00对《脑机穿越》的笔记(12)

系统神经生理学家研究各种神经回路背后的生理原理。破解产生丰富人类行为的神经生物放电的生理机制。神经元通过突触接收和传递微小的电化学信息。 在过去200年中，局部论者何分布论者都将大脑皮层作为他们无休止的争论的主战场。大约100年前，研究发现大脑的基本解剖单元也是单一的细胞，即神经元。过去20年，研究显示，单一神经元无法再被看成是大脑的基本功能单元，负责创作大脑思维"交响乐"的是相互连接的神经元集群。 脑机接口（BMI）读取某个神经回路的数百个神经元产生的电信号。

＃＃大脑"相对论" 20世纪神经学主流研究中，还原论的方法是将大脑分解成独立的脑区，每个脑区都包含着密集的神经元。然后再研究单一神经元，以及神经元中神经核内部、神经核之间的连接。 由大量相互作用的要素构成的系统称为复杂系统，如全球金融市场、网络、地球气候等。人类大脑有数十亿个相互作用的神经元，大脑无疑是典型的复杂系统。 ＃＃大脑如何决策 提出任何新的科学理论的第一步都是针对研究现象定义一个适当的分析水平，然后对相关假设进行检验。它允许证实或证伪提出的理论，这就是科学方法的本质。了解人类思想最恰当的方法是研究神经元动态的相互作用背后的生理原则。 中枢神经系统真正的功能单元是神经元群体或神经元群。 ＃＃大脑如何应对风险 分布式策略。进化为大脑设计了一个"保险单"，将思维分散到许许多多的神经元中。 依靠大量相互连接的神经元以及许多对信息进行编码的平行处理，人类大脑成了一种动态系统，其整体远远大于单一部分的总和。这是因为，网络中全部动态的相互作用能够产生复杂的行为模式，即涌现特性（emergent properties）。由几百万甚至几十亿神经元构成的分布式网络会产生涌现特性，比如大脑振荡以及复杂、有节奏的放电模式。这些模式构成了各种正常或病态的功能，其中包括某些睡眠状态和癫痫发作。大脑的涌现特性还会产生一些非常复杂的功能，比如知觉、运动控制、做梦和自我认知。 《真实世界的脉络》the fabric of reality ："我们直接感受到的是虚拟的现实，它来自我们无意识的头脑。借助感觉数据以及复杂的、与生俱来的或后天获得的解释这些数据的理论，头脑信手拈来地为我们创造了虚拟的现实。"

托马斯 杨 分布式神经编码理论，即三色理论。 局部论者实际上继承了弗朗茨'加尔德理论，而分布论者实际上继承了托马斯杨德理论。 分布式神经编码最显著的优势，是能够表征数量巨大的信息。 1906年生理学和医学诺贝尔奖得主卡哈尔提出 law of dynamic polarization：神经细胞在功能上是两极分化的，它们由以树突为代表的接受区域和以轴突为代表的传递构件组成。卡哈尔预测，神经细胞的树突会接受电脉冲，在经过细胞体后，通过轴突传递给其他神经细胞。这在30年后被证实。

运动皮层包含着由巨大金字塔形的神经元组成的水平层。皮质脊髓束携带着大量由运动皮层产生的运动信号，进入一堆中间神经元中。这些中间神经元汇激发进行局部连接的轴突以及位于脑干和脊髓中较低层的运动神经元。当较低层的运动神经元放电时，肌肉便会收缩。通过将详尽的运动指示传递到这些运动神经元，皮质脊髓束行使着对具体运动的控制权，它使得我们内心的自主运动意愿能够被传递给周围的世界。 很多人认为谢林顿时现代系统神经学之父。 小矮人图 humunculus 皮层放大现象过度代表了机械性刺激感受器密度最高的身体区域。 动物神经闸门控制理论。脑细胞产生的内源性阿片肽——内啡肽，对镇痛效果有中介作用。 痛感是由大脑内部产生的。梅尔扎克提出，大脑会产生某种活动模式或所谓的"神经签名（neural signature），它定义了生活中任何给定时刻的身体图像或图式。 神经矩阵理论与闸门控制理论相反，认为人们有时会在没有任何物理刺激的情况下感到疼痛。这时，人们所经历的疼痛信息全部来自大脑。神经矩阵的部分受损会导致人们丧失对整个身体或部分身体的拥有感。 大脑通过高度适应、多模式的过程创造了拥有身体的感觉。这种过程能够通过对视觉反馈、触觉反馈以及体位感觉反馈的直接操纵，在几秒钟的时间里，诱导我们接受另一个全新的身体，并以此作为我们意识存在的家园。 橡胶手错觉实验以及实验室诱导灵魂出窍体验，都说明大脑主动塑造了自我感以及身体存在的边界。 当我们学会让大脑直接与人造工具进行互动时，大脑会把这些工具同化为我们身体的一部分。 对我们的大脑来说，失去爱的对象就像失去了自我的一部分，让我们感到无比孤独。而那么多人无法接受与它们心爱的手机分离哪怕一分钟的想法，也就不足为奇了。一旦模拟的身体所唤起的原始情感被释放出来，大脑便会毫无保留地接纳它们。

1924年，德国医生汉斯·贝格尔开始测量脑电波。最初发现是α节律，一种每秒10赫兹的振荡。当病人闭着眼睛静坐不动时，在他们的枕骨上可以记录到这种大脑电位。贝格尔将他的方法命名为脑电图或 EEG。 单个微电极记录法使神经生理学家能够记录来自神经元细胞内间隙的电活动。但陷入对单个神经元的研究。 20世纪50年代开始，多电极阵列技术的采用，使研究开始从单一神经元转向神经元群。

传递来自机械性刺激感受器的动作电位的过程，即所谓的感觉传导，确保了当指尖皮肤受到机械性刺激时，会迅速产生一系列的动作电位，以表明刺激的位置、强度和持久性。

原则1：神经生理学不确定原则 如果不明确某个特定时刻，我们便不能定义某个神经元感受野的空间域。换句话说，神经元放电的时间域与空间域是紧密联系在一起的，它们共同定义了神经元的时空连续体。 原则2：异步会聚原则 单个神经元的感受野以及嵌入在脑区中的“地图”，由无数其他神经元所产生的上行影响、本地影响以及下行影响的异步时空会聚所定义。在单一的时空连续体中，只有将神经元的空间域与时间域结合起来，才能恰当地定义感受野及地图。 人工神经网络：由大量处理单元互联组成的非线性、自然适应信息处理系统。 原则3：分布编码原则 大脑对任何类型的信息加工都要征召分布广泛的神经元集群。（身体限制的任何改变、经验的变化或者任务要求的提高，都会改变分布的形态，并在整个大脑皮层进行功能的重新界定）

脑机接口雏形的挑战： - 必需通过长期植入电极来获取足够好的神经元 - 神经元记录必须持续足够长时间，让动物学会并掌握检验脑机接口运行状况的动作任务 - 没有一种足够稳健的算法，能够实时从原始大脑活动中提取各种运动命令 - 没有人知道动物 在看到假肢完成了任务时，会有怎样的反应

人类可以控制α节律的活动，α节律是8~13赫兹的振荡活动，当闭上眼睛进入放松状态时，这种节律会出现在视觉皮层中。 原则4：单个神经元不足原则 成为特定参数的单个神经元无论调谐得多好，它的放电率都不足以维持皮层所酝酿的某种功能或行为。由于多数单个神经元的贡献会时刻发生显著改变，因此缺乏统计上的可靠性。这意味着，脑机接口无法在长时间里仅仅基于单个神经元的放电率，就能保持始终如一的运作。而且，思维的基本功能单位也不会是单个神经元，应该是神经元集群。 原则5：神经元多任务处理原则 单个皮层神经元及它们可能的放电能够同时参与多种功能的神经元集群。这意味着，单个神经元所产生的峰电位能被不同的神经元集群用来编码多种功能参数和行为参数。因此，即使在某一时刻，某个神经元或许会更明显地与某个运动参数或感觉参数调谐，但它的快速放电会同时参与另一个神经元子集执行的不同参数的编码。神经元多任务处理原则预测，整个大脑皮层能够展示出跨形态的感觉反应，而单个神经元能够编码多种运动参数或者其他更高层的认知参数。

有关脑机接口的主要争论是关于采用哪种方法更好的讨论：是非侵入性方法（比如头皮脑电图）还是在大脑中长期植入微电极阵列这种侵入性方法。 原则6：神经简并原则 某一特定的大脑结果，无论是运动行为、知觉体验，甚至是复杂行为，比如唱歌或解方程，都可以由种类繁多的、不同的神经元时空活动模式产生。

身体意象：个体对自己身体的认知和评价。 通过将抓、伸以及操控人造工具等灵巧的多模式感觉运动能力与皮层算法相结合，并动态地表征不断活动的身体周围的外围空间，人类大脑产生了最具适应性、最复杂的模式，这就是我们所知的自我感。 对杰出的工具使用者来说，他们将工具并入了大脑所产生的身体意象之中。 原则7：可塑性原则 皮层神经元所创造的有关世界的表征并非固定不变，而是不稳定的。在人的一生中，根据新经验、新的自我模式、外部世界的新刺激以及新同化工具等的不同，这一表征会不断调整自己。