鲁宾花瓶（Rubin's vase）作为经典的视错觉图像，展示了大脑在白色花瓶与黑色侧脸之间交替感知的现象。这一现象引出了神经科学的核心问题：在视觉输入不变的情况下，大脑如何筛选并产生不同的意识体验？这种感知切换究竟发生在何处、以何种机制进行？
自上世纪90年代诺贝尔奖得主弗朗西斯·克里克（Francis Crick）推动寻找意识的神经对应物以来，学界主要通过“双眼竞争”实验来分离意识信号。关于意识信号的定位，形成了两大阵营：一方认为意识依赖以前额叶为核心的全局广播网络，另一方则主张大脑后部感觉皮层足以产生意识。
2025年，《自然》杂志发表了一项大规模联合研究，试图裁决这场争论。然而结果显示，后部皮层缺乏预期的持续同步活动，前额叶也仅能解码部分意识内容，双方的核心预测均未得到充分支持。
当地时间10月16日，加州大学伯克利分校神经科学家曹颖（Doris Tsao）团队在预印本平台bioRxiv发布最新论文，从时间维度为意识机制提供了全新解释。
颠覆认知：意识信号藏在时间轴里
曹颖团队在猕猴实验中发现，即便画面和主观感知保持稳定，大脑中同一群神经元也会以每秒约15次的频率，在“有意识”和“无意识”表征之间快速切换。研究者长期寻找的纯粹意识信号，就隐藏在这其中一半的时间片段里。
曹颖指出，这项工作颠覆了数十年来对意识生物学基础的认知。此前的研究多致力于在大脑空间地图上定位意识，而新发现提示，答案可能更多写在时间轴上。
（来源：X@doristsao）
从面孔识别到意识悖论
曹颖此次突破建立在深厚的研究基础之上。她本科就读于加州理工学院，2002年获哈佛大学神经科学博士学位。2024年，因发现猕猴脑中的面孔斑块系统并破解面孔神经编码，她与温里希·弗莱瓦尔德等人共同获得卡弗里神经科学奖。
近年来，曹颖转向意识研究。2020年，她与亚尼斯·黑塞（Janis Hesse）通过无报告范式的双眼竞争研究发现，下颞叶皮层的面孔细胞虽随意识感知变化，但在单次试验中，无论动物是否意识到图像，其神经信号均可被解码。
这一发现留下了一个困扰学界近十年的悖论：传统观点认为前脑存在纯粹的意识表征，但实际记录显示，各脑区信号与意识的关联均较弱。研究人员意识到，过去观察到的“弱信号”可能是由于平均化处理掩盖了真实的动态变化。
（来源：UC Berkeley）
捕捉毫秒级的意识切换
新研究采用双眼闪光抑制方法，利用神经像素探针同时记录恒河猴下颞叶和前额叶数百个神经元的放电情况，并以10毫秒为单位逐段分析神经群体活动。
结果出乎意料：在画面和感知稳定时，神经元群体每隔约60毫秒就会在表征“看见的脸”和“没看见的脸”之间切换。研究将这两类时段分别定义为“意识微时段”和“抑制微时段”。
数据显示，在“意识微时段”，神经元对感知的区分强度几乎恢复至图像单独呈现时的水平；而在“抑制微时段”则相反。这表明，过去观测到的微弱信号，实则是两段方向相反的强信号相互抵消的结果。
更关键的是，研究未发现专管意识或无意识的特定细胞群。同一批面孔细胞会先后按两张脸的特征放电：利用“意识微时段”的活动可重建猴子看见的脸，利用“抑制微时段”的活动则可重建其未看见的脸。
（来源：bioRxiv）
时间维度的关键启示
这项研究动摇了“意识信号稳定存在于特定脑区”的传统前提。由于人脑成像时间精度较粗，过往实验难以捕捉每60毫秒一次的快速切换，导致误判信号位置。
既然同一群神经元轮流表征不同图像，大脑如何区分感知？数据显示，两种状态的区别不在于放电强度——无感知时整体放电甚至略强——而在于神经元对面孔变化的敏感度。“意识微时段”反应更剧烈，“抑制微时段”则较为平缓。
关于切换机制，作者推测可能源于视觉皮层内部相互作用，或受顶叶、丘脑等脑区调控。此外，不同脑区的切换节奏关联微弱，这引发了新的疑问：如果各脑区各自切换，统一的感知如何形成？这仍是待解之谜。
无意识信息的潜在影响
曹颖强调，最令她兴奋的是大脑在“抑制微时段”仍保存着完整清晰的未见面孔信息。这与心理学发现相呼应：即使受试者未察觉恐惧面孔，杏仁核仍有反应。若大脑始终保留这些“未见之物”的完整内容，它们潜移默化地影响判断、注意和情绪便不足为奇。
作者推测，大脑可能在后台利用无意识时间检验其他解读，而不干扰当前行为；有意识时间则用于执行言语、反思和行动。这种分时段处理不同信息的机制在大脑中并不罕见，可能是大脑的一种通用策略。
目前该研究仍处于预印本阶段，数据来自两只猕猴，结论的可推广性需进一步验证。团队计划公开原始数据和代码以供复核，并在未来通过大规模操控神经回路，证明意识与快速切换之间的因果关系。
曹颖表示，找到丰富表征“未意识内容”的信号，为揭开“神经活动如何进入意识”提供了关键切入点。
注：封面/首图由 AI 辅助生成