全麻下大脑仍能处理语言并预测词语，研究挑战意识与思考的关系

即使一个人在全身麻醉下完全失去意识，其大脑可能仍在做着一些了不起的事情：处理语言、识别模式，甚至预测接下来会出现哪些词。

贝勒医学院的研究人员发现，尽管没有意识知觉，大脑在麻醉期间仍保留着令人惊讶的复杂能力。这些发表在《Nature》期刊上的发现，挑战了关于意识与思维之间关系的传统假设。它们还可能为大脑如何处理记忆和语言提供新的见解，从而有望推动帮助神经系统损伤患者进行交流的技术进步。

“我们的研究结果表明，在无意识状态下，大脑的活跃程度和能力远超以往的想象，”贝勒医学院神经外科教授、Cullen 基金会冠名讲席教授及 McNair 学者 Sameer Sheth 博士说，“即使患者被完全麻醉，他们的大脑仍在持续分析周围的世界。”

在全身麻醉期间记录大脑活动

为了探究无意识的大脑内部发生了什么，同时也是贝勒圣卢克医疗中心神经外科医生的 Sheth 及其同事研究了在全身麻醉下接受癫痫手术的患者。

这些手术提供了一个难得的机会来研究海马体——一个与学习和记忆密切相关的脑结构。海马体位于大脑颞叶内，有助于组织信息，并在形成新记忆方面发挥着重要作用。

研究人员使用名为 Neuropixels 探针的先进记录设备，监测海马体中数百个单个神经元的电信号。这些微小的探针可以同时检测许多神经细胞的活动，从而详细呈现神经元群体对信息的反应方式。

研究人员表示，此前尚未有人以这种方式使用该技术来研究这一特定脑区。它使团队得以考察在患者无意识且无法报告自身所经历内容的情况下，海马体如何对声音和语言作出反应。

第一个实验是播放一系列重复的音调，偶尔被一个与其他音调不同的声音打断。

尽管患者处于麻醉状态，他们海马体中的神经元对意外声音的反应却有所不同。更令人惊讶的是，随着实验的进行，这些脑细胞区分这些异常音调的能力变得更强了。

这种改善表明海马体显示出神经可塑性的迹象，即大脑通过经验改变其反应的能力。换言之，即使没有意识知觉，与学习相关的一些基本过程似乎仍在保持活跃。

无意识的大脑可以处理语言并预测词语

随后，研究人员测试了无意识的大脑能否处理比简单声音更复杂的内容。

他们在继续记录海马体神经元活动的同时，向被麻醉的患者播放短篇故事。

研究结果揭示了令人惊讶的语言处理水平。不同的神经活动模式包含了关于不同词类的信息，包括名词、动词和形容词。这表明海马体是在对语言中有意义的特征做出反应，而不仅仅是检测声音的出现。

但最耐人寻味的发现更进了一步。

研究人员发现，神经活动还携带了可用于预测句子中后续词语的信息。尽管患者处于无意识状态，但他们的大脑似乎在预判周围正在展开的语言会如何继续。

Sheth 说："大脑似乎会预判故事接下来的内容，即使没有意识觉察。"他同时担任得克萨斯儿童医院 Duncan 神经学研究所内 The Gordon and Mary Cain 儿科神经学研究基金会实验室的主任。

这种能力与一种称为预测编码的过程有关。大脑并非被动接收信息，而是不断利用模式和以往经验来预判接下来可能发生的事。例如，在听别人说话时，大脑可以利用已经听到的词语来形成对接下来可能出现内容的预期。

科学家通常在清醒且集中注意力的人身上研究这类复杂的预测。在全身麻醉期间发现其存在的证据表明，至少某些潜在的神经过程可以在不依赖意识觉察的情况下运行。

贝勒大学神经外科教授 Benjamin Hayden 博士说："这种预测编码通常是我们与清醒和专注联系在一起的东西，然而它却发生在这里的无意识状态下。"

这一发现对意识意味着什么？

这些发现提出了一个重要问题：意识究竟对大脑处理信息的能力做出了什么贡献？

意识通常与主观觉察相关，包括听、思考以及理解我们周围世界的体验。然而研究表明，一些参与解读语言和预测未来信息的神经过程，即使在这种觉察缺失时也能继续进行。

这并不一定意味着被麻醉的患者有意识地理解了播放给他们的故事。相反，这表明大脑可以在一个人没有意识到自己在做的情况下，完成令人惊讶的复杂语言处理工作。

这一区别可能有助于研究人员更好地理解意识是如何产生的。

一种可能是，意识并不简单地取决于单个脑区是否保持活跃，而是取决于信息如何在更大的脑区网络之间被协调和共享。

按照这种观点，像海马体这样的结构可能在脑区之间实现意识体验所需的更广泛通信被打断时，仍在继续分析信息。

大脑与人工智能之间令人惊讶的联系

这一发现还凸显了人类大脑活动与人工智能（AI）之间一个耐人寻味的相似之处。

大型语言模型是许多现代 AI 聊天机器人背后的技术，它通过利用从海量语言数据中学到的模式来预测接下来应该出现什么，从而生成文本。

研究人员在海马体中观察到了类似的预测能力，神经信号即使在无意识状态下也能反映出关于即将出现的词语的信息。

尽管生物大脑和 AI 模型的运作方式有根本不同，但两者都能利用语言中的模式来预测未来的信息。研究这些相似之处可能有助于科学家更好地理解预测在自然系统和人工系统中是如何运作的。

这些发现还可能对脑机接口产生实际影响，脑机接口利用从大脑记录的信号与外部设备进行通信。

其中一个潜在的应用是言语假肢，即旨在帮助因受伤或神经系统疾病而丧失说话能力的人进行交流的技术。

如果科学家能够可靠地识别大脑中有意义的语言信号，这些信号最终可能被用于支持那些已失去言语能力的患者的交流技术。

"Can we use these signals to deploy and run a speech prosthetic for some of the parts of the brain that are damaged by stroke or injury? These are questions that we can now consider in relation to this part of the brain," said Dr. Vigi Katlowitz, first author and a neurosurgery resident with Baylor.

科学家正在重新思考无意识大脑的极限

尽管结果令人瞩目，研究人员强调仍有几个问题尚未得到解答。

这些实验是在一种特定类型的全身麻醉下进行的，因此研究结果不能自动推广到其他麻醉方法或其他无意识状态。

目前尚不清楚睡眠或昏迷期间是否会发生类似的语言处理，这两种状态与医学诱导的无意识有显著不同。

另一个重要的局限是研究人员只关注了海马体。还需要进一步的研究来确定其他脑区是否也存在类似的能力，以及在意识缺失时这些区域是如何相互作用的。

尽管如此，这些结果提供了有力的证据，表明无意识并不一定意味着大脑已经停止进行复杂的信息处理。

相反，即使一个人对周围世界没有任何意识感知，大脑可能仍在继续分析模式、对意外事件做出反应并预测语言。

"This work pushes us to rethink what it means to be conscious," said Sheth. "The brain is doing much more behind the scenes than we fully understand."