導(dǎo)語 / Introduction
神經(jīng)科學(xué)家們的目標(biāo)是將一系列認(rèn)知功能與大腦分區(qū)對應(yīng)起來，但近來的新研究顯示，大腦區(qū)域的定義和分區(qū)方式通常是由任務(wù)背景決定的。
神經(jīng)科學(xué)家是大腦的測繪員，他們負(fù)責(zé)觀察并描述各個(gè)區(qū)域的特征與活動(dòng)、找尋不同區(qū)域間的大道與小徑，以及區(qū)分各領(lǐng)域的分界線。位于我們大腦前端、額頭附近的區(qū)域叫做前額葉皮質(zhì)，它是大腦中的決策者。位于前額葉之后的則是運(yùn)動(dòng)皮層，它主要負(fù)責(zé)動(dòng)作的規(guī)劃及協(xié)調(diào)。在它的兩側(cè)是顳葉，這部分腦區(qū)對于記憶以及情緒加工至關(guān)重要。在這些區(qū)域之上的是軀體感覺皮層。視覺皮層則位于這些區(qū)域之后。
美國東北大學(xué)的心理學(xué)家莉薩·費(fèi)爾德曼·巴瑞特（Lisa Feldman Barrett）表示，研究者們不僅僅在對大腦結(jié)構(gòu)及其功能劃分上表現(xiàn)得像地圖繪制員，甚至他們的分類方式也跟古時(shí)的繪制員如出一轍?！霸诮o腦區(qū)分界這件事上，心理、精神和行為學(xué)家有不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)”，他們基于這些標(biāo)準(zhǔn)，給不同的網(wǎng)絡(luò)或神經(jīng)元指配功能，“就像在玩樂高積木一樣”。這些研究者似乎認(rèn)為不同腦區(qū)間存在著堅(jiān)固的邊界線。
“大腦地圖”的問題在于，它不僅把問題過分簡單化，還可能將我們帶離正確的研究方向。“在過去的一個(gè)世紀(jì)中，科學(xué)家們徒勞無功地尋找著思考、感受、決策、記憶、運(yùn)動(dòng)等一系列日常體驗(yàn)對應(yīng)的腦區(qū)之間的邊界線?！卑腿鹛卣f道。近來，多篇神經(jīng)科學(xué)研究的作者也對這種觀點(diǎn)表示贊同。他認(rèn)為這種心理學(xué)分類“無法指導(dǎo)我們理解大腦的結(jié)構(gòu)與運(yùn)作方式”。
神經(jīng)科學(xué)家們普遍認(rèn)同，作為一個(gè)生理組織，大腦中會(huì)有不同的腦區(qū)、網(wǎng)絡(luò)以及細(xì)胞類型。但當(dāng)我們將它們與知覺、記憶、注意、情緒或行為聯(lián)系起來時(shí)，“事情就變得有些可疑了”，來自紐約大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家大衛(wèi)·波佩爾（David Poeppel）說道。
沒有人會(huì)否認(rèn)視覺皮質(zhì)帶來了視力，聽覺皮質(zhì)讓我們能聽見聲音，或是海馬體對于記憶至關(guān)重要。這些區(qū)域的損傷會(huì)嚴(yán)重影響對應(yīng)的認(rèn)知能力，科學(xué)家們也逐漸闡明了大腦損傷造成認(rèn)知損傷的一些機(jī)制。但我們還不清楚這些區(qū)域本身與認(rèn)知功能之間的對應(yīng)關(guān)系。舉個(gè)例子，記憶不僅需要海馬體，還需要大腦中的其他網(wǎng)絡(luò)；盡管海馬體與記憶相關(guān)，一系列研究表明該區(qū)域還明顯調(diào)控著許多其他的認(rèn)知功能。對應(yīng)關(guān)系之間的重合是如此之大，讓單一的標(biāo)簽失去了意義。
雖然我們目前的框架為我們帶來了許多重要的啟示，但“這種框架就像陷阱一般，限制了新的研究發(fā)展”。蒙特利爾大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家保羅·西塞克（Paul Cisek）說道。這個(gè)局面同樣束縛著神經(jīng)及心理障礙治療方法的開發(fā)。
因此，巴瑞特、西塞克及其他科學(xué)家認(rèn)為，要想真正理解大腦的運(yùn)作方式，我們急需修正領(lǐng)域中的核心概念。針對當(dāng)下的挑戰(zhàn)，他們提出了探索大腦的新框架。這個(gè)新框架帶來了新答案：就在這個(gè)月，新的研究方法揭示了記憶形成以及代謝調(diào)控間出乎意料的聯(lián)系。不過，就算新框架能更好地解釋大腦的運(yùn)作方式，還是有一部分研究者認(rèn)為，新方法或許忽略了人類體驗(yàn)的重要性。
美國東北大學(xué)的心理學(xué)家巴瑞特認(rèn)為，人們熟悉的心理功能類別，如感知和記憶，"對理解大腦的結(jié)構(gòu)或工作方式的指導(dǎo)意義不大"。
Matthew Modoono/Northeastern University
福爾摩斯的化名
功能性核磁共振成像（fMRI）等工具讓我們得以更精確地研究大腦的運(yùn)作方式。神經(jīng)學(xué)家們利用這些技術(shù)，將心理功能與大腦的生理基礎(chǔ)聯(lián)系起來，從而深入理解知覺、注意、學(xué)習(xí)、記憶、決策等一系列“經(jīng)典”的認(rèn)知功能。
但在這類研究中，他們發(fā)現(xiàn)了令人不安的跡象：這些認(rèn)知功能分類以及支持它們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不如我們預(yù)想的那樣運(yùn)作。這些發(fā)現(xiàn)不僅僅反映出大腦的結(jié)構(gòu)不符合現(xiàn)有的認(rèn)知功能分類，還說明單個(gè)大腦網(wǎng)絡(luò)能支持截然不同的認(rèn)知功能。巴瑞特表示，“這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的化名比夏洛克·福爾摩斯的還要多。”
近來一項(xiàng)研究顯示，簡單的眼部動(dòng)作就需要利用到大腦中三分之二的區(qū)域。與之類似，人們在呼吸時(shí)，大腦中半數(shù)區(qū)域都會(huì)激活。2019年，來自不同團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，“知覺區(qū)域”（如視覺皮質(zhì)）的神經(jīng)活動(dòng)在大部分時(shí)間里都在編碼動(dòng)物的動(dòng)作，而非知覺刺激。
不同腦區(qū)的“身份危機(jī)”不僅僅局限于負(fù)責(zé)感知及其他認(rèn)知功能的神經(jīng)加工中心。科學(xué)家們曾一度認(rèn)為，脊椎動(dòng)物大腦中特有的結(jié)構(gòu)——小腦，專門負(fù)責(zé)動(dòng)作控制。但近來科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，小腦在注意、情緒調(diào)控、語言處理以及決策執(zhí)行等認(rèn)知過程中都發(fā)揮著作用。研究發(fā)現(xiàn)，同樣被認(rèn)為與動(dòng)作控制相關(guān)的另一個(gè)古老腦區(qū)——基底神經(jīng)節(jié)，也會(huì)調(diào)控許多高級認(rèn)知功能。
這些令人困惑的發(fā)現(xiàn)可能源于有問題的研究方法。比方說，神經(jīng)學(xué)家通過把不同認(rèn)知過程與特定的大腦活動(dòng)規(guī)律相聯(lián)系，來尋找這些認(rèn)知功能與哪部分腦區(qū)相關(guān)。在這些研究中，科學(xué)家一般使用fMRI來測量大腦活動(dòng)。然而新的發(fā)現(xiàn)警示我們：科學(xué)家需要更加警惕無關(guān)的肌肉活動(dòng)對測量數(shù)據(jù)的污染。
- Jon Han -
“你可能覺得你的結(jié)果回答了與高水平認(rèn)知功能相關(guān)的問題?！眮碜约~約大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家尤里·布扎基（Gy?rgy Buzsáki）說到，“而實(shí)際上，你測量出的數(shù)據(jù)差異，可能僅僅是由被試完成不同任務(wù)時(shí)不同的眼動(dòng)方式造成的?！?/p>
他與許多科學(xué)家一樣，相信這些新發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了神經(jīng)科學(xué)面臨著嚴(yán)重的概念問題。“我們像做地產(chǎn)分割一樣，根據(jù)過時(shí)的認(rèn)知功能概念把大腦分割成不同的區(qū)域，并錯(cuò)誤地假定這些認(rèn)知功能之間存在明確界限，而這些認(rèn)知界限還對應(yīng)著大腦功能的界限。”布扎基說道。
在2019年，一位來自斯坦福大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家拉塞爾·波爾德瑞克與同事一同檢測了人們沿用已久的心理功能分類的合理性。他們搜集了大量的行為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量了不同認(rèn)知調(diào)控過程，包括工作記憶、反應(yīng)抑制和學(xué)習(xí)，并將這些數(shù)據(jù)輸入機(jī)器學(xué)習(xí)分類器。最終的分類結(jié)果與我們的預(yù)期不符：許多我們一度認(rèn)為相互獨(dú)立的認(rèn)知功能被混合了起來，“形成了重疊的結(jié)構(gòu)”。波爾德瑞克說道。目前，我們還沒有針對這些結(jié)構(gòu)的命名系統(tǒng)。此外，這些結(jié)構(gòu)也可能與我們的意識(shí)體驗(yàn)沒有直接的對應(yīng)關(guān)系。
斯坦福大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家拉塞爾·波爾德瑞克（Russell Poldrack）曾利用機(jī)器學(xué)習(xí)，對大規(guī)模的行為學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。研究的分類結(jié)果并不與我們長久以來認(rèn)同的認(rèn)知功能分類一一對應(yīng)。
另外一項(xiàng)來自波爾德瑞克同事的研究發(fā)現(xiàn)，用于測量知覺和記憶的任務(wù)“并沒有真正測量不同的結(jié)構(gòu)”，波爾德瑞克說道，“這代表知覺與記憶的類別并不準(zhǔn)確?！彼麖?qiáng)調(diào)，這個(gè)結(jié)果并不代表“知覺”或“記憶”的分類是無用的。但“如果我們想要了解大腦如何進(jìn)行加工，我們或許還需通過更加精確的方式來研究這些的認(rèn)知功能?！?/p>
目前我們還無法明確的區(qū)分測試知覺和測試記憶的任務(wù)，或許代表這些認(rèn)知定義“沒有真正反映出心理的建構(gòu)特征”，波爾德瑞克表示。
一些科學(xué)家反對這種觀點(diǎn)。他們認(rèn)為，即便我們知道視覺皮質(zhì)不僅僅負(fù)責(zé)視覺加工，記憶網(wǎng)絡(luò)不止負(fù)責(zé)記憶功能，也并不代表我們需要全盤否定認(rèn)知功能的類別定義。但是“有時(shí)候過于廣泛模糊的定義，可能對實(shí)驗(yàn)以及假設(shè)的建立造成極為不利的后果。”來自霍普金斯大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家約翰·克拉考爾（John Krakauer）說道。
這種后果在情緒情感研究中尤為顯著。
- Jon Han -
恐懼與困惑
約瑟夫·勒杜（Joseph LeDoux）是紐約大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家，他因針對杏仁核的開拓性研究而知名。杏仁核常被稱作大腦的恐懼中心，但這種定義不僅錯(cuò)誤，還非常有害。“這些年來，人們常常稱我為‘那個(gè)發(fā)現(xiàn)恐懼來自杏仁核的人’?！彼f道，“我不喜歡這個(gè)稱號。終于有一天，我覺得我受夠了?！?/p>
勒杜在過去的幾十年中一直強(qiáng)調(diào)，杏仁核并不負(fù)責(zé)生成恐懼。他指出，恐懼是我們對情境作出的一種認(rèn)知解讀，這是一種與記憶及其他功能緊密相連的主觀體驗(yàn)。被許多人認(rèn)作恐懼的心理現(xiàn)象，在另一些人中可能會(huì)出現(xiàn)截然相反的解讀。研究顯示，對恐懼的感受可能來自前額葉皮質(zhì)，并與其他腦區(qū)有關(guān)。
而杏仁核與對威脅的處理以及反應(yīng)有關(guān)。這是一種古老的，下意識(shí)的行為心理機(jī)能?！白C據(jù)顯示，行動(dòng)的源頭往往并非恐懼?！崩斩耪f道。
把杏仁核稱為恐懼中心看似無害，但“這種說法會(huì)讓杏仁核披上恐懼的語義外衣”。這樣的誤解可能影響藥物研究的方向，這其中包括針對焦慮癥的治療藥物。當(dāng)我們在焦慮的動(dòng)物身上測試研發(fā)中的藥物時(shí)，倘若動(dòng)物看起來更大膽了，或表現(xiàn)出更低水平的生理激起，我們就常常把它們的行為表現(xiàn)解讀為焦慮或恐懼水平的降低。但另一種可能是，藥物沒有影響施用對象的焦慮水平，而只是影響了其受杏仁核調(diào)控的行為或心理表現(xiàn)。
“整個(gè)（藥物開發(fā)）領(lǐng)域都為這種困惑所擾?！彼f道。
他補(bǔ)充說，同樣的問題還發(fā)生在其他領(lǐng)域中。比方說在知覺研究中，對感覺刺激的生理加工以及對這種加工的意識(shí)體驗(yàn)往往被混為一談。勒杜相信這兩種認(rèn)知過程的研究都“繼續(xù)我們厘清認(rèn)知功能的定義”。
環(huán)境中的認(rèn)知功能
但對不同大腦區(qū)域的劃分還面臨著更復(fù)雜的問題：研究發(fā)現(xiàn)，不同神經(jīng)系統(tǒng)在認(rèn)知功能中不是以“全或無”的方式運(yùn)作的。有時(shí)候，處理對象也會(huì)影響系統(tǒng)對于功能的作用。
讓我們以對經(jīng)典“記憶”系統(tǒng)起到重要作用的皮質(zhì)單元——內(nèi)側(cè)顳葉中的外嗅皮質(zhì)（perirhinal cortex）為例。來自美國國立衛(wèi)生研究院（NIMH）的伊麗莎白·默里（Elisabeth Murray）與同事們以人類及猴子作為被試，要求他們從一對相似的圖片中選出想要的那一張。研究者操縱了任務(wù)中圖片對之間的相似程度。
該研究發(fā)現(xiàn)，只有在圖片對之間的相似度處于一定水平時(shí)，外嗅皮質(zhì)才會(huì)激活；更高或更低的相似度下，外嗅皮質(zhì)活動(dòng)水平都與被試的任務(wù)表現(xiàn)無關(guān)。與之類似，研究發(fā)現(xiàn)，通常認(rèn)為與視感覺相關(guān)的顳下皮質(zhì)也在記憶任務(wù)中發(fā)揮作用，但該區(qū)域與記憶的相關(guān)性也由特定任務(wù)背景決定。
在同樣曾在NIMH任職，如今已經(jīng)退休的神經(jīng)生物學(xué)家史蒂芬·懷斯（Steven Wise）看來，這些新發(fā)現(xiàn)意味著，與其去劃分不同的皮質(zhì)區(qū)域，并將各區(qū)域與相應(yīng)的視覺、聽覺、軀體感覺或執(zhí)行功能聯(lián)系起來，研究者更應(yīng)該尋找各區(qū)域表征什么樣的“信息組合”。一個(gè)神經(jīng)區(qū)域可能負(fù)責(zé)表征一系列不同視覺特征，如橙色方塊刺激中的“橙色”以及“正方形”特征。而其他的區(qū)域或許負(fù)責(zé)表征更加復(fù)雜的視覺、甚至聽覺或數(shù)量感信息的特征組合。
懷斯認(rèn)為，這種大腦組織方式也能解釋近來研究中與經(jīng)典心理活動(dòng)地圖相左的認(rèn)知功能重合現(xiàn)象。倘若每個(gè)區(qū)域表征的都是特定信息組合，“在記憶、知覺、注意過程以及運(yùn)動(dòng)控制中，可能都運(yùn)用了這種表征方式?！睉阉拐f道。
這也是為什么在穆里的知覺及記憶研究中，外嗅皮質(zhì)僅僅有時(shí)發(fā)揮作用：隨著圖片對在每個(gè)任務(wù)中相似程度的變化，用以分辨圖片的視覺特征組合也隨之改變。
- Jon Han -
懷斯的表征框架只是代表了重構(gòu)大腦組成結(jié)構(gòu)的其中一種可能性。盡管研究者普遍認(rèn)同目前的神經(jīng)科學(xué)研究方式存在問題，但至于未來該如何改變，我們?nèi)晕茨苷业狡毡檎J(rèn)同的答案。
即便是思想更加激進(jìn)的科學(xué)家們也認(rèn)為目前的困境難以解決?！爸赋瞿撤N方法存在問題非常簡單。真正困難的事情是考慮如何做出改變?！眮碜择R里蘭大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家魯伊茲·佩索阿（Luiz Pessoa）說道?！拔視r(shí)常猛然發(fā)現(xiàn)自己在使用我一直以來批判的詞匯。可我們又怎么能做到完全規(guī)避使用像‘注意’、‘情緒’、‘動(dòng)機(jī)’這樣的經(jīng)典詞匯呢？”
蒙特利爾大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家保羅·西塞克（Paul Cisek），通過有脊椎動(dòng)物的演化進(jìn)程在大腦中尋找心理活動(dòng)分類。
University of Montreal
許多研究者開始從演化的角度重塑我們熟悉的概念分類系統(tǒng)，來自蒙特利爾的西塞克是其中之一。在過去的五年中，他費(fèi)盡周折，探索行為系統(tǒng)隨著脊椎動(dòng)物的演化而形成的分化。
“大腦中確實(shí)存在著功能性的細(xì)分。”他說道，“這種細(xì)分功能存在演化歷史。如果我們能從歷史中找到證據(jù)，就能更好的定義這些細(xì)分概念。”
西塞克的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對大腦活動(dòng)的推倒重建能夠解釋為何基底神經(jīng)節(jié)僅僅在某些特定的決策任務(wù)中發(fā)揮作用?！澳銜?huì)發(fā)現(xiàn)無論是‘決策’還是‘注意’，它們都不對應(yīng)著大腦中的某種過程?！彼f道，“大腦中存在著一些更加實(shí)用的環(huán)路，這些環(huán)路遵循的規(guī)則是‘執(zhí)行’或‘規(guī)避’??在某些任務(wù)中，它們可能看起來像是注意。”
- Jon Han -
布扎基的觀點(diǎn)與之類似?！拔覀冃枰獜拇竽X機(jī)制入手，進(jìn)一步推演大腦機(jī)能。”他說道。舉個(gè)例子，記憶、未來規(guī)劃以及想象等認(rèn)知功能都部分通過同一神經(jīng)機(jī)制編碼，從演化角度來看，這種現(xiàn)象是合理的：同一系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠用于不同目的。“將所有的認(rèn)知功能看作是同一種，或許更加有利?！?/strong>他說道。
這種視角已經(jīng)帶來了許多發(fā)現(xiàn)。布扎基多年以來的研究關(guān)注尖波漣漪（sharp wave-ripples）。這是一種在海馬體發(fā)現(xiàn)的大腦神經(jīng)活動(dòng)，與記憶的存儲(chǔ)與提取相關(guān)。本月，曾在布扎基實(shí)驗(yàn)室工作的博士生大衛(wèi)·廷利（David Tingley）與同事發(fā)現(xiàn)了該神經(jīng)活動(dòng)的另一種新功能：調(diào)控血糖水平。
一邊是基礎(chǔ)的代謝過程，而另一邊是高水平的認(rèn)知功能，“我們正在把道路的兩個(gè)盡頭連接起來?！?/strong>布扎基說道。如今，他希望找到二者之間更加深層的連接，進(jìn)一步揭示能夠調(diào)節(jié)身體代謝的尖波漣漪是如何促進(jìn)記憶形成的。
Don’t Panic !
除此之外，對于心理分類，我們還有別的探究方式。巴瑞特、佩索阿以及其他的研究者正在考慮將全腦神經(jīng)活動(dòng)與行為相連?！拔覀冄芯空麄€(gè)系統(tǒng)，盡管這個(gè)系統(tǒng)中的某些部分相互作用?！卑腿鹛卣f道。我們可以把諸如記憶、知覺以及注意之類的功能性分類視作“大腦狀態(tài)的特征?！?/p>
由于在早期研究的行為學(xué)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了許多違背直覺的發(fā)現(xiàn)，波爾德瑞克仍舊傾向于通過非模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研究來尋找新的心理機(jī)能分類方式。他認(rèn)為，與用來定義人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層級的簡化數(shù)學(xué)描述類似，心理概念或許能夠以計(jì)算模型的方式重新定義。
上述所有方法都存在著短板?！翱赡悴皇峭ㄟ^新方法能夠回答哪些過去無法解釋的問題來評判它們的。”巴瑞特說道，“真正重要的是：通過這些新方法，我們能夠提出什么樣的新問題?！?/p>
“不存在真正正確的方法?！彼a(bǔ)充道，“只有更好的方法和更差的方法?！?/p>
波爾德瑞克贊成這種觀點(diǎn)?！拔也徽J(rèn)為有誰想要告訴大家：別再用‘記憶’這樣的舊定義了?！彼f道。但想要真正了解大腦，我們或許需要挑戰(zhàn)過去習(xí)以為常的理解——“就像我們曾經(jīng)認(rèn)為自己完全理解了世界的物理運(yùn)作，直到量子理論向我們的理解提出挑戰(zhàn)?！?/p>
另一個(gè)極為重要的考量是：新的框架最終能為我們帶來什么。“我們或許會(huì)更了解大腦，但這些知識(shí)無法幫助我們了解自己。”克拉考爾說道。
他解釋到，在研究大腦的運(yùn)作方式時(shí)，我們真正想知道的是：當(dāng)我們墜入愛河時(shí)，在我們相擁而泣時(shí)，大腦中發(fā)生了什么？他擔(dān)憂的是，如果我們逐漸遠(yuǎn)離主觀體驗(yàn)和熟悉的認(rèn)知概念，我們最終獲得的，會(huì)是《銀河系漫游指南》（The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy）中的終極答案“42”——如果我們不知曉真正的問題，答案于我們而言還有何意義？“這會(huì)是我們想要窮盡一生追尋的答案嗎？”克拉考爾如此問道。
作者：Jordana Cepelewicz | 封面：Lenka Simeckova
翻譯：山雞 | 審校：阿莫東森 | 排版：北方
編輯：山雞
原文：www.quantamagazine.org/mental-phenomena-dont-map-into-the-brain-as-expected-20210824/
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