解释大脑如何工作:一个新理论

人类是如何以及为什么以我们的方式思考和行动的?为了回答这个问题，保罗·巴德考克博士和他的同事最近提出了一个关于人类大脑的理论，该理论结合了来自进化和发展心理学、神经科学和生物学的证据。该理论认为，人类的大脑是一个复杂的适应系统，由相对专门和领域一般的结构组成，它们协同工作，产生对环境的适应反应。可以说，他们的层次机制思维(HMM)模型让我们更接近对大脑的全面理解。

对所有谜团——我们自己的大脑——的渴望一直是许多科学努力背后的驱动力，导致了旨在解释人类机制的理论和实验的发展。人类的思想、情感和行为根植于大脑，在大脑中，一个复杂的细胞网络接收来自内部和外部环境的信息，将这些信息转化为我们对自己、对周围世界的体验，以及我们与它的关系。不用说，这是如何发生的仍在探索中。

相对于以前，21世纪见证了我们对大脑理解的巨大进步。当然，研究仍在进行中，尽管现在比以往任何时候都更加普遍——将长期分裂的领域汇集在一起。在合成的前沿进展,跨学科研究,保罗博士领导的小组Badcock最近提出了一个模型的大脑把主要的范式从心理学、神经科学和生物学来解释为什么以及如何思考和行动的方式。

他们的假设，被称为层次机械论思维(HMM)，结合了两个已经确立的观点。第一个观点是由巴德考克博士的同事卡尔·弗里斯顿教授提出的，他假设人类的大脑是一个分级的“预测机器”，它通过产生感知和行动的适应性循环来努力改善它对世界的模型，这些感知和行动协同运行，以减少我们对环境的不确定性。第二种观点基于Tinbergen在动物行为学上提出的著名的四个问题，提出为了理解人类的思想和行为，必须在心理科学的多个层次的分析中发展和测试假设。换句话说，试图解释心理特征的研究人员应该努力理解为什么一个特定的特征可能是适应性的，以及它是如何在进化、发展和实时机制过程之间的动态相互作用中出现的。

大脑连接的方式
HMM是基于这样一种思想:大脑是由具有不同功能的不同部件组成的，这些部件以分层、综合的方式交换信息。例如，大脑中有一部分负责处理感官刺激和控制特定类型的运动，而大脑的其他部分，如前额叶皮层，则整合并处理其他地方处理的信息，从而产生执行决策。更小、更专门的元素被封装到更大的元素中，以组合功能，在一种创建结构之间依赖关系的层次结构中发挥作用。这种结构的特点是两种类型的处理:在一个密集的、集中的神经区域内，短距离内发生的特殊功能处理;结合了在结构之间更长的距离发生的全局功能集成。换句话说，我们的思想、感觉和行动是由局部过程的复杂、远距离整合决定的，这些整合是由与执行不同功能的其他区域相连接的特殊细胞群创造的。

此架构的证据
大脑是由不同但相互协作的组成部分组成的这一观点早已得到认可，并得到了广泛的实证支持。总结神经成像数据结果的报告为脑域特异性和域一般过程之间的连续性提供了明确的支持，表明单个神经区域执行不同的功能，并在不同的环境中与不同的区域相互作用，这取决于手头任务的要求。进一步的研究表明，神经网络可以用节点和边的集合来表示，这些节点和边代表大脑结构及其连接。结构和功能连通性研究发现，每个大脑结构都与其他神经结构形成了一个不同的层次连接网络，这使得大脑能够优化局部、专门处理和整体大脑功能之间的微妙平衡。值得注意的是，动物研究也表明，分层结构是哺乳动物大脑的一个典型特征。

人类是如何以及为什么以我们的方式思考和行动的?

大脑的工作方式
支持这一脑结构的最有力证据来自神经科学中的预测编码方法，以及网络神经科学中基于图论的研究。这就从功能上解释了大脑的层次结构。更具体地说，预测编码范式提出，大脑是一台推理机，它试图通过减少预期和体验之间的差异来改善对世界的预测。根据这一观点，大脑确实包含了一个关于世界的假设层次，这些假设基于进化的命令和经验的、习得的观察，这些被认为是由专门的、深层锥体细胞编码的。大脑还包含有关预测错误的信息，这些信息是由表层锥体细胞编码的，它们被用来以自下而上的方式修正预期。下降预测和上升错误信号的相对影响是由它们的“精确度”微调的，“精确度”来自于认知过程，如注意力选择和感觉衰减，确保个体不会永远记录和回应他们收到的所有刺激。

大脑的起源
HMM所依据的进化系统理论认为，大脑是一个复杂的适应系统，在不同的时间尺度上，选择对人类表型的动态作用产生了影响。在进化过程中，在自然选择的影响下，占据皮层层次最底层的原始、高度专门化的区域出现了;表观遗传影响和文化进化塑造了几代人的神经动力学;神经形式和功能的个体差异是在发育过程中产生的;不同的认知和行为模式来自对不同环境做出灵活反应的神经机制。一方面，这意味着大脑由古老的、相对“特定领域”的区域组成，这些区域反映了自然选择造成的适应;另一方面，它包含了相对较新的、高度集成的或“领域通用”的网络，这些网络具有高度可塑性，对发展变化非常敏感，并允许我们了解不断变化的环境，并灵活地对其做出反应。通过这种方式，进化和发展共同作用，以完善我们对世界的神经认知预测，进而提高我们减少不确定性或惊喜的能力。

HMM和抑郁症

Badcock的团队将这个模型应用于抑郁症，首先将抑郁症视为一种适应性特征。

为了说明这一点，Badcock博士的团队将HMM应用于抑郁症，首先将我们对抑郁情绪的适应能力视为一种适应特征。尽管他们承认,抑郁症是一种异构条件所导致的一系列原因,他们建议轻度到中度水平的抑郁情绪,我们都体验不时可以大致描述为一种自适应特征发生在个人特别容易受到不良社会结果,例如拒绝、失败或损失。在这里，他们从满足Tinbergen的四个问题的广泛证据中得出结论，抑郁症反映了一种进化的、“规避风险”的策略，能够对有害的社会环境做出适应性反应
(例如，排除)，尽量减少不可预测的人际交往的可能性。它通过引起感知的适应性变化来实现这种进化功能，比如增加一个人对社会风险的敏感性，以及行为，比如社交退缩和求助。这里的基本观点是，抑郁症通过确保我们的行为方式吸引支持、避免冲突或不愉快的意外，减少了我们对社会世界的不确定性。正如HMM预测的那样，有大量的研究表明，这种抑郁状态是如何依赖于大脑中不同区域之间的层次互动的，其中许多区域负责处理社会威胁和奖励。

期待
尽管HMM是将现有知识整合为解释人类已知的最复杂系统的综合理论的一步，但它的发展才刚刚开始。这一理论的科学价值最终取决于它所产生的假设和证据。HMM的核心是需要开发可测试的假设，这些假设将跨越多种心理学分支学科的见解与从神经科学收集的理论和方法结合在一起。将这些跨学科的部门连接起来一直是一个挑战，但是Badcock博士和他的同事们希望他们的模型能奠定一个新的基础。