為什么大腦從來不會(huì)以同樣的方式處理同樣的輸入數(shù)據(jù)？

簌簌的聲音，小雨打在窗戶上，靜靜地滴答作響——低沉的聲音，剛剛超出聽覺的極限。前一刻我們感覺到他們，下一刻我們看不到他們，即使我們或我們的聲音似乎沒有改變。許多研究表明，無論是聲音、圖像還是觸摸，我們永遠(yuǎn)不會(huì)以同樣的方式處理輸入的刺激。即使刺激完全相同。其原因是，刺激對(duì)處理刺激的大腦區(qū)域的影響取決于這些大腦區(qū)域所屬網(wǎng)絡(luò)的瞬時(shí)狀態(tài)。然而，影響網(wǎng)絡(luò)瞬時(shí)和不斷變化的狀態(tài)的因素以及這些狀態(tài)是隨機(jī)的還是跟隨節(jié)奏的，以前是未知的。

現(xiàn)在，德國(guó)萊比錫馬克斯普朗克人類認(rèn)知和腦科學(xué)研究所(MPI CBS)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)與刺激相關(guān)的信息到達(dá)大腦皮層時(shí)，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的敏感性會(huì)影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度。大腦對(duì)刺激有反應(yīng)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，這個(gè)所謂的初級(jí)體感皮層中的一些神經(jīng)細(xì)胞或多或少地“興奮”，從而影響大腦中的以下刺激過程。這意味著大腦的反應(yīng)在進(jìn)入大腦皮層的過程中受到了調(diào)節(jié)，而不僅僅是在更高的下游水平評(píng)估刺激的方式。

MPI CBS博士生蒂爾曼斯蒂芬尼解釋說：“即使網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元之間顯然沒有外部影響，網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元之間也總是會(huì)有一定量的活動(dòng)。因此，系統(tǒng)永遠(yuǎn)不會(huì)完全靜止或不活動(dòng)。”本研究的第一作者已發(fā)表于《神經(jīng)科學(xué)雜志》。相反，關(guān)于我們的心跳、消化或呼吸的信息，關(guān)于我們?cè)诳臻g中的位置、溫度和內(nèi)在思想的信息都是不斷從身體中產(chǎn)生的。此外，即使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與任何輸入隔離，也會(huì)發(fā)生固有的神經(jīng)元活動(dòng)。這不斷影響各種大腦網(wǎng)絡(luò)的興奮性。Stephani說：“因此，內(nèi)部過程的動(dòng)機(jī)與系統(tǒng)的興奮性有關(guān)，因此也與刺激反應(yīng)有關(guān)?！薄耙虼?，大腦似乎不像計(jì)算機(jī)那樣工作，同樣的輸入信息總是意味著同樣的反應(yīng)?！?

證明了皮層興奮性的波動(dòng)并不是完全隨機(jī)的，而是表現(xiàn)出一定的時(shí)間模式：某一時(shí)刻的興奮性依賴于之前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并影響后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。科學(xué)家稱之為長(zhǎng)期時(shí)間依賴或長(zhǎng)期自相關(guān)。

皮質(zhì)興奮性以這種特殊的方式發(fā)生變化的事實(shí)表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處于所謂的“臨界”狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)的激活和抑制之間存在微妙的平衡。早期的理論和實(shí)證研究表明，這種“臨界”可能是大腦功能的基本原理，其中信息傳遞和能力最大化?，F(xiàn)在，Stephani和他的同事已經(jīng)提供了證據(jù)，證明這個(gè)原理也可以控制人腦中感覺腦反應(yīng)的可。據(jù)推測(cè)，這可以作為大腦的一種適應(yīng)機(jī)制來應(yīng)對(duì)不斷從環(huán)境中獲得的各種信息。單一刺激既不能立即刺激整個(gè)系統(tǒng)，也不能迅速消失。

然而，更大的興奮是否會(huì)帶來更有意義的體驗(yàn)仍然未知。換句話說，參與者對(duì)刺激強(qiáng)度的感知依賴于瞬時(shí)興奮性嗎？這一點(diǎn)現(xiàn)在正在第二項(xiàng)研究中進(jìn)行測(cè)試。“但其他過程也可以在這里發(fā)揮作用，”斯蒂芬尼解釋說?！氨热?，注意。如果它被引導(dǎo)到其他物體，強(qiáng)烈的大腦反應(yīng)仍然會(huì)首先發(fā)生。然而，下游更高級(jí)的大腦過程可能會(huì)阻止它被有意識(shí)地感知。”

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