結合功能性核磁共振腦成像技術,、全身麻醉術,、心理學實驗范式和大腦皮層功能梯度分析等方法，黃梓芮博士等研究人員闡述了前腦島（anterior insula）這個區(qū)域在感覺信息進入意識過程中的門控作用,。從單模態(tài)感覺信息加工（如視覺,、聽覺、觸覺等）到多模態(tài)信息整合（如抽象思維,、高級認知,、決策等），存在一個梯度式的功能層級,。前腦島處于這個功能層級的中間樞紐位置,。它一方面接收單模態(tài)感覺信息，對其進行篩選和優(yōu)先化處理,，另一方面調控兩個重要腦網(wǎng)絡的切換,，為意識加工調配注意和認知資源,。

圖一（寓意圖）：臺階象征感覺信息經(jīng)過的路徑,。通向意識的大門位于前腦島。感覺信息進入大門以后,，前腦島觸發(fā)兩個齒輪的運轉和切換,。左齒輪象征背側注意網(wǎng)絡，右齒輪象征默認網(wǎng)絡,。圖片來源：黃梓芮博士,。

近二十年以來，心理學和神經(jīng)科學在人類意識問題的研究中取得了長足進展,，但依然有一個重要的科學問題懸而未決：為什么在大腦中有些感覺信息可以進入意識,，而其他的感覺信息卻停留在無意識的腦活動里。例如,，當一個人處于全身麻醉狀態(tài),，大腦可以“接收”到感覺信息，但信息卻無法被“知覺”?；蛘哒f,，感覺信息可以一路上行，經(jīng)過丘腦—皮層通路,，但最終無法抵達高級認知皮層進而形成意識內容或“意識通達（conscious access）”,。

意識通達指的是感覺信息獲準進入大腦的全局神經(jīng)工作空間（global neuronal workspace），并與多種認知處理器信息共享（如工作記憶,，行為報告等）,。因此，意識通達處于高級認知階段,，在時間進程上晚于初級感覺信息加工,。由此，這項研究提出了一個有趣的問題：是否存在一個介于初級和高級認知加工的皮層結構,，它在感覺信息通往意識的過程中起到門控作用,。

此研究包含了兩個完全獨立的實驗。在實驗一中,，研究人員對健康參與者實施了由淺入深的全身麻醉,。整個過程中，參與者需要根據(jù)實驗的指導語完成想象任務,。例如,，當聽到“網(wǎng)球想象”時，參與者想象自己在網(wǎng)球場上揮拍,、跑動,、與球場上的另一個人往返擊球；當聽到“空間想象”時,，參與者想象自己在家里的一個房間走到另一個房間,，如此反復。研究人員同時記錄了參與者的大腦活動,。研究發(fā)現(xiàn),，在無麻醉的清醒狀態(tài)下，實驗指導語誘發(fā)了相對廣泛的腦活動,，涉及丘腦,、聽覺皮層、前腦島,、背外側前額葉等區(qū)域,。

在進行想象任務時，輔助運動區(qū),、楔前葉,、海馬旁回等區(qū)域出現(xiàn)了持續(xù)性活動,。這個過程也伴隨著大腦網(wǎng)絡的切換：背側注意網(wǎng)絡（dorsal attention network）活動大幅提升，默認網(wǎng)絡（default-mode network）活動受到抑制,。這意味著,， 在進行想象任務時，大腦需要額外的注意和認知資源,，以保持注意力集中,、想象內容的生動性和持續(xù)性；同時,，其他與任務無關的,、由默認網(wǎng)絡產(chǎn)生的“雜念”（如，周末去哪轉轉,？）將受到壓抑,。

值得一提的是，黃梓芮博士在2020年的另一項研究中闡明,，這兩個腦網(wǎng)絡的自發(fā)切換可以作為意識存在的神經(jīng)標記物：無論在深度麻醉狀態(tài)還是腦損傷的植物人患者中,，這兩個腦網(wǎng)絡的切換都幾乎消失（Huang et al., 2020, Science Advances）。

回到本研究中來,，隨著麻醉程度的加深,，想象任務伴隨的腦活動逐漸減弱直至消失。當參與者完全喪失行為反應時（深度麻醉狀態(tài)）,，雖然丘腦和聽覺皮層依然活躍,，但前腦島卻出現(xiàn)了“負激活”或功能性抑制，上述兩個腦網(wǎng)絡的切換也完全喪失,。接著,，研究者對全腦進行了 “地毯式”搜索，試圖找出負責切換背側注意網(wǎng)絡—默認網(wǎng)絡的關鍵腦區(qū),。

分析表明,，前腦島正是這個關鍵區(qū)，且具有很強的特異性,。簡言之,，聽覺信號（想象任務指導語）通過聽覺神經(jīng)進入丘腦,，傳到聽覺皮層,，再到前腦島，前腦島繼而觸發(fā)背側注意網(wǎng)絡活動（專注于想象任務）,，同時抑制默認網(wǎng)絡活動（排除雜念）,。麻醉藥物使前腦島功能失效，感覺信息被阻斷于此,，腦網(wǎng)絡的切換也因此無法完成,。

 圖二：實驗一與實驗二的研究結果總結,。圖片來源：黃梓芮博士。

為了從另一個角度印證前腦島在意識通達中的獨特作用,，研究者在實驗二中使用了經(jīng)典的后掩蔽視覺范式,。此實驗是在健康參與者完全清醒的狀態(tài)下完成的，無麻醉過程,。實驗中,，一張中性表情的面孔圖片以極為快速的方式閃現(xiàn)（約30毫秒；接近人類知覺閾限）,，緊接著出現(xiàn)一個高對比度,、由雜亂無章黑白格子構成的“噪聲”圖片。兩張圖片的相繼呈現(xiàn)會產(chǎn)生一個有趣的心理學現(xiàn)象：參與者有時報告看到這張面孔,，有時卻報告看不到,。

問題隨之而來，為什么物理屬性完全不變的一張面孔圖片可以在意識里“時隱時現(xiàn)”,？研究者記錄了前腦島的神經(jīng)活動,，發(fā)現(xiàn)前腦島的活動強度在時間上存在自發(fā)漲落，時而活躍,，時而平靜,。當圖片恰好呈現(xiàn)在前腦島活躍的時刻，參與者可以看到面孔,。反之,，當圖片呈現(xiàn)在前腦島相對平靜的時刻，參與者卻看不到,。

這個研究結果進一步支持了前腦島在感覺信息和意識通達之間所起到的門控作用,。簡言之，同樣的感覺信息,，它能否最終進入意識,，很大程度上取決于前腦島是否“幫助”這個感覺信息通過“關口”。通關后,，額外的注意和認知資源將被給予,，最終實現(xiàn)全腦信息共享和意識通達。

綜上,，這項研究借助醫(yī)學麻醉手段和經(jīng)典心理學范式,，為我們描繪出了感覺信息從無意識階段到意識通達的大腦之旅。在這個旅途中,，前腦島也許是一個重要的必經(jīng)之門,。

編輯 | 余   荷