參與特殊治療的癲癇病人往往同時(shí)會(huì)參與神經(jīng)科學(xué)的研究。 ? BSIP/UIG via Getty
導(dǎo)語(yǔ)：
最新研究發(fā)現(xiàn)，人類大腦信號(hào)的同步能力還不如一只獼猴，但是造就人類“高智商”的是人類大腦相較于猴子大腦的“高效率”。在各自不同的生存道路上，不同物種甚至不同地區(qū)人之間的魯棒性（robustness）與效率（efficiency）又有不同。而過(guò)高的“效率”又是否成為人類精神疾病的禍源呢？
論文題目：
A tradeoff in the neural code across regions and species
論文地址：
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0092867418316465
幾十年來(lái)，神經(jīng)科學(xué)家在人類和其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦的“硬件”——解剖結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)了諸多不同。隨著神經(jīng)學(xué)研究技術(shù)的發(fā)展，最新的一系列研究課題開(kāi)始著眼于不同物種間大腦信號(hào)的差異，研究人員假設(shè)人類與其他物種大腦在信號(hào)處理上的差異可能有助于解釋人類獨(dú)特的智力，以及他們對(duì)精神疾病的易感性。其研究結(jié)果為揭示人類大腦的效率規(guī)律提供了一些啟示，并于1月17日在Cell上發(fā)表。
左：來(lái)自洛杉磯加利福尼亞大學(xué)的神經(jīng)外科醫(yī)生 Itzhak Fried
右：來(lái)自以色列 Rehovot Weizmann 科學(xué)研究所的 Rony Paz
實(shí)驗(yàn)方法
Paz 研究了獼猴學(xué)習(xí)過(guò)程中神經(jīng)回路的動(dòng)力學(xué)，而 Fried 對(duì)藥物治療無(wú)反應(yīng)的癲癇患者中使用了單神經(jīng)元追蹤技術(shù)，從而收集來(lái)自人與猴大腦深處單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)信號(hào)。
Paz 想弄清楚猴子這些區(qū)域的神經(jīng)元與人類的神經(jīng)元是如何不同的，他的研究主要在大腦的兩個(gè)不同區(qū)域。
一個(gè)是杏仁核，這是進(jìn)化上的原始區(qū)域，存在于動(dòng)物大腦中的時(shí)間更長(zhǎng)，為基本生存本能的基礎(chǔ)，例如遇到危險(xiǎn)時(shí)，杏仁核就會(huì)被激活；另一個(gè)是扣帶皮質(zhì)，它是大腦皮層上，在進(jìn)化角度講更為年輕的部分，負(fù)責(zé)處理一些更復(fù)雜的認(rèn)知行為，比如學(xué)習(xí)。
數(shù)據(jù)收集
本實(shí)驗(yàn)中人類的數(shù)據(jù)來(lái)自 Fried ，他使正在接受神經(jīng)外科手術(shù)的癲癇患者接受一種治療，即在他們的大腦中植入一系列的細(xì)電極來(lái)記錄電活動(dòng)，于是在癲癇病人發(fā)作的時(shí)候，可以確定他們癲癇活動(dòng)來(lái)源的受損腦組織的位置，并通過(guò)手術(shù)移除這些受損的部分。
而在發(fā)病前，患者還需經(jīng)常參加一些探索大腦功能的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，本次研究中人類部分的信號(hào)數(shù)據(jù)就收集自這些病人發(fā)病前的腦活動(dòng)。
人類大腦的魯棒性比獼猴的更弱但效率更高 ?doi: 10.1038/d41586-019-00198-7
大腦魯棒性：人不如猴？
兩個(gè)科學(xué)家分別從五只猴子和七個(gè)人類各自的杏仁核和扣帶皮質(zhì)近750個(gè)神經(jīng)元中收集數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了兩個(gè)特征——魯棒性（robustness）和效率（efficiency）。他們發(fā)現(xiàn)在這兩個(gè)物種中，杏仁體中的信號(hào)比扣帶回皮層中的信號(hào)更具魯棒性，但是扣帶皮層更有效率。
他們將魯棒性定義為臨近神經(jīng)元活動(dòng)的同步程度，因?yàn)橥揭馕吨盘?hào)被加強(qiáng)；而效率則被定義為神經(jīng)元能夠產(chǎn)生各種組合信號(hào)的能力。將人腦與猴腦對(duì)比發(fā)現(xiàn)，人類兩個(gè)區(qū)域的魯棒性都不如猴子，卻比猴子有更高的效率。
假如大腦信號(hào)的魯棒性越強(qiáng)，信號(hào)就越清晰穩(wěn)定，比如在危險(xiǎn)下杏仁核會(huì)發(fā)出明確的信號(hào)“快跑！”但是同理，在越復(fù)雜的環(huán)境下，簡(jiǎn)單粗暴的決策則更容易出錯(cuò)，靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦進(jìn)化出了更加靈活的區(qū)域——皮層，也就是從那時(shí)起我們學(xué)會(huì)了“三思而后行”。
研究?jī)r(jià)值——
對(duì)精神治療的啟示
與其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物相比，人類做出的決定更加理智。雖說(shuō)我們的大腦能做更聰明的決策，但也同時(shí)更容易出問(wèn)題。皮質(zhì)較低的魯棒性或許能解釋精神疾病的原因。這項(xiàng)研究的結(jié)果與心理學(xué)上認(rèn)為精神病或抑郁癥可能與神經(jīng)元信號(hào)的同步有關(guān)的理論不謀而合。
Paz目前研究中的長(zhǎng)時(shí)間記錄或許消除了思維狀態(tài)的差異。新的研究將從神經(jīng)元收集數(shù)據(jù)，讓猴子和人類執(zhí)行類似的任務(wù)，追蹤特定的思維狀態(tài)，如焦慮的心情等。
在此之前，大多數(shù)神經(jīng)科學(xué)研究都是在動(dòng)物身上進(jìn)行的，而這些研究的前提是假設(shè)不同物種中神經(jīng)活動(dòng)的核心模式都是類似的，所以說(shuō)這次的研究相當(dāng)有價(jià)值。
更待探索
盡管如此，魯棒性-效率的比較實(shí)驗(yàn)，仍需要更多的研究數(shù)據(jù)。因?yàn)樵诤镒雍腿祟悢?shù)據(jù)集之間的直接比較具有很大的難度，因?yàn)楹茈y知道這兩個(gè)物種的大腦數(shù)據(jù)是否是在可比較的精神狀態(tài)下收集的。
我們目前對(duì)大腦的了解仍舊十分有限，數(shù)據(jù)的獲取是另一個(gè)挑戰(zhàn)，如果外科實(shí)驗(yàn)只在癲癇部位放置電極，就很難探索到更有意義的信息，好在大多數(shù)患者都愿意利用在醫(yī)院的時(shí)間來(lái)了解自己的大腦，本研究給了研究者和病人們樂(lè)觀的遠(yuǎn)景，對(duì)人腦的了解程度越深，我們所面臨的精神治療的選擇就越多。
參考資料
Nature：Pioneering brain study reveals ‘software’ differences between humans and monkeys
地址：
https://www.nature.com/articles/d41586-019-00198-7
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