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婴儿的大脑揭示了意识的构建过程

混沌巡洋舰  · 公众号  · 科学  · 2017-03-15 08:05

正文

本文来自 Quanta magazine  翻译 杨艳


附带的是英文的语音,有兴趣的童鞋可以先听英文,之后再看中文的翻译稿


生命的最初,大脑究竟是像一块空白的石板呢,还是在出生之后就与这个世界连接,可以理解这个世界了?一项把婴儿放进一个核磁共振仪中以显示类似于成年人的神经组织的雄心勃勃的新研究欲探索此奥秘。



Rebecca Saxe 的长子 ,Arthur, 第一次用核磁共振仪扫描他的大脑时,他才1个月大。Saxe是美国麻省理工学院的一位研究认知功能的科学家,她把小Arthur头朝下的抱着,当探针在他们周围旋转扫描时,Saxe抚摸安抚着小Arthur,而Arthur就仿佛不受影响似的,立即睡着了。


所有的父母都好奇他们小宝贝的小脑袋中正在发生什么事情;但是很少有人能有办法去探索。但是当Saxe怀孕后,她就与多年的同事一起努力设计了可以记录小宝宝脑活动图像的装置。由于她的预产期在2013年9月,这激励她早日把一切都准备好。


在过去的几十年里,像Saxe一样的研究者们已经利用功能核磁共振成像去研究了成年人和小孩们的脑活动。但是功能核磁共振成像就像19世纪早期的银版照像,它要求被观察者一动不动的躺着,以免图像变得模糊不清。小宝宝们醒着的时候就像一个不停抖动的包裹,想通过说服或者贿赂让他们一动不动那是不可能做到的事情。因此,少量的关于小宝宝的功能核磁共振成像的研究,大多是在他们睡着的时候播放声音给他们听。


而Saxe想要理解当小宝宝们醒着的时候他们是怎么看待这个世界的;她想把记录下当Arthur看视频时大脑的图片,这种研究当研究对象是成人时很容易完成。这是一种进一步探索一个更大的问题的研究方法:小宝宝的大脑是像迷你版的成人大脑一样工作呢,还是完全与成人大脑的工作方式不同?Saxe说:“我很好奇大脑时如何发育的而且我孕育着一个正在发育的大脑,这两件目前我生命中最重要的事情现在集中的融合到了一台核磁共振仪中。”


Saxe和 Arthur 在这台机器中度过了产假。Saxe说:“有些时候,他不愿意和这台仪器待在一起,或者他睡着了,或者他很紧张,或者他拉粑粑了,要得到关于婴儿大脑的好数据是一个非常偶然的事件。”在这些环节中,Saxe和她的同事们关注着他们的数据,调整着他们的实验,寻找更好的观察 Arthur 大脑活动的部分。当他们得到第一批有效的数据时 Arthur 已经4个月大了。Saxe说:“我当时太激动了。”


今天一篇发表在 Nature Communications 上的论文 是这两年多关于图像记录Arthur以及另外8个小宝宝们大脑活动工作的高潮。在论文中写道,Saxe的团队发现了 婴儿和成人的大脑在对视觉信息作出反应是大脑活动呈现出一些惊人的相似,当然这其中也有一些有趣的差异。 Saxe希望这项初步的研究将会为理解早期大脑形成过程的作出努力。


从出生就构建好了?


功能核磁共振成像可能是如今科学家拥有的除开颅外研究脑活动最有效的工具。它依赖于活跃的脑区域中血流的变化情况,这产生了一个核磁共振成像仪可检测的信号。这项技术引来了一些争议,因为它是间接的测量脑活动而且它提供的简单的图像是依赖于后期的统计学处理。尽管如此,功能核磁共振成像也开启了Saxe这些科学家所称的“人类大脑的移动地图”的这种全新的研究途径。它揭示了当一个人在做事情或者在感知,思考时大脑活跃的不同部分的细节。


大脑皮层的某些区域似乎也是功能特异的。 Nancy Kanwisher ,是麻省理工学院的神经科学家,Saxe的前导师,她因发现了梭状回面孔区而成名。梭状回面孔区不止响应其他视觉图像的输入,而且也响应面部图像。她的实验室也带领了旁海马区域的发现,这个区域倾向于响应描绘地理位置的场景。当她还是Kanwisher实验室的一名研究生时,Saxe发现了大脑中一片与思维理论也就是主管思考关于其他人正在想什么时候相关的区域。在那之后,还有一些实验室已经确认了大脑中参与社交判断和做决策的区域。


说话速度飞快以及知识渊博的Saxe对关于大脑的哲学的和深度的探索基础类的问题十分感兴趣。对她来说,接下来摆在眼前的问题就是:大脑的组织是怎么产生的?她说:"从成人的大脑中看到大脑拥有的这些非常丰富和抽象的功能--道德,思维-你只是提出了这个问题,但是这个问题是如何产生的呢?”


Saxe说:“我们的大脑是否已经进化出了某些与我们的生存的关系重大的一些特殊区域?又或者,还是我们生下来就伴随了一个令人咋舌的多功能学习的机制,利用这个机制可以学到存活在这个世界当中你需要的任何东西?当我们来到这个世界时,我们的大脑是像一张白纸一样,据我们遇到的事情来演化特定的功能呢?比如像我们出生几个月后,发现身边围绕了如此多的人,因此,我们的大脑才特异的发育出了一定的区域来实现此功能?如果是这样的话,那么每个人类大脑的基本结构都是相似的,因为这个世界对于每个人来说都是差不多的,还是从出生的时候大脑的基础机构已经构建好了。


A Place for Faces


Riley LeBlanc 吐出奶嘴,然后开始哭泣。她是一个5个月大的,有着一头像拖把一样卷曲的棕色头发的小宝宝。襁褓中的她此刻哭泣仅仅因为Heather Kosakowski,Saxe的实验室经理站在笨重的核磁共振仪旁边,抱着她上下活动。Heather Kosakowski就住在在麻省理工学院脑与认知科学大楼底楼。Lori Fauci是小Riley 的妈妈,此时正坐在扫描床上,从她的口袋又拿了一个奶嘴给Riley 。这里所做的一切事情都为安抚小Riley 。你看,这个房间是微微透着亮光,扬声器中播放着叮铃的玩具钢琴演奏的流行歌曲作为摇篮曲。扫描床上放着一个特别设计的高频线圈--其实就是斜躺的椅子和婴儿大小的头盔--来作为扫描时的无线电信号接收天线。核磁共振仪编程特定的程序用来产生的噪音比平时少的噪音,以避免伤害婴儿敏锐的听觉。


开始是想让Riley乖乖躺在高频线圈里可不容易。她的妈妈得把Riley放在她的胃的那个部位,且得脸和手挨着Riley,这样才能安抚这个小宝宝。Kosakowski使妈妈和小宝宝一起滑进扫描仪中然后在移动到检查室。 而这时,实验室的另一名成员Lyneé Herrera则继续待在核磁共振仪房间里,通过手势告诉Kosakowski是否Riley的眼睛睁开了,并且正在看她头顶的镜子,这镜子可以反射出投影在机器背面的图像。


团队的目标是收集每个小宝宝尽量保持不动的观看视频的大约10分钟的数据。为了实现这个目标,研究者们经常需要平均来自多次多达两个小时的视频的数据。Kosakowski说 :“小宝宝参与的次数越多,我们就越有可能收集到完整的10分钟的数据。”这是Riley第8次来啦。







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