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研究揭示了意识大脑动态变化的微妙舞蹈

想象一下您在工作:您专注于一项任务,突然之间您的思想就开始徘徊在周末的念头上,也就是说,直到您发现老板走过眼角。这种意识的来回自然而自动地发生,并且是两种大脑状态的结果:背注意力网络(DAT)与我们对周围环境的意识相对应,而默认模式网络(DMN)与我们对周围环境的意识相对应。内心专注于自己。

大脑研究人员认为这些状态是反相关的,这意味着当一种状态活跃时,另一种状态就被抑制。密歇根州研究意识的研究人员使用功能磁共振成像提供了这种现象的证据,并使用独特的方法说明了即使在麻醉或其他情况下无反应时大脑的不断变化的性质。

科学家推测,DAT和DMN是与意识相关的高级脑功能,在无意识状态下会被抑制。但是对这些状态的研究依赖于无法确定地表明它们是反相关的方法。

由黄子瑞博士领导的研究团队。UM麻醉学系的一名研究人员使用普通的麻醉药来观察这两个重要的大脑网络会发生什么。黄说:“我们想查明哪些网络与意识有关。”“通过抑制意识,我们通过消除过程更好地了解了哪些网络对意识很重要。”

这些网络的大多数先前研究均依赖于几分钟内平均得出的fMRI数据。

DMB博士,麻醉学教授,意识科学中心主任,论文的高级作者Anthony Hudetz说:“但是我们知道,大脑正在通过不同的网络进行协作而发生变化。“平均时间可能会错过大脑的实际动力以及从我们的思维到我们的想象力,大脑所做的一切的基础。”

该研究小组的方法采用了第二张大脑活动的图像,它避免了一种有争议的处理技术,即所谓的全局信号回归,该技术在大多数其他此类研究中都被用来减少来自功能磁共振成像数据的噪声。

在他们的研究中,研究小组比较了98位清醒,轻度镇静或全身麻醉的参与者以及意识障碍性脑病的患者,以分析其第二至第二个大脑的活动模式。通过机器学习,他们发现了大脑活动的八个主要功能网络:上述DAT和DMN,额叶额叶网络(涉及更高层次的处理),感觉和运动网络(涉及感觉和运动),视觉网络(涉及视觉) ,腹侧注意力网络(涉及与显着刺激有关的注意力)以及激活和失活的全球网络(整个大脑本身的活动)。

研究小组表明,大脑可以快速从一个网络以规则的模式过渡到另一个网络。过渡轨迹构成“时间回路”,在此意识大脑在一段时间内动态地循环通过状态的结构化模式。在镇静患者和脑部疾病患者中,向DAT和DMN的过渡,更高阶的脑功能显着降低。他们还发现,网络之间的过渡方式取决于受试者无意识的方式。黄说:“例如,在氯胺酮下,除了视觉和腹侧注意网络外,向全球激活和失活网络的转移越来越多,这与精神症状有关,例如幻觉。”

然而,最重要的是,当患者无反应(并且可能是无意识的)时,无论到达那里的途径(药物或伤害)如何,抗相关的DAT和DMN基本上都与网络的时间回路隔离。

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