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2018
04-17

研究人员观察心灵改变的时刻


研究人员研究大脑如何作出决定,第一次记录了当一只猴子做出自由选择的脑信号发生脑波信号瞬间波动。

这个研究结果来自电气工程学教授克里希纳·谢诺(Krishna Shenoy),他的斯坦福大学实验室主要研究运动控制和神经假体 - 例如用户的大脑控制的人造武器。 Shenoy说:“这个基本的神经科学发现将有助于创建神经假体,直到用户确定他们的决定,从而避免移动假肢,从而避免过早或不合时宜的动作。”

实验在eLife杂志上进行了描述。当他是Shenoy实验室的研究生时,他们是由神经科学家Matthew Kaufman执行的。

考夫曼教授实验室猴子来执行决策任务。然后,他开发了一种技术来追踪单次决策时发生的大脑信号,并以分秒的精度进行跟踪。在所谓的“单一试验解码器”算法上的这种改进揭示了在暂时犹豫或猴子改变主意时发生的神经信号。现在是冷泉港实验室的博士后研究员,考夫曼说:“我们第一次看到大脑里有许多认知现象。 “我们在这里工作的最关键的结果是,我们可以跟踪一个决定,看看猴子是如何到达那里的:是快速,慢慢地决定,还是半途而废。”

实验

实验涉及的猴子经过培训,可以触及电脑屏幕上的两个目标之一。实现目标往往是可能的,邀请自由选择。有时候,一个目标被封锁,导致被迫选择。其他时候,研究人员会在猴子决定的时候在这些配置之间切换,鼓励改变主意。

这项研究的重点是猴子在实际运动开始之前花费在审议的时间。猴子被训练静坐,两个抖动目标被放置在电脑屏幕的两侧。

屏幕上的彩色的障碍创建了一个简单的迷宫。当目标停止抖动时,猴子被训练移动到一个或另一个目标,指尖扫过迷宫,直到他碰到其中一个目标。

44​​510132在实验过程中,每只猴子的运动和运动前皮质中的192个电极开始测量目标出现在屏幕上时脑活动。测量一直持续到目标停止抖动,猴子开始移动。目标出现与动作开始之间的间隔标志着决定的时间,或者在某些情况下犹豫。

单一试用优势

考夫曼使用他的单一试验解码器算法,可以在每个个体决策中分析每一刻的大脑活动。从某种意义上说,他可以在自由选择期间阅读猴子的思想,每个决定可能不同。

在以前的决策实验中,研究人员让猴子进行了很多试验,并将他们获得的读数取平均值以获得汇总统计。但是这些较老的方法不允许研究人员在任何个人决定中确定独特或特殊的事件。考夫曼说:“我们现在可以以前所未有的精确度跟踪单个决策。 “我们看到,一个典型的自由选择的大脑活动看起来就像是强迫选择一样。但是一些自由选择是不同的。偶尔,他还没有做出任何计划就犹豫不决。大约一次八点,他很快就做出了一个计划,但稍后自发地改变了主意。“

这个对决策更深入的理解将帮助研究人员微调神经假体的控制算法,使瘫痪的人能够驾驶一个大脑控制的假肢手臂或在电脑屏幕上引导一个神经激活的光标。

两位前斯坦福博士后也对本文做出了贡献: 现任哥伦比亚大学助理教授的马克·M·丘奇兰德(Mark M. Churchland)和斯坦福大学(Stanford)电气工程顾问,帕洛阿尔托医学基金会(Palo Alto Medical Foundation)的神经外科医生斯蒂芬·伊隆(Stephen I. Ryu)

哲学含义

考夫曼说,研究小组的调查结果也是关于人类意识的长期哲学争论。

20世纪80年代初,加利福尼亚大学旧金山分校神经科学家本杰明·利宝(Benjamin Libet)进行了一项实验,以评估自由意志的性质。连接到脑电图(EEG)的受试者被要求按下按钮,只要他们喜欢。他们也被要求注意他们首先意识到这个愿望或者敦促行动的确切时间。

Libet的实验表明,独特的大脑活动开始,平均几秒钟之前,受试者意识到他们计划移动。 Libet认为,无意识的移动欲望和“自由意志”只能以有意否决的形式出现:他所谓的“自由不会”。考夫曼说,Libet所看到的大脑活动并不意味着自由意志的消亡。相反,他的结果表明,你可以计划做一个特定的运动,但有时候会改变你的想法。承诺自己选择的时刻可能会很晚,就像Libet的主题报道一样。考夫曼说:“能够看到每个选项如何在毫秒级的时间内展开,可能有助于更好地研究这些滑溜溜的问题。