网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

大脑意识并非一直在线?华人科学家发现神经活动在“有意识”和“无意识”之间高频切换

0
分享至



鲁宾花瓶(Rubin's vase)是一张经典的视错觉图像,盯着它看时,画面一会儿是白色花瓶,一会儿是两张相对的黑色侧脸。它牵涉一个关键的神经科学问题:大脑究竟如何让我们交替感知到两种画面?在图像不变的前提下,这种挑选发生在哪里、如何发生?

上世纪 90 年代,诺贝尔奖得主、DNA 双螺旋结构发现者之一弗朗西斯·克里克(Francis Crick)推动神经科学家寻找与意识体验直接对应的神经活动。

此后的研究者大多借助双眼竞争(binocular rivalry)开展实验:给两只眼睛分别展示不同的图像,人一次只能意识到其中一幅,以此分离出意识信号。

围绕这个信号所处的位置,学界形成了两大阵营,一方认为意识依赖以前额叶为核心的广播网络,另一方认为大脑后部的感觉皮层已经足够。

为了分出高下,两派学者共同设计了一项大规模实验,事先公开写明各自理论的预测和失败条件。2025 年,这场对决的结论发表于《自然》(Nature):后部皮层并未出现预期的持续同步活动,前额叶也只能解码部分意识内容,双方的核心预测都缺乏充分支持。

当地时间 10 月 16 日,加州大学伯克利分校(UC Berkeley)神经科学家曹颖(Doris Tsao)团队在预印本平台 bioRxiv 发布论文,从时间维度给出了新的回答。

他们在猕猴实验中发现,即便画面和主观感知都保持不变,大脑中同一群神经元也会以每秒约 15 次的速度,在“有意识”和“无意识”之间来回切换。研究者苦寻多年的纯粹意识信号,就藏在其中一半的时间里。

曹颖随后在社交平台上介绍这项工作,称其颠覆了数十年来对意识生物学基础的认识。此前,意识研究一直试图在大脑的地图上寻找答案,这项工作提示我们,答案也可能写在时间轴上。


(来源:X@doristsao)

从面孔走向意识

曹颖过往开展的一系列工作是实现此次突破的前提。她本科就读于加州理工学院(Caltech)生物与数学专业,2002 年获哈佛大学(Harvard University)神经科学博士学位。

2024 年,她因发现猕猴脑中的面孔斑块系统、破解面孔神经编码(通过神经元放电重建面孔图像),与德国神经科学家温里希·弗莱瓦尔德(Winrich Freiwald)等人同获卡弗里神经科学奖(Kavli Prize in Neuroscience)。

近年来,曹颖逐渐转入对意识问题的研究。2020 年,她与当时在 Caltech 攻读博士的亚尼斯·黑塞(Janis Hesse)发表了一项无报告范式的双眼竞争研究,通过猴子的眼动和瞳孔变化推断它看到的图像,省去训练动物按键报告的环节,排除了这一动作对神经信号的干扰。

研究还发现,下颞叶皮层(大脑中负责高级视觉识别的区域)的面孔细胞确实会随意识感知变化,但在单次试验中,动物意识到的图像和抑制的图像都能被解码。

这留下了一个困扰两人近十年的悖论:领域经典叙事认为,大脑前部存在纯粹的意识表征,而他们实际记录到的信号与意识的关联在每个脑区都显得很弱。

曹颖形容两人“被自己的预期困住了”。事实上,自上世纪 90 年代,研究者开始在猴子身上记录双眼竞争中的神经元起,人们就反复发现,神经元在竞争条件下对意识感知的区分,明显弱于两幅图像单独呈现时的区分。

目前,曹颖出任非营利研究机构阿斯特拉研究所(Astera Institute)神经科学项目的首席科学家,致力于理解大脑产生意识体验、认知和智能行为的具体机制。


(来源:UC Berkeley)

捕捉“有意识”和“无意识”的切换

新研究采用了经典的双眼闪光抑制方法:先只给一只眼睛看一幅图,再突然向另一只眼呈现第二幅图。新出现的图像几乎总会“抢占”意识,先前那幅图虽然仍在眼前,却从感知中“消失”了。

随后,团队让两只恒河猴观看同类刺激,同时把神经像素(Neuropixels)探针插入其两个下颞叶面孔斑块和两个前额叶皮层(负责决策、计划等高级认知功能)区域。这种探针一次能同时捕捉数百个神经元的放电,让研究者得以在单次试验内部,逐毫秒追踪整个神经元群体即时表征的内容。

按传统方法,如果把一段时间内的神经活动平均起来,下颞叶神经元对意识感知的区分强度依然只有图像单独呈现时的约四分之一。

但这次,团队把每次试验切成 10 毫秒一段,逐段判断此刻的群体活动更接近“看到面孔 A”还是“看到面孔 B”时的模式。

结果出乎团队预料:画面和感知都稳定时,神经元群体每隔约 60 毫秒,就会在表征看见的脸和没看见的脸之间来回切换。研究把这两类时段分别命名为“意识微时段”和“抑制微时段”。

按状态拆开计算,意识微时段里神经元对感知的区分强度几乎恢复到图像单独呈现时的水平,抑制微时段则正相反。这揭示,过去观察到的“弱信号”,是两段方向相对的强信号相互抵消了。

更关键的是,研究并未找到“专管意识”和“专管无意识”的两群细胞,同一面孔细胞会先后按两张脸的特征放电。用意识微时段的神经活动可以重建出猴子看见的那张脸;用抑制微时段的活动则能重建出它没看见的那张。消除统计伪影后,结论依然成立。


(来源:bioRxiv)

时间是关键

研究不仅揭开了持续三十多年的谜题,更为意识研究提供了新的维度:时间。

开头提到,两派按脑区划分意识信号的出处,但曹颖团队在前额叶和下颞叶都做了记录,发现哪一处都没有稳定存在的意识信号,神经元始终在两张脸之间轮流切换。

这直接动摇了认为“意识信号会稳定待在某个脑区”的默认前提。过去实验大多把长时间活动平均处理,人脑成像的时间精度较粗,可能测不出每60毫秒一次的快速信号切换。

既然同一群神经元轮流表征两张脸,大脑又如何区分该感知到哪一张?按常理推测,最终感知到的那张脸应该让神经元放电更强,数据却显示,无感知的时间里,整体放电反而略强一些。

两种状态的区别实际上在于神经元对面孔变化的敏感度:在意识微时段里,神经元的放电反应更明显;而进入抑制微时段时,同一批神经元的反应则平缓一些。

至于是什么在掌控这种切换、决定哪段时间的信号更清晰?作者推测,它可能来自视觉皮层内部神经元之间的相互作用,也可能来自顶叶、丘脑等其他脑区的调控。

研究中,还有一组数据展现了意识机制的复杂性:团队同时记录的两个下颞叶面孔斑块,它们的切换节奏像是各自打拍子,关联很微弱。可人在任何时刻只会看到一幅图,如果各个脑区各切各的,这种统一的感知如何形成,目前依旧是个谜。

无意识的画面也会改变行为?

曹颖在推文中强调,整项工作中最让她兴奋的是,被抑制的那一半时间里,大脑仍保存着完整清晰的面孔信息。

这与心理学中的一些经典发现形成呼应:一张恐惧面孔在屏幕上一闪而过,受试者毫无察觉,大脑中处理情绪的杏仁核却已经有了反应。人没有意识到自己看过的东西,依然会影响判断、注意和情绪。如果大脑始终保存着这些“未见之物”的完整内容,它们能左右行为也就不奇怪了。

大脑为何要花力气保留一个并未真正“看见”的画面?作者推测,没看见的那段时间,大脑可能在后台检验对眼前画面的其他解读,同时不干扰行为;看见的那段时间,则承载着大脑当前采纳的解读,交给负责言语、反思和行动的脑区使用。

让同一群神经元分时段处理不同信息的机制在大脑中并不少见。曹颖实验室此前发表的研究也发现,下颞叶的同一群神经元会在不同时刻,分别处理眼前看到的面孔和对熟悉面孔的记忆。

意识与无意识的轮替,可能只是大脑这套通用策略的又一种用法。

这项工作依然在未经同行评议的预印本阶段,数据来自两只猕猴,结论的可推广性还需要更多实验检验。团队表示会在论文正式发表时公开原始数据和分析代码,供其他实验室复核。

要进一步证明意识与这种快速切换之间存在因果关系,必须进行主动干预,曹颖在阿斯特拉研究所的研究计划就包括对神经回路开展大规模操控等。

在推文中,曹颖感叹,找到一个丰富表征着“你没有意识到的东西”的信号,让揭开“神经活动如何进入意识”终于有了着手之处。

参考内容:

https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.15.759299v1

https://x.com/doristsao/status/2111318739698561330

https://x.com/HesseJanis/status/2111349628247708127

https://elifesciences.org/articles/58360

https://doi.org/10.1038/s41586-025-08888-1

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07349-5

https://www.kavliprize.org/prizes/neuroscience/2024

注:封面/首图由 AI 辅助生成

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
滕哈赫:卖麦克托米奈让我难堪,他们违背了承诺

滕哈赫:卖麦克托米奈让我难堪,他们违背了承诺

甜度百分百21
2026-10-21 00:57:08
老外拖着空箱子飞中国代购,回去一算账:机票白坐,还倒赚400镑

老外拖着空箱子飞中国代购,回去一算账:机票白坐,还倒赚400镑

浯江孤舟
2026-10-19 11:42:56
终于有经济学家批评体制内退休金太高、加剧代际矛盾,评论区炸锅

终于有经济学家批评体制内退休金太高、加剧代际矛盾,评论区炸锅

慧翔百科
2026-06-23 08:47:02
回顾:男子抢走妻嫂子性侵多日,还拍裸照!6旬岳父怒杀男子

回顾:男子抢走妻嫂子性侵多日,还拍裸照!6旬岳父怒杀男子

胡侃社会百态
2026-10-15 14:40:06
体坛:从贺惯赛后的表达能看出,三镇上下已经默认降级的结局

体坛:从贺惯赛后的表达能看出,三镇上下已经默认降级的结局

懂球帝
2026-10-20 20:58:03
33分!30分!18分!CBA一夜产生3场惨案,最新排名洗牌:广东尴尬

33分!30分!18分!CBA一夜产生3场惨案,最新排名洗牌:广东尴尬

大秦壁虎白话体育
2026-10-20 22:42:47
女子走在路上,被一个陌生男人强行拉到角落发生了关系

女子走在路上,被一个陌生男人强行拉到角落发生了关系

张晓磊
2026-09-18 12:05:20
疯了!马斯克罕见摊牌:乌克兰用的是星盾不是星链!

疯了!马斯克罕见摊牌:乌克兰用的是星盾不是星链!

麓谷隐士
2026-10-20 00:05:04
注意!2026成都马拉松期间这些道路将临时交通管控

注意!2026成都马拉松期间这些道路将临时交通管控

红星新闻
2026-10-20 19:18:22
性能最强悍的阔直板!OPPO新品打磨中:天玑9600M+8000mAh

性能最强悍的阔直板!OPPO新品打磨中:天玑9600M+8000mAh

快科技
2026-10-20 11:29:14
700亿+!全球首富马斯克要“直接发钱”:人人可领1000,前提只有一个

700亿+!全球首富马斯克要“直接发钱”:人人可领1000,前提只有一个

明镜pro
2026-10-20 09:07:49
APEC落地深圳,北上深格局坐实了

APEC落地深圳,北上深格局坐实了

城市财经
2026-10-20 12:07:04
超强台风“蔷琵”21日下午起将影响福建海域,最新路径→

超强台风“蔷琵”21日下午起将影响福建海域,最新路径→

北青网-北京青年报
2026-10-20 11:45:56
“电子茅台”神话破灭!第一批抢iPhone Duo的黄牛,从大赚到血亏

“电子茅台”神话破灭!第一批抢iPhone Duo的黄牛,从大赚到血亏

鸣金网
2026-10-20 10:30:28
借债980亿还援乌115亿:魏德尔质问默茨,自己没钱装什么大款

借债980亿还援乌115亿:魏德尔质问默茨,自己没钱装什么大款

浯江孤舟
2026-10-18 21:53:25
两连胜!CBA四川锦城男篮91-88力擒“东北虎”吉林

两连胜!CBA四川锦城男篮91-88力擒“东北虎”吉林

封面新闻
2026-10-20 23:57:02
荷风引!青纱拂过,惊见莲中仙

荷风引!青纱拂过,惊见莲中仙

史海流年号
2026-10-13 02:33:57
油价飙升!美股芯片股,集体下跌

油价飙升!美股芯片股,集体下跌

中国基金报
2026-10-20 20:15:29
台北选战倒计时40天,沈富雄突然说了句“蒋万安可能落选”

台北选战倒计时40天,沈富雄突然说了句“蒋万安可能落选”

阿天爱旅行
2026-10-21 00:17:58
律师揭秘卖淫5种“新模式”:健身房、剧本杀、上门厨娘都中招!网友:防不胜防

律师揭秘卖淫5种“新模式”:健身房、剧本杀、上门厨娘都中招!网友:防不胜防

一丝不苟的法律人
2026-10-16 12:40:23
2026-10-21 01:32:49
DeepTech深科技 incentive-icons
DeepTech深科技
麻省理工科技评论独家合作
17386文章数 515236关注度
往期回顾 全部

科技要闻

新版MiniMax,能和DeepSeek掰手腕吗?

头条要闻

距中国台湾110公里 日美出动6万人大举军演为历史之最

头条要闻

距中国台湾110公里 日美出动6万人大举军演为历史之最

体育要闻

巴拉克:天生亚军与漫长极夜

娱乐要闻

刘恺威承认新恋情,打球认识

财经要闻

抄底万达之后 私募大佬又对恒大下手了

汽车要闻

黑科技一次看全 2026奇瑞全球创新大会干货汇总

态度原创

教育
艺术
亲子
公开课
军事航空

教育要闻

悲哀!16岁男孩沉迷游戏,父亲怒摔手机,儿子多日拒上学,父母花8999元重买手机,才换回孩子上学

艺术要闻

吴冠中 这幅小画《大巴山中》,368万!

亲子要闻

礼来儿童溃疡性结肠炎新药3期数据:超八成患儿诱导治疗应答

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

特朗普狠批泽连斯基"不想结束战争" 泽连斯基强硬回怼

无障碍浏览 进入关怀版