最新研究：揭秘大腦中激發自發行爲的神秘信號

一項新的研究在《自然通訊》上發表，研究了大腦如何啓動自發行爲。除了展示在沒有環境輸入的情況下自發行爲是如何出現的，這項研究還對運動開始前神經活動緩慢上升這一現象的起源產生了影響——這是一種常見但不太爲人理解的現象。

這項研究由傑克·加文納斯博士領導，當時他還是查普曼大學腦研究所的一名博士生，並且由腦研究所的兩名教員烏里·毛茲和亞倫·舒格共同撰寫。在他們的工作中，研究人員針對這個問題給出了一個答案。他們在簡單的神經網絡中模擬了自發活動，並將這種模擬活動與人類自發運動時的皮質內記錄進行了比較。

研究結果表明了一些令人吃驚的情況：許多快速波動的神經元可以在一個網絡中相互作用，從而在神經元羣體層面產生非常緩慢的波動。

例如，想象一下，站在高高的跳臺上，試圖鼓起勇氣跳下去。外界沒有任何東西告訴你什麼時候跳；這個決定來自內心。在某個時刻，你經歷了決定跳下去，然後你就跳了。

實際上，您的大腦（或者更確切地說，您的運動皮層）發送電信號，致使您全身肌肉進行精心協調的收縮，從而使您能夠奔跑和跳躍。但這些信號在大腦中起源於何處，它們又如何與有意識地意願身體移動的體驗相關聯呢？

從 20 世紀 60 年代開始，神經科學家發現，在自發的自願行動前一到兩秒，大腦中的電活動會增強。許多科學家認爲，這種增強的開始反映了在潛意識決定行動後爲移動所做的準備。但是，儘管對這種緩慢增強的活動的起源進行了調查，它似乎還是突然“不知從何處冒出來”。

在此後的幾年裡，神經科學家和哲學家一直在探討這種增強對自由意志和有意識的自我控制意味着什麼。如果在早期決定移動之後，大腦在您有意識地決定移動之前兩秒（根據一些研究，甚至更長時間）就準備移動，那麼您的行動在很大程度上是否是無意識地預先決定的？因此，理解這種增強活動的神經起源是神經科學中的一個首要問題。

大腦在行動開始前幾秒存在前意識信息這一觀點，受到了諸如 Maoz 和 Schurger 這類神經科學家的挑戰。

特別是在 2012 年，Schurger 指出，緩慢上升的大腦活動屬於一個更大的過程

在這個過程裡，運動皮層活動中的緩慢背景波動得達到一定閾值，才能啓動運動。

要是這些緩慢的波動有助於確定閾值跨越的時刻，那麼從運動開始往回追溯，能夠保證您事先觀察到緩慢的上升，即便這種上升並非早期前意識決定移動所導致的結果。

依這種觀點來看，重要的事件並非緩慢上升過程的起始，而是閾值的跨越。

儘管頗具說服力，但這一解釋留下了一個關鍵的未解答問題

神經活動中的這些緩慢背景波動——通常被稱爲 1/f 噪聲——最初究竟從何而來？

此項研究首次闡釋了這些緩慢的背景波動是怎樣從神經元網絡中產生的，其中單個神經元本身都不在如此長的時間尺度上運行。這些緩慢的波動或許反過來促成了一個閾值交叉事件，這種事件被認爲會觸發運動，進而導致在自發行動開始之前以及之後明顯的緩慢擡升。

加文納斯說道：“在其他類型的自發行爲之前，我們同樣看到了類似的緩慢上升信號，比如想出創新性的想法或者自由回憶發生在您身上的事。所以，類似的過程可能是這些現象的基礎，不過只有時間和進一步的研究才能說清楚。”

總之，這是一項具有里程碑意義的研究，因爲它爲羣體層面的神經活動中緩慢、自發的波動的起源提供了一種可能的解釋，這是神經系統中普遍存在的現象。

此外，毛茲表示：“它揭示了我們作爲研究人員的偏見，即認爲我們的結果揭示了一種因果機制，而實際上可能只是一種相關性。”