科学家在一篇新文章中表示，思想是通过数百万个神经元的节律性和空间协调活动在大脑中生成和调节的。要了解认知及其障碍，就必须在该层面进行研究。关键是在于理解屏幕上视频的完整内容。根据麻省理工学院神经科学家的一组专家，认知是大脑中一个类似的涌现特性，只能通过观察数百万个细胞的协调行动来理解。在最近的一篇文章中，他们提出了一个框架，用于理解思想如何源于神经活动的协调，这种活动由振荡电场驱动，通常被称为大脑“波”或“节律”。
皮考尔教授厄尔·米勒及研究科学家表示，之前被认为只是神经活动副产品的大脑节律实际上对于组织神经活动至关重要。作者斯科特·布林卡特和杰佛逊·罗伊在《行为科学当前观点》中写道，神经科学家通过研究单个脑细胞及其连接，以及它们是否以及何时发出冲动，获得了宝贵的知识。然而，他们也强调了在大脑节律规模下承认和应用新概念的重要性，这可以涵盖单个或多个脑区域。
高级作者米勒是皮考尔学习与记忆研究所及大脑系的教职工，他表示：“脉冲和解剖学很重要，但大脑中绝不仅仅是这些。”麻省理工学院的认知科学系强调理解高级认知功能及其在精神分裂症、癫痫和帕金森等疾病中的干扰的重要性。他们认为，解释和介入这些干扰将对开发有效治疗至关重要。
“思想的涌现与单个神经元的尺度和许多细胞的协调密切相关，”研究人员解释道。他们强调电场在连接这两个尺度中的作用，称为“电耦合”。这个过程涉及到神经元活动产生的电场影响附近神经元的电压，从而在它们之间创造同步。因此，电场不仅反映神经活动，还影响它。在2022年的一篇论文中，米勒及其团队通过实验和计算机建模演示了信息如何在这些电场中被表示。由神经元电场组成的集合所传递的信息比单个细胞的脉冲载体的数据更可靠。在2023年，米勒的实验室提供了证据，表明节律电场能够在不同脑区域之间同步记忆。在更广泛的范围内，这些电场负责在脑区域之间传递信息。米勒的实验室进行了多项研究，表明“β”波段的低频节律起源于大脑皮层的较深层，并似乎控制较表层的快速频率“γ”节律的强度。这表明电场在协调大脑活动中发挥了关键作用。实验室对参与工作记忆游戏的动物大脑中的神经活动进行了研究。结果表明，β波节律负责发送“自上而下”信号，以调节γ波节律的时机和位置，后者编码动物在游戏中需要记住的诸如图像等感觉信息。
实验室的最新发现表明，β波节律控制着皮层特定区域的认知过程，基本上充当编码感觉信息为记忆或检索的时机和位置的模板。米勒称这个理论为“空间计算”，它表明β波节律可以建立认知过程的空间组织。研究发现，尽管特定信息可能会变化，例如组合锁中的数字，但任务的一般规则仍然相同，例如打开组合锁所需的步骤。这种结构允许神经元同时编码多种类型的信息，这是一种称为“混合选择性”的神经属性。例如，一个编码锁组合中数字的神经元也可以根据其在大脑中的位置分配到解锁过程中的特定步骤。在米勒和布林的最新研究中，凯特和罗伊提出了另一个与认知控制依赖于大规模协调节律活动组合的概念一致的好处：“子空间编码”。这个理论建议大脑节律组织可能发生的众多潜在结果，例如，当1,000个神经元参与独立脉冲活动时。由于神经元的协调，而非独立性，实际上发生的“子空间”活动的数量远远少于许多组合可能性。这可以与鸟群的协调运动相比，其中神经元的脉冲类似于它们的同步运动。大脑节律的各种相位和频率在这一过程中发挥作用。
协调对于大脑的有效功能是至关重要的。这可能涉及到调整神经活动以增强其影响，或抵消它以防止干扰。例如，当需要记住一条感官信息时，代表该信息的神经活动可以在感知新感官信息时免受干扰。
“因此，将神经反应组织成子空间可以同时分离和整合信息，”作者解释道。
根据作者的说法，大脑节律协调和组织信息处理的能力使得功能性认知能够在该层面上发生。因此，理解大脑中的认知需要进行研究。研究的作者强调分析单个神经元和突触在理解大脑中的重要性，但也强调了结合研究这些组件以全面理解大脑复杂性的重要性。他们强调需要识别、研究并关联这些组件的涌现特性。
