最近的一项研究调查了大脑如何触发自发性动作。这项研究表明，自发性动作可以在没有任何外部刺激的情况下发生，同时也揭示了在运动开始之前，神经活动逐渐增加的现象。这种现象是众所周知的，但尚未完全理解。
这项研究本周在《自然通讯》上发表，由杰克·加文纳斯博士领导，他在查普曼大学脑研究所担任博士生期间进行此项研究。他得到了两位教员乌里·毛兹和阿伦·舒尔格的协助。该研究聚焦于大脑如何发起自发性动作。除了强调这些动作如何可以独立于环境线索产生外，研究结果还有助于理解运动开始之前神经活动逐渐积累的过程——这一现象经常被观察到，但并没有全面解释。
在这项研究中，加文纳斯及其同事试图回答这个问题。他们使用简单的神经网络模型模拟自发活动，并将这些模拟与人类在自发移动时的脑皮层内记录进行比较。结果揭示了一个有趣的见解：一组快速波动的神经元可以在群体水平上集体产生非常缓慢的波动。
举例来说，想象一下站在高台跳水板上，努力鼓起勇气跳下去。没有外部线索促使你跳跃；这个选择是由内心驱动的。最终，你感觉自己决定要跳，然后你就跳了。在这个过程中，你大脑的运动皮层发出电信号，协调全身的肌肉收缩，使你能够奔跑和跳跃。但这些信号起源于大脑的哪里，以及它们如何与你的意识决定运动相连接？
自20世纪60年代以来，神经科学家们注意到大脑活动在自发性自愿动作发生前约1-2秒开始增加。许多人认为，这种运动前的上升表明大脑在为行动做好准备，随后进行潜意识的决策。然而，尽管进行了大量的研究，这种活动逐渐增加的源头似乎仍然颇为神秘。这导致神经科学家和哲学家之间发生了关于自由意志和意识控制的辩论：如果大脑在你意识到的决策之前2秒（在某些研究中更长时间）就准备要移动，那是否意味着你的行动在很大程度上是预定的，而你并未意识到？因此，弄清楚这种活动上升的神经源是神经科学中的一个重要问题。
一些神经科学家，如毛兹和舒尔格，质疑在行动之前几秒钟是否存在潜意识信息的观点。特别是，舒尔格在2012年提出，大脑活动的逐渐增加是更广泛机制的一部分，在这个机制中，运动皮层的缓慢波动必须达到某个阈值才能触发运动。如果这些缓慢波动决定了此阈值何时被超越，那么检查运动的开始将自然揭示出此前的缓慢上升，即使这种上升不是由于早期的潜意识决策。在这里，关键时刻不是缓慢上升开始的时候，而是阈值被跨越的时候。然而，这种观点提出了一个重要问题：这些被称为1/f噪声的缓慢背景波动起源于何处，鉴于单个神经元的活动通常更为不稳定？
加文纳斯的研究首次解释了这些缓慢背景波动从神经网络中出现的原因，其中没有单个神经元在如此长的时间尺度上运作。因此，这些缓慢波动可能在被认为启动运动的阈值跨越事件中发挥了一定作用，这与自发性动作之前观察到的缓慢上升相关，甚至可能更广泛。加文纳斯提到：“我们发现在其他自发行为之前也有类似的缓慢上升信号，比如产生创造性想法或回忆过去经历。一个类似的机制可能在这些经历中起作用，但进一步的研究将澄清这一点。”
总之，这项研究是开创性的，因为它提供了一个可能的解释，说明群体水平神经活动中缓慢自发波动的源头，这是神经系统中的普遍现象。此外，正如毛兹所指出的，“这突显了研究人员倾向于将我们的发现解释为揭示因果机制，而实际上它们很可能只是指示出相关性。”
