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每一位做过手术的人,或许都曾被麻醉师告知:“打完麻醉药你就什么都不知道了。”这句话在大多数情况下是对的:你不会感到疼痛,不会形成记忆,事后也不会回忆起手术台上发生的任何事。然而,"不知道"是否意味着大脑真的彻底停工?
在 2026 年 5 月发表于《自然》的一项研究中,贝勒医学院的研究团队首次在人类海马体单神经元层面,系统记录并揭示了全麻无意识状态下的高阶认知加工能力。这意味着,即便进入全身麻醉深度无意识的状态,人类海马体的神经元仍在悄悄分辨声音、解析词义,甚至预测你下一句话将说什么。这一发现,或将重塑我们对“意识”与“认知”之间关系的基本理解。
意识是认知的前提吗?
在认知神经科学中,有一个争论已久的基础性问题:复杂的信息处理如识别语义、理解句法结构、预测语言走向等,是否必须依赖意识的存在?
这一问题涉及对人类大脑工作方式最根本的假设。全局神经工作空间理论(Global Neuronal Workspace Theory)和整合信息理论(Integrated Information Theory)等主流意识理论通常认为:高阶的模式识别、语义解读和预测性加工,都需要信息进入意识“广播”系统,才能被大脑有效处理和利用。换言之,这些理论暗示,没有意识,就没有真正意义上的高阶认知。
来自心理学和神经科学的研究证据早已显示,大量加工可以在无意识状态下发生,包括感知辨别、统计学习,乃至部分语言理解。问题在于,过去的大多数研究聚焦于初级感觉皮层(大脑接收原始感官信息的区域),而更深层的脑区,尤其是在解剖和功能上与初级感觉系统相距甚远的海马体,是否在无意识时仍能进行复杂加工?这一问题至今没有清晰的答案。
在麻醉患者的海马体里安装“监听器”
研究团队面临一个独特的挑战:如何在伦理上合法地记录人类在完全无意识状态下的大脑活动?
贝勒医学院的神经外科医生 Sameer Sheth 团队,招募了 7 名患有药物难治性颞叶癫痫、须接受手术切除病灶脑组织的成年患者。这类手术本身就需要切除包括海马体区域的部分颞叶,因此,在这段即将被切除的组织上进行神经记录,在临床伦理上是可行的。所有患者均已知情同意,并明确被告知参与研究不影响手术方案。手术结束后,理论上没有一位患者能回忆起术中发生的任何事。
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(来源:Unsplash)
麻醉药物使用的是丙泊酚(propofol),这是目前最常用的静脉麻醉药之一,能够可逆地诱导意识丧失。整个实验过程中,麻醉深度通过专业设备持续监控,确保患者处于标准的手术麻醉深度,既不过深,也不过浅。
记录工具是一种名为 Neuropixels 的高密度硅基神经探针。这种探针由美国和欧洲多家顶尖机构联合开发,于 2017 年问世,其在一根细如发丝(宽度不足 0.1 毫米)、长约 1 厘米的硅基探针上,密集排列了数百个记录触点,能够同时捕捉大量相邻神经元的放电信号,且信噪比极高。起初它只用于动物实验,近年来才开始试用于人类手术室的急性记录。
相比大脑皮层,海马体位于大脑深处,被周围硬脑膜固定,受呼吸和心跳造成的抖动影响较小,信号质量更为稳定,这反而让它成为术中高密度记录的理想位置。研究团队最终在 7 名患者的海马体中分离出 651 个有效记录的神经单元,并在此基础上进行后续分析。
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图 | Neuropixels 的植入过程(来源:DOI: https://doi.org/10.)
麻醉的大脑能分辨“不寻常的声音”吗?
其中 3 名患者在麻醉状态下接受了一项听觉实验:研究者向他们播放大量重复的标准音调,偶尔夹杂一个频率不同的异常音。这种被称为奇球范式(oddball paradigm)的实验设计,在清醒状态下能可靠地引发大脑对异常刺激的强烈响应,是研究大脑预期与偏差检测的经典工具。
实验结果显示,即便在全麻之下,约七成被记录的海马体神经元仍对音调刺激产生了可测量的响应,其中超过两成的神经元能够区分两种不同的音调。更重要的是,神经元对异常音的响应强度明显高于对标准音的响应。这意味着,无意识状态下的海马体,依然在对出乎预料的信息进行优先标记。
实验最令研究者惊讶的部分,发生在时间维度上。在约 10 分钟的实验过程中,研究者发现:神经元识别异常音的能力随时间逐渐增强,而区分两种音调身份的能力则相应下降。换句话说,大脑在这段时间里悄悄调整了自己的感知重心,把更多注意力分配给了检测意外。
这种在分钟级时间尺度上发生的神经表征重塑,通常被认为是清醒状态下才有的学习过程。它在全麻无意识的条件下出现,是这项研究最出人意料的发现之一,研究者将其称为“无意识状态下的表征可塑性”。
麻醉的大脑能理解语言吗?
另外 4 名患者(其中 1 名与第一个实验重叠)则在麻醉状态下,聆听了 10 至 20 分钟的真实英语播客片段。对照组是 10 名清醒的癫痫监测患者,他们在清醒状态下完成了相同的任务,事后能够回忆内容。
研究者首先关注了词频。“the”“is”等高频词在日常英语中极为常见,出现时不足为奇;低频词则相对意外。结果发现,四名麻醉患者的海马体神经元放电强度与词语频率存在规律性关联:越不常见的词,神经元响应越强。这与音调奇球实验的逻辑如出一辙:无意识的大脑,仍选择优先响应出乎预料的信息。
更进一步的分析表明,麻醉状态下的海马体神经元能够编码词语的语义类别。也就是说,它们能区分“苹果”和“奔跑”属于不同类型的概念。研究者将词语映射到语义向量空间(一种以数学方式表达词义相似度的方法,例如,“狗”和“猫”的距离近,和“钢笔”的距离则较远),结果发现,神经元的放电模式能够可靠地预测即将出现的词属于哪个语义类别,其准确率远超随机水平,已经高度接近清醒对照组的数据。
在词性层面,约八成神经元能够区分名词与非名词,这一比例在麻醉组和清醒组之间几乎完全一致。
研究团队还发现,当前时刻的神经元活动,不仅反映了刚刚听到的词,还携带着即将出现的词的语义信息。也就是说,海马体神经元在无意识状态下,仍在根据语境对接下来的内容形成某种预测,而这已经是语言理解中最复杂、高阶的环节之一。麻醉患者与清醒患者在这一指标上的表现,统计上没有显著差别。
重新审视意识与认知的边界
研究的通讯作者萨米尔·谢思(Sameer A. Sheth)不禁感慨:“大脑发展出了如此惊人、复杂的机制来完成所有这些复杂任务,以至于即便没有我们的意识参与,它也能做到其中的一些。”
这项研究在真实手术室的真实麻醉状态下,记录了真实的神经元放电,挑战了长期以来关于复杂认知依赖意识的假设。海马体,这个解剖上远离初级感觉皮层、功能上与记忆和情境整合密切相关的脑区,在全麻丧失意识的条件下,依然保留了相当程度的感知辨别、语义加工、语法解析和语言预测能力。
这一发现的意义是双重的:一方面,它为理解意识的本质提供了新的实验锚点;另一方面,它也为临床上关于麻醉深度、术中知晓和麻醉后内隐记忆的讨论,提供了前所未有的神经生物学视角。
当然,这项研究也提醒我们:在手术室里,患者的大脑从未真正“关机”。下一个问题或许是:在我们尚未意识到的每一个日常时刻,我们的大脑,又在悄悄做些什么?
参考内容:
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10448-0
运营/排版:何晨龙
注:封面/首图由 AI 辅助生成
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