大脑如何控制意识？

原文作者：Smriti Mallapaty

在一个充满刺激的世界里，丘脑筛选了我们会产生哪些意识，不会产生哪些意识。

大脑的内部结构在不借助外科手术的情况下很难研究。来源：K H Fung/Science Photo Library

神经科学家首次观察到，当大脑自己产生意识时——即意识知觉（conscious perception）——大脑的深部结构会被激活[1]。

大脑一直在接收各种画面、声音和其他刺激，但人们始终只对周围世界的一小部分产生意识——比如一块巧克力的味道或是某人说话的声音。研究人员很早就发现，大脑的外层——脑皮层——在这种特定的意识体验中起到了某种作用。

阐明大脑深部结构的作用要难得多，因为这需要开展侵入式手术。通过巧妙的实验设计，在动物中验证这一概念也很难。但研究人员认为，搞清楚这些区域，意识理论就能进一步拓展，而不再局限于大脑外层。

“意识研究的领域招致了很多批评和怀疑，因为这是一个很难研究的现象。”以色列特拉维夫大学的神经科学家Liad Mudrik说道。但是，科学家正在越来越多地使用系统性和严谨的方法研究意识，她说道。

有没有意识

在最近发表的一项研究[1]中，北京师范大学的神经科学家张鸣沙关注了丘脑。大脑中央的这个区域参与处理感觉信息和工作记忆，而且被认为在意识知觉中起到了一定作用。

实验受试者已经在接受重度持续性头疼的治疗，他们的大脑深部植入了很薄的电极。因此，张鸣沙和他的同事得以研究这些人的脑信号，并检测意识知觉。

实验要求受试者根据是否在屏幕上看到了图标闪烁，而以特定方式移动眼球。这个图标的设计能使受试者只能在半数情况下意识到它的存在。

在做任务期间，研究团队记录了大脑多个区域的神经活动，包括丘脑和皮层。这是首次在人们执行意识科学相关任务时进行同步记录，澳大利亚悉尼大学的系统神经科学家Christopher Whyte说道。这项工作“很了不起”，他说，因为它让团队能看到不同区域发生神经活动的时间有何差异。

门控

受试者的丘脑和前额叶皮质在他们意识到图标出现和他们没有意识到时的活动很不一样。当他们意识到图标时，丘脑区域的活动比皮层区域的活动出现得更早，强度更高，而且两个区域的活动似乎是协同的。这说明丘脑像一个过滤器，控制了哪些产生意识体验，哪些不产生意识体验，悉尼大学的系统神经科学家Mac Shine说道。

之前的动物研究支持了这一结果。在2020年的一篇论文中，科研人员利用磁铁让小鼠个别胡须移动，其幅度刚好能让小鼠在约一半的情况下注意到[2]。经过训练，这些小鼠在感受到胡须移动时会去舔喷水孔。团队发现，当小鼠注意到胡须动弹时，脑皮层中被激活的细胞会投射到更深的脑区，包括丘脑。

Mudrik说，这项最新研究是“关于丘脑在意识中作用的最详细和广博的研究之一”。但一个未解问题是，这项任务是否真正捕捉到了与意识体验相关的神经活动，还是只是追踪了对一个不必然产生意识的刺激物的关注。

张鸣沙计划开展更多人群实验，并在猕猴中进一步研究脑活动。

参考文献：

1. Fang, Z. et al. Science388, eadr3675 (2025).

2. Takahashi, N. et al. Nature Neurosci.23, 1277–1285 (2020).

原文以How does the brain control consciousness? This deep-brain structure标题发表在2025年4月3日《自然》的新闻版块上

© nature

Doi：10.1038/d41586-025-01021-2

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