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意识之谜新进展:大脑感知存在约60毫秒周期切换


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说明:先理清事实边界,网传“意识之谜被中国科学家破解”属于夸大表述。相关60毫秒周期的猕猴实验来自海外团队,国内多家脑科学实验室,也正在意识、视觉节律方向持续开展同类前沿探索。我们结合全球脑科学进展,用大白话讲清楚这项60毫秒神经周期到底是什么、它意味着什么,以及国内科研团队在意识领域的研究布局,客观解读前沿成果,不做“彻底破解意识之谜”这类夸张结论。
很多人都会默认一件事:我们的意识、我们看到的画面,是连续不断、一刻不停的。眼睛盯着屏幕,大脑就一刻不停稳定接收画面,感知像不间断播放的电影。但近些年的神经科学实验,正在推翻这个固有认知。有研究观测到,大脑神经活动存在高速交替的状态切换,单次周期大约60毫秒,换算下来一秒钟大概切换15次。

这个发现,彻底改变科学家研究意识的思路。过去几十年,大家一直在找“产生意识的特定脑区”;而这项新研究提示,意识有可能不是固定某一块大脑持续工作,而是依靠时间节奏、不同状态轮流切换,再由大脑拼接成连续的感受。
今天这篇内容,我们避开晦涩术语,一步步拆解60毫秒切换到底是什么,实验怎么做,它能解释生活里面哪些现象,国内脑科学走到哪一步,以及距离真正解开意识之谜,还有多少难关。
一、先看懂,60毫秒到底是什么概念
1秒等于1000毫秒,60毫秒就是0.06秒。这个速度快到我们自己完全察觉不到。我们主观感受不到大脑在来回切换,大脑会自动把一段一段离散的信号,拼接成顺滑、不间断的画面,给我们制造“世界是连续”的错觉。
很多人会直接理解成:每隔60毫秒,大脑就“断片一次”,短暂失去意识。这个理解是错的。
更准确的描述:在双眼竞争的实验条件之下,同一组神经元,轮流处理两套图像信息。一段60毫秒,神经元负责处理你主观能够看见的图像;紧接着下一段周期,同一批神经元转而处理被压制、你主观感知不到的图像。两个状态高速交替运行,也就是时间复用、多路切换,专业叫法是时间多路复用(temporal multiplexing)。
举个通俗的类比,就像老式电视信号,同一个通道轮流传输两套画面,切换速度足够快,我们肉眼看不出切换,只能看到最终合成之后稳定的画面。大脑神经元做的事情,和这个逻辑很接近。
二、实验是怎么观测到60毫秒周期的
这项基础实验,采用双眼竞争的经典实验范式。给左右两只眼睛,分别播放完全不一样的图片,左眼看到A面孔,右眼看到B面孔。正常情况下,人的大脑同一时间,只会主观感知其中一张图像,另一张图像会被暂时压制,你意识不到它的存在,但大脑底层依然会处理这张被隐藏的图片信息。
科研人员使用高密度Neuropixels电极,直接记录大脑颞下皮层、前额叶大量神经元的放电活动,持续记录神经元信号,再用算法还原神经元正在表征的图像内容。
结果非常出人意料:神经元并没有一直稳定维持你“看见”的那张图片。大约每60毫秒,神经元的编码目标就发生切换,轮流在可见图像、被压制图像之间来回切换。哪怕你主观感觉看到的画面一直没变,底层神经信号已经完成了多轮切换。
这里有一个非常关键的限制条件:这个原始实验的对象是猕猴,还没有直接在人脑完成同等侵入式电极验证,论文还处于预印本阶段,尚未完成完整同行评审,结论还需要更多重复实验继续验证,不能直接当成已经盖棺定论、完全适用于人类的终极真理。
三、这项发现,推翻过去几十年研究意识的思路
过去主流的意识理论,思路非常直接:找到大脑里面专门负责意识的固定区域,只要这块区域激活,就产生意识。大量实验投入巨大精力,区分到底是后部视觉皮层,还是前额叶皮层,才是意识产生的核心位置。
而60毫秒周期的发现,提出全新的可能性:位置固然重要,时序节奏同样是意识的核心要素。同样一块大脑皮层的神经元,不同时间,代表完全不同的信息。如果研究者采集数据的时候,直接把一段时间全部信号取平均值,就会把两种状态的信号互相抵消,自然很难抓到清晰稳定的意识相关信号,这也解释了为什么过去几十年,意识相关神经信号很难稳定复现。
简单来说:以前研究人员相当于拍一张长时间曝光的照片,把来回切换的信号全部糊在一起,看不到交替的规律;现在随着高精度记录技术,才观测到这种毫秒级别的动态切换。
四、联系日常,这个理论可以解释很多我们熟悉的现象
这套离散采样、周期性切换的模型,可以用来解释生活里面很多难以解释的感知现象。
第一,注意力偶尔瞬间走神。明明眼睛盯着文字,一瞬间大脑好像没有接收文字信息,几毫秒之后立刻恢复。不是大脑彻底关机,刚好是神经周期切换,短暂进入无意识信息处理的阶段。
第二,视觉闪烁融合阈值。灯光快速闪烁,当闪烁频率超过某个阈值,人眼就看不出闪烁,看到稳定光源。大脑本身是分段采样的,采样周期刚好可以解释人为什么分辨不出高频闪动。
第三,快速运动画面感知。高速移动的物体,大脑会自动补全中间帧,把分段采样的信息拼接成顺滑运动轨迹,本质就是大脑基于分段采样的结果,主动重建连续的主观世界。
同时这套理论,对睡眠、麻醉状态下意识消失的机制,也提供新的思考方向。当大脑的周期性切换节律被打乱,稳定交替无法维持,人的主观意识体验就会减弱,最终进入无意识状态。国内上海交大、中科院心理所,已经围绕麻醉状态意识变化、视觉注意节律采样,开展大量独立的人脑实验,积累大量本土的实验数据,和这套国际前沿理论形成互相印证的关系。
五、国内脑科学的进展,我们距离破解意识走到哪一步
很多读者会关心国内的科研进度。国内脑计划持续推进,中科院心理所、上海交大、北大、清华的脑科学实验室,在意识、视觉感知、脑机接口方向持续发力。中科院心理所蒋毅团队,就专门研究视觉意识如何调控注意力的节律采样,使用人脑脑电图设备,在人类受试者身上验证意识和注意力节律之间的关联,属于同类方向非常重要的本土成果。
但是客观来讲,截止目前,全球范围内,没有任何团队,不管国内还是海外,真正完整“破解意识之谜”。意识包含非常多层面:自我感知、记忆、情绪、主观感受,60毫秒周期,仅仅解释视觉感知层面神经动态的其中一种可能性,远远不等于完整解开意识全部秘密。
很多自媒体直接宣传“意识之谜彻底破解”,属于过度解读,夸大科研成果。前沿科研,每一步只是向前多摸到一块拼图,距离拼完整张图片,还有漫长路程。
六、还有哪些悬而未决,等待后续科研验证的疑问
就算60毫秒周期这个假说后续被大量实验确认,依然还有一大堆问题等待科学家回答。
第一个,这套60毫秒的切换周期,能不能直接复制到人脑?猕猴大脑和人脑结构有相似之处,但依然存在明显差异,侵入式电极很难大规模直接在健康人脑开展,需要依靠脑磁图、脑电图这类非侵入设备间接验证周期参数。
第二个,60毫秒,是固定不变的常数吗?会不会随着人的年龄、精神状态、注意力高低,周期变长或者变短?犯困、冥想、服用药物之后,切换节奏会不会发生改变?这些都还缺少系统的数据。
第三个,除视觉之外,听觉、触觉、内在思维、自我感知,是不是全部都使用这套大约60毫秒的时序规则?还是只有视觉系统才存在这个高速交替机制。
第四个,这套节律和各类精神疾病之间的关联。精神分裂症、抑郁症患者感知出现异常,会不会就是大脑这套感知切换节奏发生紊乱?如果可以确认,未来可以衍生全新的诊断、治疗思路。
七、这项研究落地之后,可以带来哪些实际用处
基础脑科学的突破,最终都会慢慢转化成可以落地的技术。
第一,优化脑机接口。脑机接口需要读取大脑意识相关神经信号。如果知道信号存在60毫秒的交替周期,采集算法就可以适配这个时间窗口,大幅提升解码准确率,帮助瘫痪患者通过大脑信号控制设备。
第二,优化麻醉深度监测。手术麻醉,医生需要精准判断患者有没有失去意识。如果意识存在稳定节律标记,可以开发更精准、实时的麻醉监测设备,提升手术安全。
第三,开发神经类疾病新的评估方案。很多精神类疾病,主观感知异常,未来可以依靠感知节律作为客观指标,辅助医生判断病情,不再单纯依靠患者口述感受。
第四,显示器、VR设备的优化设计。根据大脑本身感知采样周期,优化画面刷新率,在降低设备功耗的同时,给人更顺滑真实的沉浸式体验。
八、普通人如何理性看待前沿脑科学新闻
每当脑科学传出新发现,网上很容易走向两种极端。一部分人看到标题,直接认定人类马上读懂大脑、破解意识;另一部分人觉得实验室成果离自己太远,完全没有意义。我们可以用更理性的视角看待这类前沿报道。
首先,区分预印本、正式发表、已经成为定论的科研成果。预印本仅仅代表团队公开初步实验数据,还需要全世界其他实验室重复验证,才会成为学界公认结论。
其次,分清边界,分清“局部感知机制”和完整的意识理论。60毫秒属于视觉感知神经动态,距离解释“自我是什么、主观感受如何产生”这类终极问题,依然非常遥远。
最后,持续关注国内脑科学的发展。国内脑计划正在稳步落地,越来越多本土实验室产出原创成果,未来在脑机接口、脑疾病诊疗领域,会逐步产出可以惠及普通人的技术。
总结
综合现有的公开科研资料,大脑视觉相关神经活动观测到约60毫秒的交替周期,是近年意识研究领域非常有潜力的新假说。它推翻过去单纯寻找“意识专属脑区”的思路,把时间节律放到和脑区位置同等重要的位置。
同时我们也要保持客观:该原始猕猴实验尚待更多验证,国内科研团队正在相关方向持续开展独立研究,但目前还谈不上“意识之谜已经被彻底破解”。意识属于自然科学最艰深的难题之一,每一次新观测,都只是向前迈出小小的一步。随着脑电图、高密度神经记录技术持续升级,未来数十年,人类会一点点揭开大脑意识背后完整的运行规则。
话题讨论:看完大脑分段采样的理论,你怎么理解我们感知到的世界?你觉得未来几十年,人类有没有机会真正搞懂意识的全部原理?欢迎大家在评论区理性交流。
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免责声明:本文基于公开预印本、脑科学文献科普,相关理论尚处于验证阶段,观点仅供科普参考,不构成医疗或者专业科研结论。