<h3><b>【NeuroPrior AI 導(dǎo)讀】</b><b>德國學(xué)者Joachim Keppler的新理論認(rèn)為，</b>意識(shí)的產(chǎn)生并非大腦憑空制造，而是大腦作為一臺(tái)精密的“量子收音機(jī)”，與宇宙中無處不在的量子能量海洋（零點(diǎn)場(chǎng) ZPF）發(fā)生“同頻共振”的結(jié)果；這種微觀的量子共振精準(zhǔn)調(diào)節(jié)了腦神經(jīng)元的放電平衡，使大腦進(jìn)入一種高度敏感且全腦同步的“臨界狀態(tài)”，最終由此“調(diào)頻”并喚醒了我們的意識(shí)。</h3></br> <h3>人類存在的核心要素之一，是我們的意識(shí)體驗(yàn)。意識(shí)體驗(yàn)的顯著特點(diǎn)，是具有極其豐富、分化程度很高的意識(shí)狀態(tài)。意識(shí)過程既包括由外界刺激誘發(fā)的有意識(shí)知覺，也包括不依賴外界刺激的心理過程，例如思考和記憶提取。過去幾十年里，關(guān)于這些腦過程的研究積累了大量數(shù)據(jù)，為我們理解意識(shí)的神經(jīng)生理學(xué)特征提供了堅(jiān)實(shí)的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)基礎(chǔ)。</h3></br><h3>現(xiàn)在的挑戰(zhàn)在于：如何利用這些證據(jù)，推斷出一種在意識(shí)過程中發(fā)揮作用、卻在無意識(shí)過程中缺席的核心原理。只要能夠從這種推斷出的運(yùn)作原理出發(fā)，我們便有可能理解大腦必須滿足哪些必要條件，才能形成意識(shí)狀態(tài)。明確這一原理并闡明這些條件，是建立穩(wěn)固意識(shí)理論的前提；這樣的理論應(yīng)當(dāng)具有解釋力，并能夠揭示因果聯(lián)系。</h3></br><h3>宏觀量子效應(yīng)在與意識(shí)狀態(tài)相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)模式形成中可能具有重要作用；而在無意識(shí)時(shí)期，這些量子效應(yīng)并不存在，或者無法以同樣方式發(fā)揮作用。</h3></br><h3>由層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的大腦皮層可以被看作一個(gè)模塊化系統(tǒng)，其基本功能單元是小柱（minicolumn），也稱微柱（microcolumn）。盡管不同微柱在細(xì)節(jié)上有所差異，但它們具有統(tǒng)一的基本設(shè)計(jì)。每個(gè)微柱大約由?100?個(gè)神經(jīng)元組成，直徑約為?30?μm。</h3></br><h3> <h3>微柱之間高度互聯(lián)，微柱與皮層下結(jié)構(gòu)之間也存在高度連接，尤其是與丘腦之間的連接。每個(gè)微柱都接收來自其他皮層區(qū)域和丘腦模塊的大量輸入。皮層—皮層纖維與丘腦—皮層纖維將信號(hào)傳遞到數(shù)以萬計(jì)的興奮性突觸；這些突觸大多為谷氨酸能突觸，密集分布在錐體神經(jīng)元的基底樹突和頂端樹突上。錐體神經(jīng)元在微柱中發(fā)揮主要作用，約占全部神經(jīng)元的?80%。其余神經(jīng)元主要是抑制性中間神經(jīng)元，它們通過?GABA?能突觸調(diào)節(jié)錐體神經(jīng)元活動(dòng)，并與錐體細(xì)胞協(xié)同產(chǎn)生振蕩性網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)。</h3></br><h3> <h3>大腦結(jié)構(gòu)與大腦皮層組織示意。皮層以模塊化方式組織，皮層微柱構(gòu)成基本功能單元。每個(gè)微柱大約含有?100?個(gè)神經(jīng)元，直徑約?30?μm，并接收來自其他皮層區(qū)域和丘腦的大量輸入。皮層—皮層纖維和丘腦—皮層纖維投射到數(shù)以萬計(jì)的興奮性突觸上，這些突觸主要為谷氨酸能突觸，密集分布在錐體神經(jīng)元的基底樹突和頂端樹突上。錐體神經(jīng)元約占全部神經(jīng)元的?80%；其余主要為抑制性中間神經(jīng)元，通過?GABA?能突觸調(diào)節(jié)錐體神經(jīng)元活動(dòng)。</h3></br><h3>有證據(jù)表明，意識(shí)狀態(tài)與?beta?和?gamma?頻段中的遠(yuǎn)距離同步化腦活動(dòng)密切相關(guān)。在有意識(shí)知覺過程中，同步活動(dòng)模式的形成遵循?theta?節(jié)律；而在不依賴刺激的意識(shí)過程，例如內(nèi)部思維或記憶提取中，模式形成周期則對(duì)應(yīng)?alpha?節(jié)律。</h3></br><h3>對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析顯示，這些同步活動(dòng)模式源自相變，并代表大量神經(jīng)元的集體行為。在所有頻段中，模式形成都呈現(xiàn)出長(zhǎng)程相關(guān)性和穩(wěn)健的臨界性特征。與這些發(fā)現(xiàn)一致，近期研究顯示，意識(shí)由呈現(xiàn)臨界動(dòng)力學(xué)特征的活動(dòng)模式支持；而在誘導(dǎo)無意識(shí)的麻醉?xiàng)l件下，腦動(dòng)力學(xué)會(huì)偏離臨界性。這意味著臨界性可能是意識(shí)狀態(tài)出現(xiàn)的必要條件。</h3></br><h3>從另一個(gè)角度看，在有意識(shí)知覺背景下出現(xiàn)的嵌套?theta?與?beta/gamma?振蕩，具有神經(jīng)元雪崩（neuronal avalanches）的標(biāo)志性特征。這些雪崩表現(xiàn)為局部同步動(dòng)作電位的傳播，并產(chǎn)生跨越大量皮層微柱的大尺度活動(dòng)模式。它們具有長(zhǎng)程相關(guān)性，提示系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)。</h3></br><h3>相應(yīng)的運(yùn)作原理被稱為自組織臨界性（self-organized criticality, SOC）。它指的是一個(gè)系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)某個(gè)控制參數(shù)，使自身保持在相變臨界點(diǎn)附近的能力。在大腦中，關(guān)鍵控制參數(shù)似乎是興奮—抑制平衡（E-I balance）。這一平衡涉及谷氨酸、γ-氨基丁酸（GABA）等神經(jīng)遞質(zhì)，也涉及多巴胺、乙酰膽堿、5-羥色胺等神經(jīng)調(diào)質(zhì)。</h3></br><h3>神經(jīng)調(diào)質(zhì)會(huì)影響雪崩動(dòng)力學(xué)。例如，多巴胺已被證明可通過促進(jìn)中間神經(jīng)元去極化、調(diào)節(jié)錐體神經(jīng)元與中間神經(jīng)元之間的相互作用，從而促進(jìn)雪崩形成。在預(yù)設(shè)的神經(jīng)調(diào)質(zhì)狀態(tài)下，例如在某種特定腦狀態(tài)如清醒狀態(tài)中，神經(jīng)元雪崩的產(chǎn)生依賴興奮性?NMDA?型谷氨酸受體介導(dǎo)的突觸傳遞與抑制性?GABAA?受體介導(dǎo)的突觸傳遞之間的協(xié)調(diào)配合。此類雪崩對(duì)應(yīng)相干的?beta/gamma?活動(dòng)，并具有臨界動(dòng)力學(xué)特征。</h3></br><h3>概括而言，現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)證據(jù)為理解意識(shí)過程背后的原理和意識(shí)狀態(tài)形成的必要條件提供了重要線索。證據(jù)提示：意識(shí)狀態(tài)與相干活動(dòng)模式相關(guān)；這些模式呈現(xiàn)集體行為，涉及大量皮層微柱；每一個(gè)活動(dòng)模式都源于一次相變；相變的誘導(dǎo)和雪崩的控制，是通過神經(jīng)遞質(zhì)釋放與神經(jīng)元放電之間精細(xì)協(xié)調(diào)的“合奏”實(shí)現(xiàn)的。正是這種編排構(gòu)成臨界動(dòng)力學(xué)的根源，因此需要更深入地探索。</h3></br><h3>谷氨酸是大腦中含量最高的神經(jīng)遞質(zhì)，其在神經(jīng)組織中的濃度不僅顯著高于?GABA?和各類神經(jīng)調(diào)質(zhì)，甚至除水以外，也高于其他所有分子成分。谷氨酸峰值濃度位于突觸囊泡中，而發(fā)生在星形膠質(zhì)細(xì)胞中的谷氨酸—谷氨酰胺循環(huán)調(diào)控過程，則維持著微柱內(nèi)平均谷氨酸濃度。該濃度因腦區(qū)而異，并代表一個(gè)微柱整體的細(xì)胞內(nèi)谷氨酸池。</h3></br><h3>因此，從物理學(xué)角度看，一個(gè)微柱可以被視為由錐體神經(jīng)元和中間神經(jīng)元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，并整合在一個(gè)谷氨酸池之中。更精確地說，這個(gè)谷氨酸池構(gòu)成一個(gè)谷氨酸—水基質(zhì)。</h3></br><h3>從這個(gè)略微簡(jiǎn)化的皮層微柱模型出發(fā)，我們引入?QED。根據(jù)?QED，真空并不是空無一物的空間，而是被一個(gè)漲落的能量海洋所充滿；這一點(diǎn)在現(xiàn)代物理學(xué)世界觀中具有核心地位。這個(gè)漲落能量海洋的一個(gè)組成部分，就是電磁零點(diǎn)場(chǎng)（ZPF）。ZPF?由一系列正規(guī)模式構(gòu)成，每一種模式都具有特定頻率。探討量子物理概念基礎(chǔ)的理論認(rèn)為，所有量子現(xiàn)象的根源都在于?ZPF，而這個(gè)無處不在的能量場(chǎng)是自然藍(lán)圖中的一個(gè)基本要素。</h3></br><h3>QED?形式體系已經(jīng)被證明能夠有效描述多體系統(tǒng)與?ZPF?的相互作用。運(yùn)用這一體系，可以獲得一個(gè)包含?ZPF?與谷氨酸池耦合的微柱數(shù)學(xué)描述。這樣的描述導(dǎo)出了一組方程，用以表示耦合系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)演化。這些結(jié)果表明，微柱中谷氨酸池的功能角色遠(yuǎn)不止谷氨酸受體介導(dǎo)的突觸信號(hào)傳遞。下文將概述并討論模型計(jì)算的主要發(fā)現(xiàn)。</h3></br><h3>根據(jù)演化方程，系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)由兩個(gè)參與者之間的耦合強(qiáng)度決定，而耦合強(qiáng)度與谷氨酸濃度直接相關(guān)。計(jì)算顯示，當(dāng)谷氨酸濃度超過一個(gè)臨界值時(shí)，谷氨酸池會(huì)發(fā)生一次由共振現(xiàn)象誘發(fā)的相變。該共振偏好谷氨酸分子某一激發(fā)態(tài)，即振動(dòng)激發(fā)；下文稱之為“優(yōu)選振動(dòng)激發(fā)”。在這一過程中，支配系統(tǒng)演化的是那些能量等于分子基態(tài)與優(yōu)選激發(fā)態(tài)之間能量差的?ZPF?模式；下文稱這些模式為“主導(dǎo)?ZPF?模式”。這些由系統(tǒng)數(shù)學(xué)分析支持的發(fā)現(xiàn)提示，皮層微柱的功能原理可被理解為一個(gè)三階段過程。</h3></br><h3> <h3>基于?QED?模型的皮層微柱功能原理。（A）在突觸囊泡中，谷氨酸濃度達(dá)到峰值，谷氨酸—ZPF?共振相互作用啟動(dòng)相變。該共振相互作用使谷氨酸分子進(jìn)入量子疊加，并使?ZPF?的主導(dǎo)場(chǎng)模式被放大。（B）顯著放大的主導(dǎo)?ZPF?模式啟動(dòng)柱內(nèi)雪崩過程，使微柱整體谷氨酸池進(jìn)入宏觀量子態(tài)，由此形成相干域，并產(chǎn)生柱內(nèi)微波場(chǎng)（intracolumnar microwave field, ICMF）。（C）ICMF?調(diào)制電壓門控離子通道活動(dòng)，在神經(jīng)元放電率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。放電率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)是建立?E-I?平衡、維持臨界狀態(tài)的前提。</h3></br><h3>第一階段由谷氨酸—ZPF?共振相互作用啟動(dòng)相變。這樣的相變發(fā)生于突觸囊泡中，因?yàn)橥挥|囊泡中的谷氨酸濃度達(dá)到峰值。計(jì)算表明，這一峰值恰好位于啟動(dòng)共振現(xiàn)象所需的臨界閾值附近。ZPF?與囊泡內(nèi)谷氨酸的共振耦合產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果：一方面，谷氨酸分子形成一種量子態(tài)，處于基態(tài)和優(yōu)選振動(dòng)激發(fā)態(tài)的疊加之中；另一方面，主導(dǎo)?ZPF?模式被放大，表現(xiàn)為場(chǎng)振幅顯著增強(qiáng)。計(jì)算給出的主導(dǎo)?ZPF?模式頻率為?7.8 THz。</h3></br><h3>要誘發(fā)一場(chǎng)橫跨整個(gè)微柱寬度的相變，即點(diǎn)燃一個(gè)微柱，需要樹突樹上的大量突觸被激活。這樣一來，大量突觸囊泡會(huì)釋放高濃度谷氨酸云團(tuán)，這些云團(tuán)隨后組合成一個(gè)滲流簇（percolation cluster）。這個(gè)點(diǎn)燃判據(jù)一方面為錐體神經(jīng)元特殊結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)合理解釋：錐體神經(jīng)元具有廣泛延伸的頂端樹突，而頂端樹突上布滿興奮性突觸；另一方面，它也突顯丘腦對(duì)于清醒意識(shí)的重要性，因?yàn)榍鹉X—皮層通路將感覺刺激傳遞至皮層微柱，并支配位于皮層錐體神經(jīng)元頂端樹突上的數(shù)以萬計(jì)的谷氨酸能突觸。</h3></br><h3>在微柱被點(diǎn)燃之后，被顯著放大的主導(dǎo)?ZPF?模式啟動(dòng)第二階段。這個(gè)階段的特征，是一種柱內(nèi)雪崩過程，它推動(dòng)微柱整體谷氨酸池進(jìn)入宏觀量子態(tài)。關(guān)鍵之處在于，向這一穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致相干域的形成。在相干域中，所有谷氨酸分子均處于量子疊加之中。相干域的具體性質(zhì)由主導(dǎo)?ZPF?模式的頻率和微柱平均谷氨酸濃度決定。</h3></br><h3>這些性質(zhì)首先包括相干域的直徑。根據(jù)計(jì)算，相干域直徑約為?30?μm。這一數(shù)值與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的微柱寬度高度吻合。</h3></br><h3>其次，相干域的穩(wěn)態(tài)方程表明，約?10^11?個(gè)分子參與其中的谷氨酸池宏觀量子態(tài)在能量上更低，由此產(chǎn)生一個(gè)顯著的能隙。該能隙能夠保護(hù)相干域免受熱影響，并抑制快速退相干。其他研究也支持能隙對(duì)于維持量子疊加的重要性。</h3></br><h3>相干域之所以得到保護(hù)，是因?yàn)楣劝彼帷|(zhì)中的分子占據(jù)一種集體振動(dòng)態(tài)，而這種狀態(tài)由與?ZPF?的強(qiáng)耦合維持。這樣的狀態(tài)對(duì)外部擾動(dòng)非常穩(wěn)健，因?yàn)槿菀资艿綗崤鲎灿绊懙姆肿觾H位于相干域邊緣區(qū)域。因此，只有很小一部分分子暴露于破壞性影響之下。計(jì)算顯示，在體溫條件下，經(jīng)由這些邊緣分子傳入相干域的累積破壞性能量不足以跨越能隙并打破集體狀態(tài)。</h3></br><h3>還應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，水的存在有助于穩(wěn)定宏觀量子態(tài)，因?yàn)樗旧砜尚纬上喔山Y(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的能隙疊加起來，為相干域的總能隙提供額外貢獻(xiàn)。這提示，在皮層微柱條件下，宏觀量子相干可能是可行的。上述結(jié)果強(qiáng)調(diào)：如果采用一種納入?ZPF?在宏觀量子態(tài)形成中作用的?QED?方法，那么對(duì)于生物體內(nèi)量子相干可行性的判斷，將與那些不納入?ZPF?的純量子力學(xué)分析大不相同。</h3></br><h3>最后，數(shù)值分析顯示，相干域形成意味著主導(dǎo)且顯著放大的?ZPF?模式從?7.8 THz?發(fā)生頻率移動(dòng)，進(jìn)入接近?30 GHz?的微波范圍。這表明三階段過程的第二階段以柱內(nèi)微波場(chǎng)（ICMF）的生成為終點(diǎn)。ICMF?是一種內(nèi)源性、由相變誘導(dǎo)的輻射場(chǎng)。</h3></br><h3>第三階段由?ICMF?控制。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究均表明，微波會(huì)強(qiáng)烈影響離子通過電壓門控離子通道的流動(dòng)，尤其會(huì)調(diào)制電壓門控?K+?通道中的離子流速。由于?K+?通道被激活并導(dǎo)致神經(jīng)元興奮性增加，微波能夠顯著改變神經(jīng)元放電率。神經(jīng)元放電率通過離子通道活動(dòng)調(diào)制而得到調(diào)節(jié)，這一點(diǎn)已經(jīng)得到充分證實(shí)。</h3></br><h3>正是這種神經(jīng)元放電率的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，被認(rèn)為是?E-I?平衡的機(jī)制基礎(chǔ)。E-I?平衡又是?SOC?背后的關(guān)鍵控制參數(shù)。這與一項(xiàng)研究相一致，該研究指出放電率穩(wěn)態(tài)是臨界動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。更具體地說，經(jīng)驗(yàn)證據(jù)提示，快速放電的?parvalbumin?陽性（PV+）抑制性中間神經(jīng)元的放電率穩(wěn)態(tài)，在建立和主動(dòng)維持臨界狀態(tài)中發(fā)揮重要作用。PV+?中間神經(jīng)元是皮層中間神經(jīng)元中最大的亞類，對(duì)?gamma?振蕩至關(guān)重要。</h3></br><h3>PV+?中間神經(jīng)元的放電特征可歸因于快速作用的?K+?通道；這些通道的激活會(huì)使誘發(fā)動(dòng)作電位的波形顯著壓縮。值得注意的是，微波能夠激活?K+?通道并產(chǎn)生這種壓縮波形，這提示?ICMF?在神經(jīng)元放電率調(diào)節(jié)和臨界動(dòng)力學(xué)出現(xiàn)中可能具有主導(dǎo)作用。</h3></br><h3>關(guān)于?ICMF?調(diào)節(jié)功能的進(jìn)一步線索，來自發(fā)育過程中穩(wěn)定神經(jīng)元興奮性和放電率的穩(wěn)態(tài)機(jī)制。一方面，經(jīng)驗(yàn)研究顯示，放電閾值的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)由內(nèi)在可塑性完成，而內(nèi)在可塑性表現(xiàn)為軸突初始段電壓門控離子通道密度的調(diào)節(jié)。另一方面，計(jì)算顯示，作用于細(xì)胞膜的微波由于在數(shù)十?GHz?范圍內(nèi)發(fā)生共振，會(huì)導(dǎo)致軸突初始段離子通道的重新分布和密度調(diào)制，從而顯著改變興奮閾值。</h3></br><h3>這兩類發(fā)現(xiàn)共同提示，ICMF?對(duì)神經(jīng)元放電率自我調(diào)節(jié)具有核心重要性。這也與“細(xì)胞電耦合假說”（cytoelectric coupling hypothesis）相容，該假說認(rèn)為電場(chǎng)能夠引導(dǎo)神經(jīng)活動(dòng)。</h3></br><h3>綜上，所收集的線索匯聚成一個(gè)相對(duì)一致的圖景，支持這樣一種觀點(diǎn)：皮層微柱的運(yùn)作受宏觀量子效應(yīng)主導(dǎo)。更準(zhǔn)確地說，證據(jù)提示，微柱的運(yùn)作原理基于一個(gè)由?ZPF?驅(qū)動(dòng)的自下而上的編排過程。該過程始于谷氨酸—ZPF?共振相互作用啟動(dòng)相變。相變發(fā)展為柱內(nèi)雪崩過程，導(dǎo)致相干域形成；相干域表現(xiàn)為谷氨酸池的宏觀量子態(tài)，并進(jìn)一步產(chǎn)生內(nèi)源性微波場(chǎng)?ICMF。ICMF?作為一種獨(dú)特識(shí)別信號(hào)，在微柱內(nèi)承擔(dān)核心控制功能：它調(diào)制離子通道活動(dòng)，影響神經(jīng)元放電閾值，并調(diào)節(jié)神經(jīng)元放電率。放電率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)被認(rèn)為是維持?E-I?平衡和保持臨界狀態(tài)的前提。</h3></br><h3>在由錐體神經(jīng)元和?PV+?抑制性中間神經(jīng)元組成的局部網(wǎng)絡(luò)中，柱內(nèi)放電率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生遵循?beta/gamma?節(jié)律的同步動(dòng)作電位。更精確地說，錐體細(xì)胞放電會(huì)觸發(fā)中間神經(jīng)元放電，而中間神經(jīng)元反過來抑制錐體細(xì)胞，并通過建立短暫的興奮窗口，引發(fā)同步節(jié)律活動(dòng)。</h3></br><h3>在這一機(jī)制基礎(chǔ)上，局部同步動(dòng)作電位會(huì)以周期性、精確控制的方式傳播到其他皮層區(qū)域和丘腦模塊。這種傳播對(duì)應(yīng)已觀察到的神經(jīng)元雪崩，最終形成跨越大腦廣泛區(qū)域、具有臨界動(dòng)力學(xué)特征的同步活動(dòng)模式。這一同步活動(dòng)模式產(chǎn)生背后的因果鏈條可概括為：ZPF?參與啟動(dòng)相變，相變產(chǎn)生?ICMF，ICMF?調(diào)節(jié)放電率和?E-I?平衡，進(jìn)而推動(dòng)局部同步和大尺度雪崩。因此，ZPF?是這條因果鏈中不可或缺的環(huán)節(jié)，支持?SOC?建立在大腦與?ZPF?耦合基礎(chǔ)之上的觀點(diǎn)。</h3></br><h3> <h3>由?ZPF?驅(qū)動(dòng)的自下而上編排過程如何產(chǎn)生自組織臨界性。谷氨酸—ZPF?共振相互作用在滿足點(diǎn)燃判據(jù)的微柱中觸發(fā)相變。相變伴隨主導(dǎo)?ZPF?模式的放大。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，被放大的模式形成柱內(nèi)微波場(chǎng)?ICMF；ICMF?在神經(jīng)元放電率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和?E-I?平衡建立中發(fā)揮主導(dǎo)作用，從而產(chǎn)生遵循?beta/gamma?節(jié)律的局部同步動(dòng)作電位。其結(jié)果是同步動(dòng)作電位受控傳播，形成神經(jīng)元雪崩以及具有臨界動(dòng)力學(xué)特征的同步活動(dòng)模式。</h3></br><h3>基于這些發(fā)現(xiàn)，我們可以重新審視意識(shí)與無意識(shí)過程的神經(jīng)生理學(xué)標(biāo)志。經(jīng)驗(yàn)證據(jù)提示，beta?與?gamma?頻段中遠(yuǎn)距離同步化活動(dòng)模式的出現(xiàn)，尤其能夠指示意識(shí)狀態(tài)。此外，與意識(shí)相關(guān)的同步活動(dòng)模式呈現(xiàn)臨界動(dòng)力學(xué)特征，而偏離臨界狀態(tài)則與無意識(shí)時(shí)期相關(guān)。</h3></br><h3>結(jié)合前文給出的因果關(guān)系，這些標(biāo)志提示：ZPF?對(duì)編排與意識(shí)相關(guān)的活動(dòng)模式具有工具性作用；而在無意識(shí)過程中，ZPF?的協(xié)調(diào)作用可能缺失或受損。因此，可以得出結(jié)論：意識(shí)狀態(tài)的形成依賴于大腦—ZPF?的共振耦合。該耦合通過微柱中的谷氨酸池實(shí)現(xiàn)，并觸發(fā)一系列下游效應(yīng)，最終導(dǎo)致臨界狀態(tài)的建立和主動(dòng)維持。</h3></br><h3>綜合現(xiàn)有所有證據(jù)，一個(gè)深刻的新認(rèn)識(shí)逐漸形成：意識(shí)狀態(tài)形成背后的基本原理，是大腦與?ZPF?的共振耦合。在無意識(shí)時(shí)期，人們觀察到腦動(dòng)力學(xué)顯著偏離臨界狀態(tài)，這意味著大腦與?ZPF?的耦合被擾亂，ZPF?作為腦活動(dòng)“隱藏編排者”的功能被?disengaged，即無法參與或無法有效發(fā)揮作用。這個(gè)新認(rèn)識(shí)提示，無處不在的?ZPF?對(duì)理解意識(shí)具有核心意義。</h3></br><h3>為了更詳細(xì)地考察?ZPF?在意識(shí)狀態(tài)形成中的意義，我們還需要看一看大腦—ZPF?耦合機(jī)制對(duì)?ZPF?本身產(chǎn)生的影響。在基態(tài)中，無處不在的?ZPF?可以被描述為隨機(jī)漲落的能量海洋；在其中，沒有任何場(chǎng)模式被突出，也不存在場(chǎng)模式之間的相關(guān)性。ZPF?與微柱谷氨酸池的共振耦合誘發(fā)相變，使主導(dǎo)模式被放大。這意味著動(dòng)力學(xué)相關(guān)模式的振幅顯著增強(qiáng)。</h3></br><h3>只要滿足點(diǎn)燃判據(jù)，相變就會(huì)發(fā)展為一個(gè)穩(wěn)態(tài)，并伴隨主導(dǎo)模式向微波范圍的頻率移動(dòng)。這種頻率移動(dòng)取決于被點(diǎn)燃微柱的平均谷氨酸濃度，最終產(chǎn)生具有微柱特異性頻率的?ICMF。因此，涉及一組特定動(dòng)態(tài)相互作用微柱的同步活動(dòng)模式出現(xiàn)時(shí)，會(huì)伴隨一組強(qiáng)相關(guān)、被放大的?ZPF?模式。換言之，同步活動(dòng)模式的產(chǎn)生，也就是意識(shí)狀態(tài)形成的指標(biāo)，意味著?ZPF?從隨機(jī)基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N經(jīng)修飾的?ZPF?狀態(tài)：其中一組模式被增強(qiáng)。由此可推斷，意識(shí)狀態(tài)形成的必要條件，是對(duì)?ZPF?模式的選擇性放大。</h3></br><h3>要實(shí)現(xiàn)這一條件，因果鏈條上的若干關(guān)鍵前提必須得到滿足，特別是相變的啟動(dòng)、谷氨酸池中宏觀量子相干的出現(xiàn)，以及臨界狀態(tài)的建立和維持。</h3></br><h3>到此為止，我們可以得出一個(gè)結(jié)論：基于?QED?的方法，其優(yōu)勢(shì)在于揭示意識(shí)過程背后的一個(gè)普遍原理，并在意識(shí)腦活動(dòng)和無意識(shí)腦活動(dòng)之間劃出清晰分界。意識(shí)狀態(tài)出現(xiàn)必須滿足特殊條件。這些條件意味著，分化性意識(shí)狀態(tài)的出現(xiàn)依賴一種獨(dú)特的組織原則；意識(shí)僅限于那些能夠與?ZPF?發(fā)生共振相互作用的系統(tǒng)。</h3></br><h3>以上認(rèn)識(shí)來自一種新的綜合：它整合了大腦結(jié)構(gòu)、神經(jīng)生理學(xué)發(fā)現(xiàn)和定量模型計(jì)算。由此揭示的因果關(guān)系，為開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)范式鋪平了道路。這些實(shí)驗(yàn)可以系統(tǒng)性地操控腦內(nèi)條件，收集新的數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步經(jīng)驗(yàn)性地檢驗(yàn)意識(shí)過程背后的推斷原理。</h3></br><h3>由于該原理依賴大腦與?THz?范圍電磁輻射之間的相互作用，乍看之下，使用腦刺激方法似乎很有前景。然而仔細(xì)考察會(huì)發(fā)現(xiàn)，這條實(shí)驗(yàn)路徑并不可行。THz?輻射由于與水分子強(qiáng)烈相互作用，在生物組織中的穿透深度只有幾百微米，因此無法到達(dá)顱骨內(nèi)部。</h3></br><h3>進(jìn)化似乎找到了一種巧妙方式來利用?THz?輻射：大腦提供了適合利用?ZPF?的環(huán)境，也就是利用電磁場(chǎng)無處不在的零點(diǎn)漲落。因此，需要發(fā)展直接針對(duì)?ZPF?的新實(shí)驗(yàn)策略。</h3></br><h3>從所推斷原理出發(fā)，可以得到一個(gè)直接后果：當(dāng)大腦與?ZPF?的相互作用被擾亂、且?ZPF?隨機(jī)基態(tài)無法被修飾時(shí)，SOC?將崩潰，意識(shí)狀態(tài)無法形成。由此產(chǎn)生一種實(shí)驗(yàn)策略：在選定腦區(qū)阻止大腦—ZPF?的共振耦合，并證明在這些條件下，意識(shí)的神經(jīng)生理學(xué)特征不會(huì)出現(xiàn)。</h3></br><h3>換言之，如果能夠在某個(gè)小腦區(qū)的微柱中抑制對(duì)谷氨酸—ZPF?相互作用至關(guān)重要的主導(dǎo)?ZPF?模式（7.8 THz），從而阻斷相變啟動(dòng)，那么應(yīng)當(dāng)能觀察到顯著偏離臨界動(dòng)力學(xué)的現(xiàn)象。該方法利用了這樣一個(gè)事實(shí)：雖然?ZPF?作為整體永遠(yuǎn)無法被關(guān)閉，但它的頻率譜可以被局部調(diào)諧。這種調(diào)諧可通過用薄的完美導(dǎo)體板包裹一組微柱實(shí)現(xiàn)；這種裝置常用于?Casimir?效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。導(dǎo)體板對(duì)?ZPF?施加邊界約束，因此可以通過調(diào)整板間距，排除特定頻段。</h3></br><h3>計(jì)算表明，一個(gè)覆蓋?3×3?微柱陣列的包裹結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)尺度，可抑制主導(dǎo)?ZPF?模式，并阻止谷氨酸—ZPF?耦合。借鑒用于研究神經(jīng)元雪崩的實(shí)驗(yàn)方法，一種顯然可行的思路是在嚙齒動(dòng)物體感皮層中植入若干這樣的包裹結(jié)構(gòu)，并分析活動(dòng)模式的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。如果神經(jīng)元雪崩偏離通常的冪律縮放行為，這將提示?SOC?這一意識(shí)關(guān)鍵指標(biāo)依賴谷氨酸—ZPF?耦合。</h3></br><h3> <p class="ql-block">通過擾亂大腦—ZPF 共振耦合來阻止自組織臨界性。用完美導(dǎo)體板包裹微柱陣列，可以抑制對(duì)谷氨酸—ZPF 相互作用至關(guān)重要的主導(dǎo)場(chǎng)模式。在皮層局部植入若干這種包裹結(jié)構(gòu)，預(yù)期可阻止該區(qū)域中相變啟動(dòng)和臨界狀態(tài)建立。這應(yīng)反映在活動(dòng)模式分析中：神經(jīng)元雪崩會(huì)明顯偏離通常的冪律縮放行為。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">實(shí)施該實(shí)驗(yàn)的主要挑戰(zhàn)，是在將導(dǎo)體板植入皮層組織時(shí)避免損傷神經(jīng)連接。因此，在實(shí)驗(yàn)真正實(shí)現(xiàn)之前，還需要解決一些技術(shù)細(xì)節(jié)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">除神經(jīng)生理效應(yīng)外，抑制谷氨酸—ZPF 相互作用引起的現(xiàn)象學(xué)改變，也可在實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展階段加以研究。對(duì)于這類研究，體感皮層同樣非常適合，因?yàn)樗哂袊?yán)格的軀體拓?fù)浣M織：身體區(qū)域與皮層區(qū)域之間存在精確映射。如果刺激與被包裹微柱相對(duì)應(yīng)的身體區(qū)域，那么這些區(qū)域通常產(chǎn)生的意識(shí)狀態(tài)，例如疼痛體驗(yàn)或觸覺感，理論上不應(yīng)出現(xiàn)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">另一種驗(yàn)證 ZPF 基礎(chǔ)運(yùn)作原理的策略，是直接證實(shí)微柱谷氨酸池中的量子相干。為此，可以使用能夠在生物系統(tǒng)中獲得量子相干穩(wěn)健指標(biāo)的有效方法。本質(zhì)上，這意味著測(cè)量谷氨酸振動(dòng)態(tài)的布局情況。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">最后，還可以通過測(cè)量伴隨谷氨酸池宏觀量子態(tài)出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，間接確認(rèn)量子相干。這個(gè)伴隨現(xiàn)象是光子脈沖發(fā)射，即生物光子發(fā)射。它源于分子集體態(tài)相對(duì)于經(jīng)典態(tài)的能量降低，并可使用成熟實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">值得指出的是，已有實(shí)驗(yàn)在小鼠腦中證明了生物光子活動(dòng)。結(jié)果顯示，當(dāng)施用高濃度谷氨酸時(shí)，生物光子脈沖顯著增加。此外，實(shí)驗(yàn)顯示這種生物光子活動(dòng)只能由谷氨酸誘導(dǎo)，而其他神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)質(zhì)則對(duì)谷氨酸誘導(dǎo)的活動(dòng)產(chǎn)生增強(qiáng)或減弱作用。這些發(fā)現(xiàn)與上文描述的 ZPF 機(jī)制相容，并支持大腦中可能發(fā)生谷氨酸—ZPF 共振耦合，從而導(dǎo)致谷氨酸池宏觀量子相干的理論。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">從物理學(xué)角度看，穩(wěn)定的宏觀組織模式對(duì)應(yīng)最低能量狀態(tài)，而這種狀態(tài)由自發(fā)對(duì)稱性破缺產(chǎn)生?；谶@些早期較為一般的思想，后續(xù)研究進(jìn)一步探討對(duì)稱性破缺背后的機(jī)制，提示系統(tǒng)中宏觀有序狀態(tài)的形成可歸因于系統(tǒng)成分與電磁場(chǎng)無處不在的真空漲落之間的相互作用。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">然而，在這些研究中仍然存在幾個(gè)懸而未決的問題：大腦中哪些成分對(duì) ZPF 耦合起決定作用？相變?nèi)绾伪粏?dòng)？SOC 背后的具體調(diào)控機(jī)制是什么？基于 QED 的模型計(jì)算，正是為闡明這些細(xì)節(jié)提供幫助，并使我們能更深入理解大腦宏觀有序現(xiàn)象中的組織原理。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">越來越多證據(jù)提示，SOC 這一意識(shí)過程的關(guān)鍵神經(jīng)生理學(xué)特征，可能基于大腦與 ZPF 的相互作用。ZPF 在神經(jīng)元放電率穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和 E-I 平衡精細(xì)調(diào)諧中發(fā)揮工具性作用。相比之下，無意識(shí)腦活動(dòng)的標(biāo)志，例如麻醉誘導(dǎo)的無意識(shí)，是顯著偏離臨界動(dòng)力學(xué)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">麻醉劑可通過多種途徑發(fā)揮作用，包括配體門控離子通道、電壓門控離子通道，以及微管（microtubules, MTs）。微管是細(xì)胞骨架的重要組成部分。大量研究聚焦于配體門控離子通道，因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為可能是麻醉作用的主要靶點(diǎn)。研究顯示，揮發(fā)性麻醉劑會(huì)增強(qiáng) GABAA 受體介導(dǎo)的抑制性突觸傳遞，并抑制 NMDA 受體介導(dǎo)的興奮性突觸傳遞。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">抑制性通路已有大量研究。研究表明，麻醉劑結(jié)合于 GABAA 受體跨膜結(jié)構(gòu)域，引發(fā)跨膜蛋白構(gòu)象變化，并誘導(dǎo)通道激活。模型計(jì)算也顯示，麻醉劑與通道蛋白結(jié)合會(huì)改變門控運(yùn)動(dòng)，并影響離子通道電導(dǎo)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">基于這些發(fā)現(xiàn)，麻醉劑作用方式可以解釋為：它們改變 GABAA 受體和 NMDA 受體介導(dǎo)的突觸傳遞，從而擾亂精細(xì)調(diào)諧的 E-I 平衡。這會(huì)損害同步活動(dòng)模式的建立和維持，并導(dǎo)致臨界行為偏離。在這種改變后的條件下，ZPF 的協(xié)調(diào)功能受到損害，因?yàn)樗鼰o法恰當(dāng)?shù)赝瓿烧{(diào)節(jié)神經(jīng)元放電率和編排神經(jīng)元雪崩的核心作用。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">此外，實(shí)驗(yàn)提示，除了影響離子通道外，某些類型全身麻醉劑還會(huì)靶向微管，而微管去穩(wěn)定化是麻醉的一個(gè)貢獻(xiàn)因素。一項(xiàng)近期研究支持這一觀點(diǎn)，顯示麻醉氣體異氟烷與微管結(jié)合會(huì)促成大鼠無意識(shí)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">微管在維持突觸功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因?yàn)樗鼈兛刂仆挥|模塊的補(bǔ)充。更具體地說，微管是突觸成分運(yùn)輸?shù)闹饕Y(jié)構(gòu)，例如突觸囊泡前體（synaptic vesicle precursors, SVPs）沿微管運(yùn)輸。這意味著，微管動(dòng)力學(xué)受擾會(huì)顯著減少 SVPs 對(duì)突觸的供應(yīng)。這可以解釋為什么麻醉誘導(dǎo)的微管功能受損，會(huì)影響突觸中的谷氨酸釋放，從而阻止相變啟動(dòng)和臨界狀態(tài)建立。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">至于麻醉劑具體作用機(jī)制，長(zhǎng)期以來已有假說認(rèn)為，微管中的宏觀量子相干可能對(duì)意識(shí)狀態(tài)形成至關(guān)重要。該假說構(gòu)成 Orch OR 理論的支柱。根據(jù) Orch OR 理論，意識(shí)事件與神經(jīng)元微管中被編排的量子過程有關(guān)；近期這一方向也再次受到關(guān)注。該理論假定，麻醉氣體與微管蛋白亞基 tubulin 結(jié)合，會(huì)抑制集體模式即量子偶極振動(dòng)的形成，從而破壞宏觀量子相干。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) tubulin 芳香族氨基酸的π電子云呈現(xiàn)特征性集體振蕩，而麻醉劑會(huì)誘導(dǎo)這些特征頻率發(fā)生移動(dòng)，這為該思路提供一定支持。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">微管對(duì)于維持意識(shí)的重要性，與這樣一種觀點(diǎn)相契合：指示意識(shí)狀態(tài)的同步神經(jīng)活動(dòng)模式，源自一個(gè)由 ZPF 驅(qū)動(dòng)的自下而上編排過程。前文所述，該過程包括被點(diǎn)燃微柱中的谷氨酸—ZPF 耦合、主導(dǎo) ZPF 模式的放大并最終形成 ICMF、基于 ICMF 的放電率調(diào)節(jié)，以及同步動(dòng)作電位的受控傳播。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">可以合理推測(cè)，這一過程還會(huì)向下延伸至微管層面：負(fù)責(zé)將谷氨酸正確運(yùn)輸至突觸囊泡的微管，其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可能也受到微管成分與 ZPF 耦合的支配。為了支撐這一觀點(diǎn)，有必要更仔細(xì)考察 MT-ZPF 相互作用，利用模型計(jì)算研究耦合 MT-ZPF 系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征，并探索微管中是否存在具有功能意義、由 ZPF 介導(dǎo)的宏觀量子效應(yīng)。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">除此之外，還需要建立一個(gè)更詳細(xì)的電壓門控離子通道物理模型，以描述微波如何調(diào)制離子流、調(diào)節(jié)神經(jīng)元放電率并實(shí)現(xiàn) E-I 平衡。具備這樣的模型后，就可以推導(dǎo)出進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)策略，用以檢驗(yàn)假定的 ICMF 基礎(chǔ) SOC 機(jī)制。</p> <a href="https://mp.weixin.qq.com/s/6LJCRG_bCVsMKyv9YtA8Eg" >查看原文</a> 原文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào),著作權(quán)歸作者所有