科学好故事|大脑功能背后的复杂运作方式：界限越来越模糊|大脑|进化

　　来源：quantamagazine

　　撰文：Jordana Cepelewicz

　　翻译：任天

　　神经科学家试图将不同类别的心理功能映射到大脑的特定区域，但最近的工作表明，这些区域的定义和边界是复杂的，而且与情境有关

　　我们熟悉的心智功能类别，例如感知、记忆和注意力等等，都反映了我们自身的经验，但这些功能却给我们认识大脑的工作方式带来了误导，现在研究人员在探索提出更具启发性的方法，来揭示大脑功能背后的运作方式。

　　在某种意义上，神经科学家是大脑不同区域的制图师，负责定义它们的特征和活动，了解连接它们的回路和结构，并界定这些区域的边界。大脑前部，即我们的前额后面，便是前额皮质，被称为判断中枢。前额皮质的后面是运动皮层，负责计划和协调我们躯体的运动。颞叶位于大脑的侧面，对记忆和情绪处理至关重要。在这些区域上方是躯体感觉皮层；在它们后面是视觉皮层。

　　神经科学研究人员不仅经常像地图绘制者那样描绘大脑及其功能，而且遵循的还是"老式的地图绘制方法"。"他们根据自己在心理、精神上或行为上的兴趣来对大脑进行分析"，然后将这些功能分配给不同的神经元网络，这就好像它们是乐高积木，之间有着明确的界限。

　　然而，边界分明的大脑"地图"不仅过于简化，而且还经常带来误导。100多年来，科学家们一直在寻找大脑中与思考、感觉、决策、记忆、运动和其他日常经验有关的区域界限，但一无所获。近年来的一系列神经学研究进一步证实，这些心智功能分类"无法给理解大脑的结构或工作方式提供良好的指导"。

　　对于大脑的生理结构如何组织的问题，神经科学家普遍持有一致的意见：可以将大脑和神经元划分为特定的区域、网络和细胞类型。不过，当涉及到大脑可能正在执行的任务——如感知、记忆、注意力、情绪或动作等——时，"事情就变得更加可疑了"。

　　没有人质疑视觉皮层能使人看到事物，听觉皮层能使人听见声音，以及海马体对记忆至关重要。对这些区域的损伤都会损害我们的这些能力，研究人员也已经确定了这些区域潜在的运作机制。但事情并没有如此简单。举例来说，记忆也需要除海马体之外的大脑网络，而海马体被证明在记忆之外越来越多的认知过程中发挥着关键作用。有时候，区域重叠的程度太大，以至于功能标签开始失去其意义。

　　有一种观点认为，不同心智类别之间存在某种强烈的并行机制，神经科学家试图以此来理解大脑和神经在心理事件中发挥的作用，但现在看这样的观点是错误的。

　　虽然现有的框架曾带来许多重要的见解，但"它让我们陷入了某些相当令人窒息的研究陷阱中"。由此导致的结果也直接阻碍了神经和心理疾病治疗的发展。

　　这就是为什么一些科学家认为，神经领域的核心概念可能需要修改——也许是彻底的修改——才能让我们真正理解大脑是如何工作的。在努力应对这一挑战的同时，他们开发了新的方法和框架，来探索有关大脑的问题，并给出了新的答案：就在近日，一种新的方法就揭示了记忆形成和代谢调节之间令人意想不到的联系。不过，即使一个新的框架能成功解释大脑的运作，一些研究人员仍然怀疑，这些成功是否会以我们失去与人类经验的联系为代价。

　　美国东北大学的心理学家丽莎·费尔德曼·巴雷特认为，认知和记忆等熟悉的心理功能类别"无法给理解大脑的结构或工作方式提供良好的指导"

　　"化名比福尔摩斯还多"

　　功能磁共振成像（fMRI）等技术的出现和发展，使神经科学家能以越来越复杂的方式检查活体大脑，他们也开始积极地寻找人类心智能力的生理基础。在理解知觉、注意力、学习、记忆、决策、运动控制和其他经典心智活动类别的神经基础方面，神经科学家们都取得了巨大进展。

　　与此同时，他们也发现了令人不安的证据，表明这些分类和支持它们的神经网络并没有像预期的那样发挥作用。这不仅是因为大脑结构不完全符合既定心智类别之间的界限，正是因为功能区域之间的重叠如此之多，才使同一个大脑网络"拥有比夏洛克·福尔摩斯还多的别名"。

　　举例来说，最近的一项研究发现，三分之二的大脑都参与了看似简单的眼球运动；在我们的呼吸过程中，有一半的大脑会被激活。2019年，多个研究小组发现，视觉皮层等"感知"区域的大多数神经活动编码的其实是动物的动作信息，而不是感官输入。

　　这种"身份危机"并不局限于与感知或其他认知功能有关的神经中枢。小脑是所有脊椎动物大脑中都具有的结构，被认为是运动中枢，几乎完全负责躯体的运动控制。但科学家发现，小脑在注意力过程、情绪调节、语言处理和决策等方面也发挥着作用。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，但同样涉及好几个高级认知过程。

　　这些令人困惑的结果可能是由方法论的问题造成的。例如，为了发现人类大脑的不同功能，神经科学家往往将认知过程与fMRI测量的大脑活动模式联系起来。但有研究显示，研究人员需要更注意无关的肌肉抽搐和坐立不安所带来的影响，因为这些都可能改变读数。

　　研究中当你以为你的研究结果是一些与高级认知有关的东西，但实际上，这些结果可能只反映了参与任务的（实验对象的）眼睛在以不一样的方式运动。

　　不过，其他一些科学家也指出，近期的发现突出了神经科学中一个更深层次的概念问题，根据某些先入之见来划分大脑的区域，以为不同区域之间存在边界——这是错误的——同样的边界也存在于大脑功能中。

　　2019年，美国斯坦福大学的神经科学家开始测试公认的心智功能类别的合理性。他们在测试认知控制不同方面——包括工作记忆、反应抑制和学习等——的实验中收集了大量的行为数据，并在机器学习分类器中运行。研究人员发现，这些行为数据的分类结果与预期的大相径庭，传统的大脑功能类别混淆在一起，并充分划分成新的类别，似乎"在更加通用的构念层面上共同发挥作用"，这些结构没有相应的标签，并可能不直接与人类的意识经验有关。

　　同时进行的另一项研究发现，测量知觉或记忆的任务"实际上并没有测量不同的构念"。这表明，这两种分类其实并不精确，这并不是说"感知"或"记忆"是一个无用的术语，而是说，"如果想了解大脑的'所作所为'，我们可能需要更精确的方法来理解特定的功能"。

　　事实上，研究人员甚至不清楚如何区分感知测试和记忆测试，这些分类构念可能实际上并不是大脑真正的组织特征。

　　一些科学家反驳称，只要我们知道视觉皮层不仅仅与视觉有关，或者记忆网络的作用不仅仅局限于记忆，我们就不一定需要重新思考这些功能分类本身。但有时候，过度宽泛、模糊地使用一个术.............

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