大脑，很复杂( 二 )
许多研究人员倾向于利用单一变量的线性关系模型 ， 来测量单个大脑区域反应的平均大小 。 线性模型假定 ， 如果一个系统的输入增加一倍 ， 该系统的输出也将相应地翻倍 。 然而事实是 ， 大多数生命的感知系统并不是以一种线性的方式对刺激产生反应 。 线性模型忽略了大脑功能中的各种可能性 ， 尤其是那些超出解剖结构的部分所带来的可能性 。
现在 ， 越来越多科学家认为 ， 神经计算是非线性的 。 在非线性模型中 ， 单个输入值可以存在许多输出值 。 举个例子 ， 在理解大脑和行为之间的联系时 ， 一个至关重要的问题是 ， 大脑如何在相互竞争的选择中决定最佳的行动方案 。 例如 ， 大脑的额皮质通过计算许多变量来做出最佳选择 ， 它会计算潜在的回报、成功的概率以及时间和精力方面的成本等等 。 由于系统是非线性的 ， 将潜在回报增加一倍 ， 最终决策的可能性可能会提高一倍以上 。
目前的线性模型仅仅描述了一个大脑区域的平均兴奋水平 ， 或者说大脑表面的血流 ， 而更先进的增强型功能性磁共振成像和电子近场生物成像数据所建立非线性模型则可以包含更多信息 。 这样的非线性模型提供了大脑表面和大脑内部深处的信息流的三维图像 ， 让研究人员更接近大脑的工作原理 。
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图片来源：Thomas Angus, Imperial College London/Wikicommons
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Morgera教授的团队还对这样一个事实很感兴趣 ， 那就是结构完全正常的大脑仍然可能会产生严重的功能性问题 。
作为神经学功能障碍研究的一部分 ， 研究团队探访了临终关怀医院、丧亲互助小组、康复护理机构、创伤中心和急症医院的许多病人 。 他们惊讶地发现 ， 失去挚爱亲人的人会表现出与阿尔茨海默病患者相似的症状 。
悲伤是对死亡或者其他损失的一系列情感、认知、功能和行为反应 。 它不是一种状态 ， 而是一个过程 ， 它可以是临时的 ， 也可以是持续的 。 对那些承受着巨大悲伤的人来说 ， 他们的大脑看起来很健康 ， 并没有像阿尔茨海默病患者那样出现解剖学上的问题 ， 比如大脑区域发生萎缩 ， 或者神经元网络之间的连接中断 。
研究人员相信 ， 这是一个很好的例子 ， 表明大脑的那些非物理联系 ， 加上大脑丰富的非线性运算如何导致了一些明显的后果 ， 而这些后果是简单的大脑扫描无法预测出来的 。
这些想法可能为未来通过无创手段缓解严重的神经系统疾病指明了方向 。 Morgera教授和团队相信 ， 利用在电近场成像方面的最新进展 ， 绘制出大脑中所有非物理联系 ， 并采用多变量非线性模型 ， 可以让科学家更深入地认识大脑的关键功能 ， 比如计算、记忆、网络和信息分配 。
撰文：Salvatore Domenic Morgera（美国南佛罗里达大学电气工程与生物工程教授 ， 国家工程荣誉协会杰出工程师）
原文标题为“How brains do what they do is more complex than what anatomy on its own suggests” ， 于2020年7月16日首发于The Conversation ， 原文链接：https://theconversation.com/how-brains-do-what-they-do-is-more-complex-than-what-anatomy-on-its-own-suggests-130637 ， 文章基于CC协议翻译 ， 中文内容略有编辑 ， 仅供参考 ， 一切内容以原文为准 。
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