麻醉下的大腦活動挑戰了我們對意識的了解

「我們的研究結果表明，在意識喪失期間，大腦比之前想像的更加活躍和有能力，」卡倫神經外科基金會教授兼主席、貝勒大學麥克奈爾研究員 Sameer Sheth 博士說。 “即使患者完全麻醉，他們的大腦也會繼續分析周圍的世界。”

記錄麻醉期間的大腦活動

為了研究無意識大腦的功能，謝思和他的同事記錄了海馬體中數百個單一神經元的活動，而海馬體是大腦中與記憶相關的區域。記錄是在接受癲癇手術的患者處於全身麻醉下進行的。這些程式為研究人員提供了直接研究大腦這一部分的難得機會。

該團隊使用 Neuropixels 感測器進行此類研究，這是一種以前從未在海馬體中使用過的先進技術。這使得他們能夠觀察大腦如何對聲音和語言做出反應，即使患者沒有意識。

大腦繼續處理語言

第一個實驗讓患者接觸一系列重複的音調，偶爾會出現意想不到的聲音混合。研究人員發現海馬體中的神經元不斷檢測到這些不尋常的音調。更有趣的是，隨著時間的推移，大腦能夠更好地識別它們，這表明學習或神經可塑性在麻醉過程中仍然發生。

然後，研究人員透過播放短篇故事，同時繼續記錄大腦活動，使實驗更加複雜。海馬體顯示出即時語言處理的清晰證據。神經活動模式表明，大腦可以區分不同的詞性，包括名詞、動詞和形容詞。

該團隊還取得了另一個令人驚訝的發現。神經訊號可用於在說出即將到來的單字之前預測它們。

「即使沒有意識，大腦似乎也能預測故事接下來會發生什麼，」謝思說，他也是德克薩斯兒童醫院鄧肯神經學研究所的戈登和瑪麗凱恩基金會兒科神經學研究實驗室的主任。

貝勒大學神經外科教授本傑明·海登博士說：“我們將這種類型的預測編碼與警覺性和注意力聯繫在一起，但它是在潛意識中發生的。”

反思意識

結果表明，重要的認知能力，包括語言理解和預測，可能並不依賴意識。或者，意識本身可能來自多個大腦區域的交流，而不是海馬體等單一區域的活動。

研究人員也注意到大腦的預測行為和人工智慧（AI）之間的相似之處。正如大型語言模型透過預測下一個單字來產生文字一樣，海馬體似乎在語言處理過程中做出類似的預測。了解這些共同原理可以幫助科學家更好地理解生物和人工智慧。

這項工作也可能有助於未來的通訊技術，包括為失去說話能力的人設計的言語義肢。

「我們可以使用這些訊號來部署和觸發人工語音設備到因中風或受傷而受損的大腦某些部分嗎？這些是我們現在可以考慮與大腦這部分相關的問題，」第一作者、貝勒大學住院神經外科醫生 Viji Katlowitz 博士說。

需要更多研究

研究人員警告說，必須仔細解釋結果。該研究僅研究了一種全身麻醉，因此結果可能不適用於其他無意識狀態，例如睡眠或昏迷。此外，該研究集中在單一大腦區域，目前尚不清楚這些過程在整個大腦中的廣泛程度。

「這項工作迫使我們重新思考意識的意義，」謝思說。 “大腦在幕後所做的事情比我們完全理解的要多得多。”