无意识大脑的能力似乎远超科学家曾经的设想。研究人员发现，处于全身麻醉状态下的患者仍能在复杂层面上处理语言，在聆听故事时能够区分名词、动词和形容词。更值得注意的是，神经活动显示出在听到单词之前预测即将出现的单词的迹象。这些结果挑战了关于意识的传统观念，并暗示了脑机接口的新可能性。
“我们的发现表明，大脑在无意识状态下的活跃程度和能力远超之前的想象，”贝勒医学院神经外科教授、Cullen Foundation 讲席教授兼 McNair 学者 Sameer Sheth 博士说。“即使患者处于完全麻醉状态，他们的大脑仍在继续分析周围的世界。”
麻醉期间的大脑活动记录
为了探究无意识大脑的能力，Sheth 和他的同事记录了海马体中数百个单个神经元的活动，海马体是一个参与记忆的大脑区域。这些记录是在接受癫痫手术的患者处于全身麻醉状态下进行的。这些手术为研究人员提供了一个直接研究大脑这一部分的难得机会。
该团队使用了 Neuropixels 探针，这是一种此前从未用于海马体此类研究的先进技术。这使得他们能够观察大脑如何在患者没有意识知觉的情况下对声音和语言做出反应。
大脑持续处理语言
第一项实验让患者聆听一系列重复的音调，其中偶尔夹杂着意外的声音。研究人员发现，海马体中的神经元能够持续检测到这些异常音调。更有趣的是，随着时间的推移，大脑识别这些音调的能力变得更强，这表明在麻醉期间学习或神经可塑性仍在发生。
随后，研究人员增加了实验的复杂性，在继续记录大脑活动的同时播放短篇故事。海马体显示出实时处理语言的明显证据。神经活动模式揭示，大脑能够区分不同的词性，包括名词、动词和形容词。
团队还取得了另一个惊人的发现。神经信号可用于在单词被说出之前预测即将出现的单词。
“大脑似乎能够预判故事接下来的内容，即使是在没有意识知觉的情况下，”Sheth 说道，他同时也是德克萨斯儿童医院 Duncan 神经研究所内 Gordon and Mary Cain 儿科神经学研究基金会实验室的主任。
“这种预测编码通常是我们与清醒和专注状态联系在一起的，然而它却发生在无意识状态下，”贝勒医学院神经外科教授 Benjamin Hayden 博士说。
重新思考意识
这些发现表明，重要的认知能力，包括语言理解和预测，可能并不依赖于意识知觉。相反，意识本身可能源于多个大脑区域之间的通讯，而非海马体等单一区域内的活动。
研究人员还指出了大脑预测行为与人工智能（AI）之间的相似之处。正如大型语言模型通过预测下一个单词来生成文本一样，海马体在语言处理过程中似乎也做出了类似的预测。理解这些共同原则可以帮助科学家更好地理解生物智能和人工智能。
这项工作也可能有助于未来的通信技术，包括为失去说话能力的人设计的言语假体。
“我们能否利用这些信号为因中风或损伤而受损的大脑部分部署和运行言语假体？这些是我们现在可以针对大脑这一部分考虑的问题，”该研究的第一作者、贝勒医学院神经外科住院医师 Vigi Katlowitz 博士说。
需要更多研究
研究人员提醒说，应谨慎解读这些发现。该研究仅检查了一种类型的全身麻醉，因此结果可能不适用于睡眠或昏迷等其他无意识状态。此外，该研究集中在大脑的一个区域，目前尚不清楚这些过程在大脑其他部位的普遍程度。
“这项工作促使我们重新思考‘有意识’意味着什么，”Sheth 说。“大脑在幕后所做的工作远比我们要了解的多得多。”