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被控制的意识?用“开关”唤醒“睡美人”

2015-12-24
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  【新知关键词:大脑意识觉知路线图】

  《格林童话》中有一则经典欧洲童话《玫瑰公主》,也称《睡美人》,故事中美丽的公主被恶毒的女巫诅咒沉睡不醒,直至爱慕她的人献上一个真心的吻。然而,美国斯坦福大学的最新研究则为“苏醒”带来新办法——通过大脑的意识觉知路线唤醒“睡美人”。

  据英国《每日邮报》12月18日报道,科学家已经破解意识觉知路线图,最新研究结果已经发表在网络杂志《ELife》上。在最新实验中,研究人员可以通过调整丘脑中枢的细胞活动来有效控制小鼠的意识,控制过程类似调低收音机音量。丘脑是大脑深处感觉中枢所在区域,它控制人体不同部位传来的信号,同时负责调节意识和清醒状态。如果这一区域遭受损坏,那么记忆力、注意力和睡眠等都将受影响,严重时甚至导致昏迷。

  过去这一区域细胞的活动原理并不清楚,为测试丘脑中枢和意识之间的作用机制,斯坦福大学的一个研究团队利用一种被称为光遗传学的工具刺激小鼠的丘脑中枢细胞群。其实也就是将光敏基因插入细胞中,从而使细胞能够被光激活,这样研究者就能一边掌控外部事件进展,一边以类似于深度脑部刺激的方式刺激大脑。实验发现,用10赫兹频率刺激丘脑中的兴奋细胞时,老鼠会失去意识,而用40到100赫兹频率刺激时,老鼠会再次醒来。

  明明刺激的是相同的细胞,为何频率不同会导致如此大的差异?斯坦福大学神经学、神经外科和生物工程副教授金博士介绍说,这是由于丘脑中枢的工作就像收音机频率刻度盘上的指针一样,能够调节大脑不同区域的工作状态。动物实验中功能性核磁共振成像显示,不同频率的激光脉冲会使大脑的不同区域亮起来,高频率的刺激导致大脑皮层区域被广泛激活,而低频刺激则抑制大脑皮层活动,小鼠便失去意识,昏昏欲睡。脑部扫描结果还显示,大脑不同区域之间存在相互作用,比如一个区域活动的增加会伴随另一区域活动下降。脑部刺激实验中,丘脑中枢周围的皮肤体感神经元极其活跃,此外,动物脑部“未定区”细胞在睡眠等低活动状态下会呈现“梭形”模式。

  研究人员表示,这一成果在了解大脑如何控制睡眠和觉醒领域取得了重大进步,有望利用该成果开发治疗脑损伤和其他神经系统疾病的新方法。此前牛津大学的研究团队曾用果蝇实验,证明大脑中存在“睡眠开关”,现在经过小鼠实验,神经科学家们更加坚信大脑中存在能够控制思想意识状态的特定区域。目前,科学家们还在精确分析这些过程到底是如何进行的,相信这一发现最终将有助于人们改善不良睡眠,摆脱慢性失眠等病症。

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