科学好故事窥探大脑内部我们是如何产生情绪

来源：新浪科技

来源：Nature

撰写：艾利森·阿博特（AlisonAbbott）

翻译：任天

两年前，哈佛大学的詹妮弗·李（JenniferLi）和德鲁·罗布森（DrewRobson）在一项研究斑马鱼大脑的实验中获取了大量的数据，通过梳理，他们偶然间发现了一些似乎具有特异功能的细胞。

这两位神经科学家计划通过绘制斑马鱼幼体觅食期间的大脑活动图像，观察神经颤振如何变化。他们在哈佛大学建立了一个技术平台，这项实验正是第一次重要的测试。在这个平台上，他们可以观察到这些幼体——大小和人的眼睫毛差不多——大脑中的每个细胞，它们可以在直径为35毫米的培养皿中自由地游动，以微小的猎物为食。

在如山的数据中，研究人员发现了一些神经元，可以预测幼体下一次会在什么时候捕获并吞下食物。其中一些神经元甚至在幼体盯上猎物之前的几秒钟就已经被激活了。

大脑中的神经元如何使我们产生情绪？

还有一件很奇怪的事。研究人员对这些数据进行了更详细的研究后，发现“精神”（psychic）细胞的活跃时间异乎寻常地长——不像大多数神经元通常只活跃几秒钟，这些细胞会活跃长达数分钟。实际上，这也差不多是斑马鱼幼体捕食的持续时间。

“这太可怕了，”詹妮弗·李说，“所有这些都说不通。”她和罗布森开始查阅文献，渐渐意识到这些细胞应该是在设定一种整体的“大脑状态”，即一种持续的大脑活动模式，使幼体对眼前的食物做好准备。他们还了解到，在过去几年里，其他科学家也利用各种方法和不同物种发现了改变动物行为的大脑内部状态，即使外部环境没有任何变化。

詹妮弗·李和罗布森是在分析大脑数据时偶然取得这一发现的，但还有另一群人是先提出，假设编码大脑内部状态的神经元一定存在，之后积极地在独立的、得到充分研究的大脑区域中寻找它们。例如，在今年早些时候，加州理工学院的神经生物学家大卫·安德森（DavidAnderson）和同事们发现了大脑中一种以一个小型神经元网络为代表的内部状态。这种状态可以使果蝇为求爱或战斗行为做好准备。

神经科学家希望能够了解大脑的编码语言。一般来说，传统的做法是研究大脑的细胞网络如何对感觉信息做出反应，以及如何产生行为，比如运动或说话等。然而，他们无法详细观察这两者之间重要的中间环节——大量的神经元活动。这些活动隐藏了代表动物情绪或欲望的模式，而正是这些模式帮助动物校正自己的行为。测量构成大脑内部状态的基础是一些特定的细胞网络，就在几年前，测量这些网络的活动还很难实现。

但近年来随着大量新技术的应用，情况已经开始改变。新的方法使科学家能以前所未有的细节追踪大脑中的电活动，以毫秒为单位来量化动物的自然行为，并在这些实验产生的海量数据中找到模式。这些模式可能是大脑可能采取的无数内部状态的标志。现在，研究人员面临的挑战就是确定这些状态意味着什么。

三组神经元分别控制着斑马鱼幼体呆在原地（左）、去别处探索（中）以及在这两种状态之间切换（右）

一些神经科学家正在大胆地运用新技术来探测一类强大的大脑内部状态：情绪。另一些研究者则将目光投向了“动机”等状态，或“渴望”等存在驱力。有的研究人员甚至在还没被学界冠以专有名称的数据中发现了大脑内部状态的标志。

目前关于大脑内部状态的研究论文越来越多。这些研究甚至可能具有潜在的临床应用价值。美国国家心理卫生研究院的负责人乔舒亚戈登（JoshuaGordon）表示：“精神疾病本质上是对大脑内部状态的破坏。我们需要理解这些状态。”

大脑内部状态的框架

任何动物的大脑都在不断地受到来自感觉器官（如眼睛、耳朵、鼻子或皮肤）的环境信息轰炸。最初，这些信息全部都是在大脑的感觉皮层中处理的。接下来就是更神秘的处理步骤，信息会在这些步骤中通过多种大脑内部状态得到过滤，而这些状态就代表了生物不断变化的情绪和需求。这将最终导致运动皮层产生与环境相适应的运动行为，比如拍打一只造成瘙痒的苍蝇，或是走向美味的食物。与此同时，内部状态也完全可以在大脑中产生，不需要感官输入，也不需要行为输出：想象一下做白日梦的情景，或者在脑海中重演当天发生的事情。

在过去几年中，对大脑内部状态本质的洞察正在改变科学家对动物行为的看法，尤其是研究大脑网络的神经科学家。“过去我们认为动物就是某种对刺激产生反应的机器，”纽约冷泉港实验室的神经科学家安妮·邱吉兰德（AnneChurchland）说，“现在我们开始意识到，它们的大脑中会产生各种各样有趣的东西，而这些东西改变了感官输入信息的处理方式，从而改变了动物的行为输出。”

如何研究这一有趣的中间地带一直是大卫·安德森

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