健康教育网新泽西州蒙特克莱尔-意识是大脑最神秘的谜团之一。受热力学启发的一种新理论，从高层次的角度探讨了大脑中神经网络如何瞬时组织以产生记忆，思想和意识。
意识的关键是能量的潮起潮落：当神经元功能性地结合在一起以支持信息处理时，它们的活动模式便像海浪一样同步。这个过程固有地受热力学原理的指导，就像看不见的手一样，它促进了有助于意识意识的神经联系。此过程中的中断会破坏神经网络之间的通信，从而引起神经系统疾病，例如癫痫，自闭症或精神分裂症。
研究作者Jose L博士说，通过使用热力学原理，例如能量梯度，耗散和达到平衡的方法，我们有一种方法可以开始理解或表征“心理事物如何发生”以及它们有时会朝着神经病理状态的偏离。佩雷斯·贝拉斯克斯（Perez Velazquez）隶属于新泽西州蒙特克莱尔的罗宁学院。
该结果由Novela Neurotech资助，已发表在开放式期刊《神经科学前沿》（关于脑组织的简单总则）上。
能态作为指导原则
长期以来，科学家一直认为意识是由广泛分布在大脑中的神经元之间的协调活动引起的。一种框架，即“全球工作空间理论”，假设某些大脑区域在大量连接的大脑区域上跨时空整合信息，从而产生可在全球范围内用于各种过程（如记忆，注意力和语言）的数据。另一个假设是“集成信息理论”，它认为意识是高度相互连接的大脑的结果，大脑的程度可以量化。
尽管进行了数十年的研究，但这些理论并未直接解决更棘手的问题：指导这些联系的原理是什么，以便在大脑中产生意识？随着越来越多的工作专注于与锁定的患者进行交流并确定智能机器中的意识，对指导大脑组织的生物学原理的追求变得越来越重要。
这项新作品结合了经典物理学，特别是一些热力学定律，以及现代的神经活动记录，以描绘一个关于自由能变化（系统内部可用能量的量）如何帮助暂时同步神经活动的一般框架。网络。
在有意识状态下，大脑必须主动整合和隔离来自不同感官的信息，因此比无意识时消耗更多的能量。利用清醒，睡眠，昏迷和癫痫发作期间人类参与者的可用神经记录-每个被认为是大脑的“宏观状态”-研究小组发现，意识状态下的熵高于无意识状态下的熵。作为一个概念，可以用许多特定的方式来解释和测量熵。在此，熵与同步或“连接”的大脑网络的配置数量相关。
Perez Velazquez及其同事说：“随着更多神经元的连接，能量被消散了。”使用热力学方程式的模型表明，健康状态和意识状态具有更大的耗散趋势。
但是，这不只是大脑中有多少自由能。
每个宏状态都由多个可配置的微状态组成。在有意识的认知过程中，大脑拥有最佳数量的连接神经网络，并且还有更多的微状态来支持认知。相比之下，在癫痫等无意识状态下，存在太多相互连接的神经网络，从而导致较少的微状态-因此，较低的熵和较高的自由能会导致大脑出现故障。
这组作者说：“保持健康的大脑状态并不关乎大脑中能量的总量，而在于能量的组织方式。”
脑组织的一般原理
在一起，通过晶状体能量梯度和耗散来观察大脑的组织，就形成了一种理论-或暂时地是一个“原理”-可以将健康，有意识的大脑状态与无意识的大脑状态区分开。因此，研究小组认为，他们的方法可用于进一步阐明当意识丧失（例如某些癫痫发作）时发生的情况。
利用该原理，研究小组对正常的大脑活动如何转变为异常状态提供了解释。当神经元过度活跃时，这会导致同步性高于正常水平，持续时间太长或到达大脑的广泛区域。换句话说，大脑会处于过于稳定的状态。这个想法与先前关于意识的解释是一致的，在《大脑与行为连续体》一书中有详细介绍。理智与精神错乱之间的微妙过渡。
结果，大脑的熵降低，因此形成可变的大脑活动模式的能力降低。也就是说，它具有更少的微状态，导致更少的交互神经网络配置，这剥夺了大脑快速，灵活地适应外界的通常能力。在某些情况下，意识也会崩溃。
该小组现在已经进行了实验以检验该理论。阿根廷圣菲的MatémáticaAplicada del Litoral-CONICET-UNL研究所的Diego M. Mateos博士，以及法国巴黎的CNRS心理学实验室的Ramon Guevara Erra博士也为这项工作做出了贡献。
这项工作是由Novela Neurotech资助的一个项目，Novela Neurotech是一家大脑接口公司，总部位于加利福尼亚州阿拉米达，致力于解决癫痫症，并有兴趣揭示意识背后的神经生物学机制。
“ Novela致力于与神经科学研究团体合作，阐明持久的意识之谜。如果要治疗和治疗神经精神疾病，我们必须学习大脑的运作方式，” Novela Neurotech首席执行官Ray Iskander说。
