人类的意识是如何产生的？科学家发现对意识至关重要的两个大脑网络
来源：世界科学，ID：World-Science
作者：莫庄非 李升伟
最近一项刊载于《科学进展》（Science Advances）上的研究表明，对意识至关重要的两个大脑网络间存在明确关联。
在该研究中，来自密歇根大学的团队发现：默认模式网络（DMN）和背侧注意网络（DAT）是反相关的——当一个活跃时，另一个的活动就受抑制。对于无意识状态的人来说，这两个脑网络没有一个是活跃的。
大脑网络之间的切换会不断发生，就算同时使用多个脑网络的时候，情况也如此。例如，我们会同时使用额顶网络（用于较高级别的信息处理）和视觉网络（用于观察）来分析和响应所看到的图像或正在阅读的单词。
而此项新发现的关键意义就在于通过实证确认了DMN和DAT这对无法同时活跃的合作伙伴——当然，神经科学家早就开始怀疑此二者无法同时运转了，不过一直没找到实证。
你在一个阳光明媚的下午惬意散步，脑中思索着不久前参加的聚会，聚会上的你跟朋友有一段关于荣格人格理论的深入探讨。这时，轰隆声传来，汽车鸣笛——一个骑着自行车下班的老大爷撞上了汽车，距离你不到十步。看起来没有人受伤，不过你还是急忙冲到他身边询问情况。
从回忆人格理论到关心出事大爷，顷刻之间，你所使用的大脑网络就从DMN切换到了DAT。
当我们专注于自己的内部世界，思考、内省，调用记忆，发挥想象力之时，DMN，也就是默认模式网络，会处于活跃状态；而当我们关注周围环境时，DMN便安静了，背侧注意网络DAT则被激活。
DMN和DAT的相互作用通过允许我们与周围环境进行交互，然后迅速地将这些交互内化——将经历转化为思想和记忆——进而支撑意识的存在。
不过由于二者的反相关，交互与内化又是动态交替无法并立的，所以可以这么说：
人类无法同时做到沉浸于内部世界，又积极与外部联系；但这二者通过DMN和DAT开闭分明的切换来交替实现，帮助我们实现自我与环境的互动，便有了意识。
其实细琢磨一下，这相当符合生活经验。我们确实很难在与街坊邻居谈笑风生的同时，兼顾对自我内心幽微处的探寻。
另外，像赛洛西宾（psilocybin）或D-麦角酸二乙胺（LSD）这样的致幻剂能够抑制DMN而激活DAT，这样往往可以帮助服用者建立与物质世界、其他人或周围环境强烈的联系感。
由于DMN是我们的自我流动和消极思想循环的地方，因此有越来越多的研究选择使用致幻剂来治疗抑郁症、创伤后应激障碍、成瘾和其他神经系统疾病，起效方式就是抑制DMN。
该研究的主要作者黄子瑞说道：“这一发现为理解意识的神经元机制提供了新的科学视角。它或许可以制定脑疾病患者的意识状态指标。”
黄等人使用功能性核磁共振成像（fMRI）技术研究了98名参与者的大脑。
fMRI通过检测血流变化来测量大脑活动。在这个过程中，部分参与者清醒，其他一些则轻度镇静或全身麻醉，另外还有一部分存在意识障碍。
研究团队建立了一个机器学习模型，以分析参与者大脑的不同部分会在何时同时被使用。以往研究者在进行分析时都会使用fMRI数据在几分钟内的平均值，但黄等人对大脑活动进行了逐秒拍摄。
麻醉学教授、密歇根大学意识科学研究中心主任安东尼·休德兹（Anthony Hudetz）说道：“大脑每秒都在变化，如果只是计算平均值，我们可能会错过它的实际动态变化，无法看到从思维到想象的全部大脑功能的基础。”
除了DAT和DMN，黄等人还观察了8个主要的大脑网络——从更高级别的大脑信息处理到视觉处理和整个大脑的活动。
他们基于前98名参与者的数据，创建了这些大脑网络活动模式的模型，其中包括哪些网络被同时激活，激活多长时间以及随后又激活了哪些网络。
有了可靠的模型后，黄等人便在另外248名参与者中进一步评估了他们的结果。这些参与者都是有意识的，但其中一些人患有会改变其大脑网络功能的精神疾病。
研究人员发现，大脑会以有规律的模式迅速转换活跃脑网络；这种意识的转换会以结构化的模式随着时间循环进行，其中就包括DMN与DAT之间的频繁转换。
不过对于失去意识的患者（无论是服用了镇静剂还是患有脑部疾病），此类转换的频率要低得多。
关闭有意识者的DMN部分（致幻剂就会带来这种情况）会导致这个人无法进行深度的自我反思；关闭DAT则可能使他无法感知并响应周围环境。正是有这两个网络间的切换，我们才能够有意识地与他人互动。
黄希望接下来可以确定大脑调节这些活跃脑区转换的动态过程：“这些大脑变化的结构化模式对于意识很重要。”
科学家们对大脑的学习、探测、成像和分析已有数十年积累。基于此，我们或许能在几十年后破解意识的密码。但毕竟大脑作为意识的基础，作为人类所有思想、记忆、情感和感觉的基础，内部原理应该会极其复杂。