生命之光

视觉感知从“无意识”到“意识下”再到“意识上”涌现过程中大脑的动态变化示意图。（研究团队供图）

意识如同海面上漂浮的冰山，我们能看到的其实只是很小一部分，而绝大部分则藏在了深海。意识的生物学基础是什么，如何从神经机制上理解意识？

中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所戴辑团队的最新研究成果，近日在中国科学院青年创新促进会百余青年科学家与国际著名期刊《细胞》出版社共同创建的综合性英文学术期刊《创新》上发表。该研究成果从感知觉层面揭示了视觉感知从“无意识”到“意识下”，再到“意识上”涌现过程中，大脑各区域神经信号的动态变化特征，从而大大增进了对意识形成的神经生物学基础的理解。

一直以来，理解意识的生物学基础一直是科学上的巨大挑战。在生物学层面，意识研究可分为两个主要方向：一个是研究大脑形成清醒、昏迷等整体意识状态的神经基础；另一个是研究感知觉层面的意识，如我们眼睛所看到的景象，在经由视觉系统传入大脑之后是如何让我们产生意识上的视觉感知。

然而，眼睛“见”到并不等于意识“感知”到，“视而不见”的现象也时常发生。这种经过视觉系统加工却不能形成视觉感知的信息就称为“意识下”的视觉信息，而成功形成视觉感知的信息则称为“意识上”信息。

研究人员发现，在实验条件下，利用双眼竞争的连续闪烁抑制（CFS）范式，可以调控视觉输入是进入“意识下”还是“意识上”加工。例如，给左眼呈现强烈的快速闪烁马赛克刺激，同时给右眼呈现亮度较低的物体图像，可以给人造成在感知觉上完全“看”不到物体的现象，此时即为“意识下”的感知；只有当右眼的图案亮度增加到一定程度之后，人才能逐渐看到右侧物体的存在，此时才形成“意识上”的感知。

那么，视觉感知在从“意识下”逐渐涌现到“意识上”的过程中，大脑的神经信号是如何变化的呢？

研究人员利用CFS范式，通过颅内电生理（iEEG）技术结合机器学习的分析方法，清晰地描绘了这一变化过程。研究人员采集了受试者（均为因自身治疗需要而植入颅内电极的病人）在执行CFS任务时全脑尺度的iEEG信号，获得了大脑不同区域在无刺激状态、“意识下”状态，以及“意识上”状态的神经电活动数据，通过定量化分析展示了iEEG信号在不同意识阶段的信号特征，包括时频特点、不同频段的能量变化规律等。

研究人员发现，在从无刺激到“意识下”转换的过程中，全脑功能连接强度是增强的，而从“意识下”到“意识上”的转换则是减弱的，这表明大脑在形成感知意识的过程中需要增强全脑的同步性，而在意识形成之后则不需要再维持全脑的高同步性。

研究人员发现，在从“无意识”到“意识下”的转换中，起主要作用的是额叶—顶叶联合区，以及部分的颞叶或枕叶区；而在从“意识下”到“意识上”的转换过程中，主导的则是额叶区和颞叶区。此外，在这两次状态转换中，有9个脑区的AUC值（不同意识阶段iEEG信号差异的数值指针）在第二次转换中显著高于第一次，表明这些脑区在意识的涌现过程中起着关键作用，并且这些脑区在分布上形成了一个以颞上回—颞上沟为中心的集群。

该研究指出，主导不同意识状态转换的关键脑区，以及脑电信号中的关键特征，大大增进了我们对意识形成的神经机制的理解。

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