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人类意识源自大脑电磁场吗?

  克里斯多夫·科赫(Christof Koch)是一位神经学家,近期,他在新书《生命的感觉》结束语中提出:“大脑是已知宇宙中最复杂的活动物质,是什么让它的活动变成了生命本身的感觉?”他认为,意识是由大脑产生的,其复杂性远超出我们的想象。

  科赫在书中描述了美国斯坦福大学神经学家基兰·福克斯(Kieran Fox)和同事们的最新实验工作,他们探索了电刺激大脑的效应,揭示了一个有序原理,也就是说,一个大脑区域的感觉输入或者运动输出结构越远离,就越不可能参与我们的主观体验。科赫指出,精确的数据,提供了关键的因果关系,而不仅仅是观察,使用证据来确定意识的神经元相关性。

  与意识相关的神经元被认为是大脑意识发生所必需的部分,意识仅与神经元相关,而这些相关性是大脑特定部位的突触放电模式,这是神经科学的传统观点。换句话说,如果我们深入分析大脑,就会发现不同类型神经元产生电化学突触刺激,这就是生命所感受到的意识。

  “这是一个令人瞠目结舌的时刻,我们将告诉每位科学家大脑电磁场是意识所在地。”

  如果意识源自大脑神经产生的电磁场,将会怎样呢?大脑磁场是由大脑中各种生理过程产生的,但主要是由穿过神经元的跨膜电流产生,这些磁场始终存在振荡,它们以不同的速度,聚集在特定波段,从底部德尔塔波段(delta)每秒1-2.5个振荡周期至伽马波段(gamma)每秒40-120个振荡周期。

  一些神经科学家长期以来一直认为大脑振荡电磁场非常有趣,但这仅是大脑“附带现象”特征,就像蒸汽动力火车上的火车汽笛。大脑电磁场可能只是不影响大脑正常工作的噪音,科赫倾向于这种观点。

  科赫指出,虽然当前我们仍在大脑探索的初期阶段,但绝对排除任何物理进程是愚蠢的,作为一名电生理学家,我不太热衷于将特定的功能归因于特定电磁场频带。我认为在与意识相关的时间尺度上(5-500毫秒),神经元之间的起因是动作电位,进而导致神经递质的突触释放。

  他认为大脑电磁场振荡在多大程度上影响神经元的放电模式仍是一个悬而未决的问题,细想一下心脏跳动发生的声音,这些是可以被听诊器检测到的,并可以用于诊断心脏状况,然而,没有证据表明身体利用这些声音实现任何功能。

  奥地利萨尔茨堡大学教授沃尔夫冈·克里米什(Wolfgang Klimesch)提出了“二元层次脑-体振荡理论”,该理论认为,意识是大脑内部以及大脑和其他器官(例如心脏和胃)之间不同程度共振的功能。

  他说:“至于科赫的观点,大脑电磁场太弱,无法发挥高级大脑功能的作用,如果仅视为一种振荡,是正确的。该临界点是振荡之间的相互作用和同步,即使每个振子都很弱,它们之间的同步也会引发一种强大、非常有选择性的力。”

  科赫的合作者库塔格·布斯卡基(György Buszaki)早在2004年辩论会上称,大脑电磁场执行各种功能,包括连接大脑的不同区域,促进突触变化,以及创建和巩固记忆。所以他承认这些磁场具有功能性,不像心脏跳动的声音或者火车汽笛声。

  德国著名神经生理学家帕斯卡尔·弗里斯(Pascal Fries)也支持大脑磁场的功能作用。在研究中,他强调大脑不同部位的场同步在改变交流模式,从而改变意识方面的作用,这些动态变化存在于“大脑更严格的解剖结构”。

  也许近期最支持大脑电磁场产生意识的研究报告是2019年美国凯斯西储大学多米尼克·杜兰德研究小组的撰写的,他们检测了被斩首老鼠大脑海马体组织中缓慢的电磁场振荡(小于1赫兹)。研究人员发现缓慢的电磁场振荡可以触发那些没有突触连接的神经元活动。如果它们没有突触连接,就不能通过突触放电进行交流。杜兰德带领的研究小组指出,研究结果支持内源电磁场假设,之前观点认为该大脑电磁场太弱,无法触发神经活动,但在海马体缓慢周期活动自传播过程中具有重要作用。

  然而,科赫对这些研究结果持怀疑态度,因为他们的统计有效性和效应范围存在争议。他说:“当然,在一定意义上,任何神经机制都不能被绝对排除(包含奇特的宏观量子效应),只要它们不违反物理定律,像大多数挑战共识的新科学发现一样,其他团队将不得不重复杜兰德的研究,让人们感到该研究更具说服力。

  现在断言大脑电磁场是意识的主要来源还为时尚早,但是哲学家和神经学家提出了关于意识的电磁场理论,一般共振理论就是其中一种,目前科学家们正在努力探索,搜集更多的证据资料。

  有兴趣的读者应该看看道格拉斯·菲尔兹(Douglas Fields)的新书《电子大脑:脑电波如何读心,告诉我们如何学习,帮助我们变得更优秀》,该书作为大脑意识领域的入门书籍,非常详细地探讨了意识是否源自大脑电磁场。他在书中指出,脑电波是意识的关键,但到目前为止,研究结果都是相关的,并没有证明存在因果关系。

  毫无疑问,伴随着我们对大脑解剖及其领域的理解认知的进步,将有助于哲学家和科学家更好地处理如何提出正确的问题,探索各种形式意识的本质。


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