解碼神經元的語言

在喬治·奧威爾的《一九八四》反烏托邦世界中，大洋洲的政府旨在通過語言來實現思想控制。裡面的角色塞姆Syme是一位詞典學家，他正在努力用大大簡化的「新話(Newspeak)」來取代英語。他說：「難道你不明白新話的目的就是要縮小思維的範圍嗎?」雖然塞姆的觀點是局限性的，但其中也有可取之處:語言的辭彙和結構可以影響說話人的思想和決定。這適用於英語、希臘語、印度語和新話。它也可能適用於「神經代碼」，即大腦中神經元的基本電辭彙。

像口頭表達的語言一樣，神經代碼的任務是傳遞各種各樣的信息。有些信息是生存所急需的;其他一些信息則不那麼緊急。為了適應這些不同的需求，就要在傳輸信息的豐富性和傳輸的速度或可靠性之間取得平衡。在何處取捨取決於當時的語境。以口語為例，在晚餐時提到電影《大白鯊》，可能會引發一場關於電影情感的廣泛而又耐心的討論。相比之下，在海灘上看到一條鯊魚鰭衝破海浪，可能只會聽到一個尖叫的辭彙：「鯊魚!」。在第一種情況下，所使用的語言應儘可能豐富;後一種情況，則要求速度和可靠性。

在大腦中，這種平衡通常被認為是分工的結果。大腦某些區域——例如扣帶回——參與處理高層次的情感和動機信息。其他區域，比如杏仁核，參與逃避，可以保護你免受直接的危險。換句話說，一個在晚餐上幫助你，另一個在海邊。這些特殊的功能歸因於神經解剖學:區域神經元數量的多寡與神經元間各異的連接迴路。在這兩種情況下，我們曾經假設，神經元使用同一套神經代碼。

神經元可以發出信號，也可以保持沉默，隨著時間的推移，激活與靜默結合便產生了神經代碼，就像莫爾斯電碼中的點和劃一樣。與莫爾斯電碼一樣，信息傳輸的豐富性和速度也有理論上的限制。一千字元的莫爾斯電碼可以交換更豐富的信息，但其SOS信號的速度和可靠性會受到影響。神經編碼在其設計中適應了這種平衡，並且認為神經元與神經元間，區域與區域間，豐富度和速度之間的平衡是相同的。

但仔細觀察人類扣帶回和杏仁核中的神經元，我們發現它們使用的神經代碼截然不同。一種使豐富度達到最優，另一種則是優化了速度——考慮到這兩個大腦區域的功能，這樣的平衡是可以預料到的。此外，人類和猴子的大腦區域相比，人類神經元使用的代碼更為豐富。實際上，不同的區域——以及不同動物的大腦——使用不同的神經代碼。

今年早些時候發表在《細胞》(Cell)雜誌上的這些發現具有潛在、廣泛而驚人意義。神經迴路的功能——無論是作為回聲定位、進食或任何其他行為的基礎——通常經由神經元的連接圖譜來理解。與電路圖一樣，許多部件被認為是可以互換的——電阻器就是電阻器，開關就是開關。因此，由老鼠、猴子或人類神經元組成的電路圖可能會執行相同的計算。這些新發現對這一觀點提出了挑戰，它們表明，即使是同一大腦中兩個不同的區域，其神經元行為也可能大相徑庭。這就好像大腦的某些區域講英語;另一些區域則使用新話。

考慮到本研究的大腦區域間和不同物種間的性質，其結果需要大量的額外的實驗才能得到充分證明和推廣。但至少，作者已經表明了以下幾點:在人類和恆河猴中，扣帶回中的神經元使用的神經代碼都比杏仁核中的神經元豐富。不僅杏仁核的編碼更簡單，而且經常觀察到多個杏仁核神經元同時使用相同的編碼。就像海灘上看到鯊魚一樣，這被認為有助於迅速而有效地傳播當前威脅的信息。最後，無論在哪個區域，人類大腦中的神經代碼都比獼猴的豐富。總之，這些發現表明，在神經編碼中，存在著一種取捨。這種取捨可能有助於形成不同大腦和不同大腦區域的認知或計算能力。

另一方面，這項研究還給其他工作提供了啟發。首先，雖然許多大腦疾病和失調有明顯的器質性表現，可以用x光或MRI檢測到，但有些卻沒有。因此，在沒有其他損傷的情況下，僅是神經代碼的改變也可能是精神疾病中一個重要但未被發現的驅動因素。

還有一個未來研究的有趣的方向，使用基於神經代碼的比較方法，比如作者所提出的方法，可能會減少人類對其他動物認知能力的偏見，這有助於動物保護工作。為什麼我們需要這樣的方法?因為我們無法理解不同於人類的其他智能。但這並不意味著它們不存在。借用奧威爾的話來說，其中一些甚至可能是doubleplusgood雙倍好。

本文譯自 Scientific American，由譯者 Mork 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！