识中的作用进行的最详细和最广泛的调查之一”。

但她说，这些研究仍然存在一个问题，即这项任务是否真正捕捉到了与意识体验相关的神经活动，或者只是追踪到了（不一定是意识感知刺激的）注意力。

从“皮层中心论”到“丘脑-皮层双系统模型”

这一发现挑战了主流全局神经元工作空间（Global Neuronal Workspace）等皮层中心理论。

论文提出修正模型：后皮层“热点区”（Hot Zone）生成意识内容初稿后，丘脑板内核和内侧核团作为“闸门”决定是否将其广播至前额叶等高级区域。这种分工解释了为何丘脑损伤会导致意识障碍（如植物状态），而皮层损伤多影响特定意识内容。

研究还暗示，维持觉醒状态（conscious state）与感知内容（conscious perception）可能共享同一套丘脑调控机制。

结语

该研究通过结合新的视觉意识范式和丘脑-前额叶颅内脑电同时记录，揭示出人类丘脑高阶核团通过丘脑-前额叶环路调控意识感知的重要机制，极大挑战了当前意识研究领域以大脑皮层中心的主流观点，为解决当前意识理论间的争议提供了重要证据。

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