貝勒醫學院的研究人員發現，人類大腦在全身麻醉的無意識狀態下，仍能進行複雜的語言處理。這些發現發表在最新一期的《自然》期刊上，挑戰了我們對意識和認知功能的既有認知，並可能開闢理解記憶、語言和腦機介面的新途徑。
「我們的研究結果顯示，大腦在無意識狀態下的活躍程度和能力遠超先前想像，」貝勒大學神經外科教授、Cullen Foundation 講座教授兼 McNair 學者 Sameer Sheth 博士表示。「即使病患處於全身麻醉狀態，他們的大腦仍在分析周遭世界。」
Sheth 博士也是 Baylor St. Luke’s Medical Center 的神經外科醫生，他與合作者在病患接受癲癇手術時，記錄了數百個個別神經元在與記憶相關的大腦區域——海馬迴——的神經活動。選擇進行此類手術的病患，是因為這能讓研究人員接觸到大腦的這個特定區域。
研究團隊使用了一種先前未在此大腦區域使用過的新技術——Neuropixels 探針，收集了關於大腦在無意識狀態下如何處理聲音和語言的數據。
研究始於讓病患聽取重複的音調，其中偶爾會插入一個不同的聲音。研究人員發現，海馬迴的神經元能夠區分這些不尋常的音調，並且這種能力隨著時間推移而增強，這表明在麻醉期間存在某種形式的學習或神經可塑性。
接著，研究人員進行了一項更複雜的實驗，在記錄神經反應的同時，向病患播放簡短的故事。令人驚訝的是，海馬迴展現了即時處理語言的能力。神經活動顯示，大腦能夠根據神經放電模式區分詞性，例如名詞、動詞和形容詞。
更令人驚訝的是，研究人員發現神經訊號能夠預測句子中即將出現的詞彙。
「即使在沒有意識覺察的情況下，大腦似乎也能預測故事接下來的內容，」Sheth 博士說，他同時也是德州兒童醫院 Duncan 神經科學研究所內 Gordon and Mary Cain 小兒神經科學研究基金會實驗室的主任。
「這種預測性編碼是我們通常與清醒和專注相關聯的，但它卻發生在無意識狀態下，」貝勒大學神經外科教授兼 McNair 學者 Benjamin Hayden 博士說。
這些發現表明，語言理解和預測等認知功能並不需要意識。相反地，意識可能依賴於大腦區域之間的廣泛協調，而非像海馬迴這樣單一結構內的活動。
這種活動也與人工智慧 (AI) 中觀察到的預測行為相似。大腦預測即將出現的詞彙的能力，與大型語言模型生成文本的方式類似。這些發現有助於研究人員理解生物系統和人工系統如何處理資訊。這可能是朝著開發和改進新的溝通技術邁出的一步，例如為無法說話的個體開發語音輔具。
「我們能否利用這些訊號來部署和運行語音輔具，以幫助部分因中風或受傷而受損的大腦區域？這些是我們現在可以針對大腦這個部分進行思考的問題，」貝勒大學神經外科住院醫師、本研究第一作者 Vigi Katlowitz 博士說。
然而，仍需要更多的研究。這些發現僅適用於一種麻醉類型，可能不適用於睡眠或昏迷等其他無意識狀態。這項研究也只觀察了一個大腦區域，尚不清楚這些過程在不同大腦區域的普及程度。
「這項工作促使我們重新思考『有意識』的意義，」Sheth 博士說。「大腦在我們完全理解的幕後，做了更多的事情。」
其他對本研究做出貢獻的人員包括：Eric R. Cole、Elizabeth A. Mickiewicz、Shraddha Shah、Melissa Franch、Joshua A. Adkinson、James L. Belanger、Raissa K. Mathura、Domokos Meszéna、Matthew McGinley、William Muñoz、Garrett P. Banks、Sydney S. Cash、Chih-Wei Hsu、Angelique C. Paulk、Nicole R. Provenza、Andrew J. Watrous、Ziv Williams、Alica M. Goldman、Vaishnav Krishnan、Atul Maheshwari、Sarah R. Heilbronner、Robert Kim 和 Nuttida Rungratsameetaweemana。請參閱出版品中的所屬機構列表。
此計畫部分由美國國家衛生研究院 (U01 NS121472)、McNair 基金會和 Gordon and Mary Cain 小兒神經科學研究基金會資助。此計畫由貝勒醫學院的光學成像與生命顯微鏡核心設施以及 McNair 基金會支持。
