哈佛大学真的发现了大脑开关吗？

Did harvard really discover the brain switch?

都世民(Du Shimin)

摘要：夲文讨论哈佛一个研究课题的介绍，他们认为发现斑马鱼大脑开关，对于这个问题，笔者进行相关讨论。

关键词：美国哈佛，研究课题，大脑开关，斑马鱼，视觉。

哈佛大学研究课题介绍

最近笔者在领英网看到哈佛大学一个研究课题的相关介绍： “Helping to uncover the mechanism controlling brain states”

Jennifer Li (foreground) and Drew Robson, both Ph.D. '13, are working to uncover the switch that controls brain states.

Finding may shed light on changes in motivation, focus, and behavior。

（https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/12/uncovering-the-switch-that-controls-brain-state/?utm_medium=social&utm_campaign=hu-linkedinuniversity-general&utm_source=linkedin）

课题介绍要点：

1）研究人员在斑马鱼幼仔的大脑中发现了一种类似电灯开关的机制，它能在两种截然不同的动机状态之间，转换它们的大脑——一种是高度专注的狩猎状态，另一种是容易分心的探索状态。这可能很复杂，但概念就像电灯开关一样简单。

2）这项研究发表在《自然》(Nature)杂志上，有详细介绍。

3）前研究员Ph.D. Drew Robson)说：“一旦在生活中大脑必须解决多个目标时，大脑就必须以某种方式来决定现在谁才是真正的掌控者。此时此刻我应该优先考虑实现哪个目标?”。

4）一种幼体斑马鱼的大脑中有10万个神经元，它的边缘系统类似于人类，斑马鱼成为像罗布森这样的大脑研究人员的模型生物，它有薄而透明的皮肤，科学家可以用显微镜分析它的神经活动。

5）在这项研究中，研究人员使用一个追踪显微镜来精确定位在斑马鱼大脑深处的一个含5 -羟色胺神经元中枢。这个中枢位于斑马鱼的中缝背部，这是位于大脑底部的一小簇神经元，它的触角延伸到大脑的大部分区域。这些神经元是斑马鱼动机状态的主调节器。

6）研究人员在斑马鱼身上要寻找开关机制。他们认为这种信号可以增强某些行为和动作，同时在一定时间内抑制其他行为。另一位主要作者是该校前研究员Jennifer Li博士认为：“当这些细胞发出信号时，大脑中几乎所有其他细胞都在倾听。它们不是一种狭隘地从一个信息渠道转到另一个信息渠道，进行通信的方式。它们发出的信号会传播到整个大脑。”大脑会自然地为此设置一个计时器。

7）当斑马鱼的首先要捕猎时，转换机制就会立即启动，这不仅使斑马鱼成为更有动力、更好的捕猎者，大脑会强化与捕猎相关的运动功能的细胞。这种状态大约持续5到8分钟。然后慢慢弱化，就像电池放电一样。”

介绍中没有阐明这是什么力量的驱使，发生这样的变化？

相反，当捕猎信号完全释放时，与此有关的技能和欲望被抑制，动物似乎在探索周围的环境和前往更远的距离。在这种状态下，即使斑马鱼饿了，看到了猎物，通常也不会注意到它。事实上，当它试图在探索状态下捕猎时，鱼可能会失败。

8）研究人员推测，斑马鱼的这种转变，是因为它在权衡两种选择：吃和不被吃。这些发现提出一个问题：在专注的状态，能维持多久？

这里的介绍未涉及视觉功能，因为专注状态与视觉有关，也与大脑的神经控制有关，与周围的环境也应该有关系，掌控时间又该由什么因素决定？

9）李说:“动物不会在无限长的时间里都全神贯注，因为这不是动物生存的方式。”“他们必须改变这种状态，这样才能平衡选择生活中的其他目标。”

RoLi实验室的视频

该实验于2017年在罗兰研究所(Rowland Institute)启动，研究人员在那里领导了一个联合实验室，并于今年9月将实验室迁至德国的马克斯·普朗克生物控制论研究所(Max Planck Institute for Biological Cybernetics)。在长达50-80分钟的时间里，显微镜跟踪一个比它们身体大8倍的竞技场上的斑马鱼，观察它们游泳和狩猎的过程。研究人员把猎物(草履虫)放在同一个地方，然后观察斑马鱼的行为。当他们分析神经数据时，他们发现了开关机制的动态和动物行为之间的联系。他们的驾驶问题是这种捕食或被捕食的行为是随机的还是更有组织的。

10）研究结果提出了这样一个问题:大脑的不同区域如何倾听并解释来自类似调节中枢的信号。

“基于这篇论文的结果，我们认为大脑对目标的选择，此时信号的反应更加活跃，但是大脑中的其他细胞却被相同的信号所抑制。””罗布森说。“即使传播的是同样的信息，大脑中不同的细胞对信息的理解，似乎也有很大的不同。”

研究人员希望在未来的研究中能够分析这些信息含义。如何在进化过程中，保持这种转换机制？

在动物王国，有5 -羟色胺能细胞，从蠕虫到鱼类再到哺乳动物，有证据表明，蠕虫可能有一个简化的大脑状态转换，而哺乳动物，包括人类，则有一个更复杂的大脑状态转换。主要的困难是如何全面标记大脑深处的区域，比如更复杂的动物的中缝背，研究人员希望他们的发现可以用来识别和研究其他的内部状态的转换。

我的评论

Your study is very interesting, but the brain switch, the author had seen, that is found in the study of epilepsy patients, early reports in the past. You found in zebrafish brain switch, its state is different, the research object is different also, of course, research method, the result is different also.

1) your article says that the attention state of zebrafish is actually a matter of visual sense. Can the eyes of zebrafish move?What is the difference between his visual senses and human beings?People's state of concentration is related to the heart. Do zebrafish have a heart?

2) how deep are you talking about deep in the brain?So the network of cells from the sensory cells to the nerve centers of the brain?

3) your paper receives a message from one cell, many cells can receive the signal, in fact, this is a synchronous state, how does it work?

到底有没有大脑开关？

2014-7-11 11:31，笔者写了一篇博客，评科学网文 科学家找到人类的“灵魂开关”。

（http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-810818.html）

这篇文章的作者对癫痫患者的大脑的特殊区域——屏状核，进行电脉冲刺激，分别对低频和高频进行了试验，在不损害患者记忆能力的前提下，发现低频深度刺激能够减少92%癫痫发作。

当他们用高频电脉冲刺激时，吃惊地发现“大脑开关”。研究人员发现患者失去知觉，处于昏迷状态。这意味着患者无法响应外界指令、两眼发直和呼吸减慢，一旦对屏状核的高频刺激停止，这位患者将恢复知觉，同时对于刚才发生的一切却全然不知。这一段叙述说明什么？昏迷状态的患者不受外界响应，但其心还存在，还起作用。停止高频刺激，患者恢复知觉。其机理根本没有搞清，意识是如何工作的？更说不清。憑这一现象就断言找到灵魂开关，为时尚早。这篇文章发现的“大脑开关”是屏状核，不是大脑深处的区域。两篇文章都说发现了“大脑开关”，如果都存在，大脑会有多少个开关？

专注与视而不见

2017年，顾凡及在《科学世界》刊文：“视而不见，疏忽盲和变化盲”。笔者在科学网写了一篇博客：“视而不见与色盲----汉字“色”的科学性”。讨论有关问题。

（http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-1111075.html）

 顾凡及先生的这篇文章对”视而不见”与“色盲”的机制作了介绍，其结论集中一个字“脑”。这与中国古人和佛学覌点不同，我国传统说法是“心”！不是“脑”。有人和稀泥说心想就是脑想。脑是月字偏旁，是人体一个器官，它有控制功能，但”心”主宰人体。

人们以为自己的“眼睛”可以看见一切，实际上“肉眼的视界”是非常有限的，既看不到“红外线、紫外线”，也看不到“电磁波和生物场”；既看不到“电视画面的迁流”，也看不到“生前死后的真相”；既看不到“毫米以下的微观尺度”，也看不到“宇宙以外的宏观尺度”，更看不到比最小粒子还小的“微尘”，看不到心灵的深处……。

哈佛的研究人员，应该从视觉感官的信息出发，才能得知大脑的信息是从哪里来，他们的介绍就没有这方面内容，斑马鱼的视觉能看见4种颜色，与人类视觉是不同的，应该对这方面有所研究。（https://tech.sina.com.cn/d/a/2018-06-26/doc-ihencxtu1673499.shtml）

其实对大脑的研究已经有多种方法，笔者也曾经做过讨论： “议研究人脑的多模式 ---  探索小宇宙的新趋势”。哈佛研究课题选择斑马鱼作为实验对象，不无道理，因为他的皮肤是透明的，而且神经元的数量比人类少了很多，因此他的大脑比人类要简单，这并不等于研究他就能够研究清楚。

哈佛的研究课题中提到脑研究主要难题，认为是神经中枢的标记问题，其实远不至于此。笔者也曾经在科学网做过讨论：“脑研究的难题”。

“http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-924303.html ”

总之，总感觉到哈佛的研究课题的结论证据不足，虽然发表在《自然》刊物上，给读者的感觉是，如果人的大脑处理某两种状态，就会有一个转换开关，与同电开关一样，这种推测是需要进一步研究。另外，研究大脑不能够离开感官，要想办法得知这些信息是什么？从视觉到大脑的整个的细胞连接网络，应该有一个清晰的图形，对其信号的变化也要有明确的了解。如今人类对细胞本身的电特性并不太了解，如何操作单个细胞？如果测量细胞的微弱信号，这也是个难题。搞清大脑的工作机理任重而道远！