案例研究：全局神经元工作空间的对抗性测试和意识的综合信息理论
意识是如何从人脑的物理神经活动中产生的？要回答这个问题，国际研究团队建立了一个大规模的开放科学对抗性合作，涉及从七个国际实验室的256名参与者那里收集的数据。这项具有里程碑意义的研究发表在《自然》杂志上，使用功能性MRI（fMRI）、脑磁图（MEG）和颅内EEG（iEEG）测试了两种理论的预注册、对比预测，而EyeLink眼动仪在实验过程中监测了参与者的目光。下面来看看是谁提出了这些理论，他们实际上声称了什么，这项研究是如何测试它们的，以及这些结果对意识研究的未来意味着什么。
全局神经元工作空间理论（GNWT）
- 谁提出了西北地区政府：主要由认知神经科学家开发Stanislas Dehaene和神经生物学家Jean-Pierre Changeux（基于Bernard Baars'原始心理工作空间模型）。
- 哲学框架——唯物主义/功能主义：西北地区政府认为意识完全是由大脑的物理活动产生的，并通过它的行为来定义意识——它在大脑中传播信息的功能作用。
- 它如何定义意识：将大脑想象成一个大型组织。大多数大脑区域像专业部门一样工作，默默地处理自己的信息。根据西北地区政府的说法，当信息从局部感觉区域中选择出来，并在分布式前额叶工作空间（一个连接前额叶皮层（PFC）和顶叶皮层的网络）中“广播”时，信息就会变得有意识。尽管所提出的全局工作空间是一个理论上的功能网络，而不是一个精确定义的解剖网络，但该网络被认为与正面执行网络（有时称为中央执行网络）有很大重叠。一旦广播，信息就可以在全球范围内用于记忆、规划、推理和决策。
- 当意识被激活时： 西北地区政府预测，在有意识的视觉体验中，大脑会出现两次短暂的广泛活动：
- 刺激开始时间（0.0秒）： 图像首先出现，并开始在局部视觉区域无意识地被处理。
- 启动点火（300-500毫秒后）： 突然爆发的活动（“点火”）在前额工作区传播，特别是涉及PFC，使信息有意识地可用。
- 活动静音维护： 虽然图像仍然可见（例如，1.0或1.5秒），但意识信息被认为是通过暂时的突触变化在没有持续广泛放电的情况下保持的。
- 刺激抵消： 当图像消失时，GNWT预测大约300-500毫秒后，随着前顶工作空间更新到新的意识场景，将发生第二次点火。
- 预测
- PFC点火：预计PFC在刺激出现和消失后的300-500毫秒窗口内会出现短暂的活动爆发。
- 全局广播表示：有关刺激的信息，包括其类别，以及理想情况下的身份和方向等更精细的细节，应在整个前顶工作区中表示出来，使其能够独立于任务需求在全球范围内使用。
综合信息理论（IIT）
- 谁提出的：由神经科学家和精神病学家提出朱利奥·托诺尼，与神经科学家克里斯托夫·科赫。
- 哲学框架——现象学/内在：IIT始于主观经验的属性，而不是大脑功能。它提出，意识取决于系统生成的综合信息量。由于该理论允许整合信息存在于大脑以外的系统中，许多哲学家认为IIT具有泛心理学或泛心理学的含义。
- 它如何定义意识： 想象一下，成千上万的音乐家独立表演。它们各自产生声音，但只有当它们完美协调地演奏在一起时，交响乐才会出现。IIT认为，意识的工作原理是相似的：经验的产生是因为信息被整合成一个统一的整体。根据IIT的说法，具有最高综合信息水平的大脑区域被建议锚定在大脑后部的“热区”，结合了枕叶皮层（颜色/线条）、顶叶皮层（空间/深度）和颞叶皮层（身份/面部/声音）。
- 当意识被激活时： 与西北地区政府的短暂点火事件不同，IIT预测，在感知物体的整个过程中，意识体验都会得到积极的支持。
- 预测：
- 持续连接： IIT预测，在有意识感知刺激的整个过程中，低级视觉区域（V1/V2）和高级视觉区域（如梭形面部区域）应保持连续同步。大脑后皮质内的这种持续同步被认为是为了支持意识体验。
- 后部特征表示： 后部热区应在整个体验中持续代表有意识的刺激特征，包括类别、身份和方向，与任务需求无关。
方法论：将感知与任务绩效分离
意识研究中最大的挑战之一是区分与有意识地看到某物相关的神经活动和与注意力、决策或按下按钮相关的大脑活动。
图像出现0.5、1.0或1.5秒。为了减少这些与任务相关的影响，参与者在每个区块之前都被指示观察两个特定的目标图像，例如一个特定的面部和一个特定对象。这自然产生了三种试验：
- 目标刺激（感知+注意力+行动）：当参与者看到指定的目标之一时，他们按下按钮。
- 任务相关非目标（感知+注意力）：其他面孔或物体需要关注，因为它们属于被关注的类别，但参与者没有做出回应。
- 任务无关刺激（最小化任务需求）：当参与者搜索人脸和物体时，字母和抽象符号也会出现。由于这些刺激与任务无关，参与者不必对这些信息做出反应或积极使用，即使stmuli仍然清晰可见。这些试验为研究人员提供了最接近有意识视觉感知的方法，同时大大减少了注意力和任务相关的处理，但并没有完全消除。
然后，研究人员比较了这些不同试验类型的活动，以区分与有意识视觉感知相关的神经活动和与注意力、决策和运动反应相关的活动。这使他们能够评估每种理论的预测，同时最大限度地减少常见的实验混淆。
为确保高质量的神经记录，EyeLink 1000 Plus眼动仪在整个实验过程中持续监测注视位置。这使研究人员能够验证稳定的注视，并确定眨眼或眼球运动可能影响神经记录的试验。眼动追踪与三种互补的神经成像技术实时同步：iEEG（高伽马神经尖峰）、MEG（快速磁脑信号）和fMRI（全脑血氧合）。
关键要点：两种理论都没有完全通过
在分析数据时，两种理论都没有毫发无损。
- Dehaene的西北地区政府在哪里挣扎： 当图像首次出现时（大约在刺激开始后300-500毫秒），前额叶皮层显示出强烈的点火爆发，这与西北地区政府的一个核心预测一致。然而，在图像消失后，预测的与偏移相关的前额叶点火并不一致。由于西北地区政府提出，全球工作空间通过启动和偏移点火事件更新意识体验，这一结果代表了该理论面临的最大挑战之一。此外，前额叶皮层中基本上没有刺激方向等细节。
- 托诺尼的个人所得税在哪里挣扎： 尽管后视觉区域确实保持了活动跟踪刺激持续时间，但结果并没有显示早期视觉区域（V1/V2）和高级类别区域之间随着时间的推移在IIT预测的水平上持续的伽马带同步。此外，刺激方向的表征在后部区域迅速衰减，而不是持续感知的整个持续时间。
这两种理论都捕捉到了意识处理的重要方面，但都没有解释所有预先登记的观察结果。对于西北地区政府来说，预测的前额叶偏移点火的缺失挑战了其提出的随着时间的推移更新意识体验的机制。对于IIT，缺乏持续的后同步性挑战了后皮质内持续连接指定意识体验的说法。从广义上讲，这项具有里程碑意义的研究展示了预先注册的对抗性合作如何将意识研究从竞争叙事转向更严格、经验验证的理论测试。
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