科學分析:人類意識源自大腦電磁場嗎?
2020年11月02日10:16
神經科學家長期以來一直認為大腦的振盪電磁場很有趣,但這隻是大腦的“超現象”特徵,就像蒸汽機車上的火車汽笛。
神經科學家長期以來一直認為大腦的振盪電磁場很有趣,但這隻是大腦的“超現象”特徵,就像蒸汽機車上的火車汽笛。

  11月2日消息,據國外媒體報導,克里斯多夫·科赫(Christof Koch)是一位神經學家,近期,他在新書《生命的感覺》結束語中提出:“大腦是已知宇宙中最複雜的活動物質,是什麼讓它的活動變成了生命本身的感覺?”他認為,意識是由大腦產生的,其複雜性遠超出我們的想像。

  科赫在書中描述了美國斯坦福大學神經學家基蘭·福克斯(Kieran Fox)和同事們的最新實驗工作,他們探索了電刺激大腦的效應,揭示了一個有序原理,也就是說,一個大腦區域的感覺輸入或者運動輸出結構越遠離,就越不可能參與我們的主觀體驗。科赫指出,精確的數據,提供了關鍵的因果關係,而不僅僅是觀察,使用證據來確定意識的神經元相關性。

  與意識相關的神經元被認為是大腦意識發生所必需的部分,意識僅與神經元相關,而這些相關性是大腦特定部位的突觸放電模式,這是神經科學的傳統觀點。換句話說,如果我們深入分析大腦,就會發現不同類型神經元產生電化學突觸刺激,這就是生命所感受到的意識。

  “這是一個令人瞠目結舌的時刻,我們將告訴每位科學家大腦電磁場是意識所在地。”

  如果意識源自大腦神經產生的電磁場,將會怎樣呢?大腦磁場是由大腦中各種生理過程產生的,但主要是由穿過神經元的跨膜電流產生,這些磁場始終存在振盪,它們以不同的速度,聚集在特定波段,從底部德爾塔波段(delta)每秒1-2.5個振盪週期至伽馬波段(gamma)每秒40-120個振盪週期。

  一些神經科學家長期以來一直認為大腦振盪電磁場非常有趣,但這僅是大腦“附帶現象”特徵,就像蒸汽動力火車上的火車汽笛。大腦電磁場可能只是不影響大腦正常工作的噪音,科赫傾向於這種觀點。

  科赫指出,雖然當前我們仍在大腦探索的初期階段,但絕對排除任何物理進程是愚蠢的,作為一名電生理學家,我不太熱衷於將特定的功能歸因於特定電磁場頻帶。我認為在與意識相關的時間尺度上(5-500毫秒),神經元之間的起因是動作電位,進而導致神經遞質的突觸釋放。

  他認為大腦電磁場振盪在多大程度上影響神經元的放電模式仍是一個懸而未決的問題,細想一下心臟跳動發生的聲音,這些是可以被聽診器檢測到的,並可以用於診斷心臟狀況,然而,沒有證據表明身體利用這些聲音實現任何功能。

  奧地利薩爾斯堡大學教授沃爾夫岡·克里米什(Wolfgang Klimesch)提出了“二元層次腦-體振盪理論”,該理論認為,意識是大腦內部以及大腦和其他器官(例如心臟和胃)之間不同程度共振的功能。

  他說:“至於科赫的觀點,大腦電磁場太弱,無法發揮高級大腦功能的作用,如果僅視為一種振盪,是正確的。該臨界點是振盪之間的相互作用和同步,即使每個振子都很弱,它們之間的同步也會引發一種強大、非常有選擇性的力。”

  科赫的合作者庫塔格·布斯卡基(György Buszaki)早在2004年辯論會上稱,大腦電磁場執行各種功能,包括連接大腦的不同區域,促進突觸變化,以及創建和鞏固記憶。所以他承認這些磁場具有功能性,不像心臟跳動的聲音或者火車汽笛聲。

  德國著名神經生理學家帕斯卡爾·弗里斯(Pascal Fries)也支援大腦磁場的功能作用。在研究中,他強調大腦不同部位的場同步在改變交流模式,從而改變意識方面的作用,這些動態變化存在於“大腦更嚴格的解剖結構”。

  也許近期最支援大腦電磁場產生意識的研究報告是2019年美國凱斯西儲大學多米尼克·杜蘭德研究小組的撰寫的,他們檢測了被斬首老鼠大腦海馬體組織中緩慢的電磁場振盪(小於1赫茲)。研究人員發現緩慢的電磁場振盪可以觸發那些沒有突觸連接的神經元活動。如果它們沒有突觸連接,就不能通過突觸放電進行交流。杜蘭德帶領的研究小組指出,研究結果支援內源電磁場假設,之前觀點認為該大腦電磁場太弱,無法觸發神經活動,但在海馬體緩慢週期活動自傳播過程中具有重要作用。

  然而,科赫對這些研究結果持懷疑態度,因為他們的統計有效性和效應範圍存在爭議。他說:“當然,在一定意義上,任何神經機製都不能被絕對排除(包含奇特的宏觀量子效應),只要它們不違反物理定律,像大多數挑戰共識的新科學發現一樣,其他團隊將不得不重複杜蘭德的研究,讓人們感到該研究更具說服力。

  現在斷言大腦電磁場是意識的主要來源還為時尚早,但是哲學家和神經學家提出了關於意識的電磁場理論,一般共振理論就是其中一種,目前科學家們正在努力探索,蒐集更多的證據資料。

  有興趣的讀者應該看看道格拉斯·菲爾茲(Douglas Fields)的新書《電子大腦:腦電波如何讀心,告訴我們如何學習,幫助我們變得更優秀》,該書作為大腦意識領域的入門書籍,非常詳細地探討了意識是否源自大腦電磁場。他在書中指出,腦電波是意識的關鍵,但到目前為止,研究結果都是相關的,並沒有證明存在因果關係。

  毫無疑問,伴隨著我們對大腦解剖及其領域的理解認知的進步,將有助於哲學家和科學家更好地處理如何提出正確的問題,探索各種形式意識的本質。(葉傾城)

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