开篇：如果你想知道自由意志是个啥，下面这部美剧值得一看

    我们对自由意志的知觉是由行动的欲望(意志，volition)和对行动的责任感(动力，agency)构成的。脑损伤会破坏这些心理过程，但我们仍不清楚具体哪些脑区对自由意志的知觉起最重要的作用。美国纳什维尔范德比尔特大学医学中心神经内科的Darby 等人在PNAS发文阐述了他们对此进行的研究。他们研究了破坏意志，引起无动性缄默（n = 28）；或者破坏动力，引起异己肢综合征（n = 50）的局灶性脑损伤病例，以更好地在人脑中定位这些心理过程。引起任一症状的损伤位置是非常异质性的，发生在各个不同的大脑位置。接下来，他们使用已验证的损伤网络映射（lesion network mapping）技术来确定这些不同的损伤位置是否定位于特定的脑网络。

    研究者将导致无动性缄默的脑损伤定位于一个与前扣带回皮层连接的脑网络；将导致异己肢的损伤定位于一个与楔前叶连接的脑网络。与造成类似生理损伤但没有自由意志障碍的脑损伤相比，这两项发现都是只针对上述综合征的。最后，上述基于损伤的定位与破坏意志的大脑刺激的网络映射以及没有明显脑损伤却患有自由意志精神障碍的病人的神经影像异常非常匹配。总的来说，该研究的结果表明，导致意志和动力紊乱的不同位置的损伤共同定位于特殊的大脑网络，这些发现有助于洞察自由意志知觉的神经解剖学基础。

    在漫长的哲学领域，Benjamin Libet的实验引发了关于自由意志是否存在或仅是一个幻觉的争论。这场辩论仍未解决，但大多数研究者都同意，我们认识到我们的行动是自由意志的。最近的研究集中于理解这一观念，并将其分为两个过程：行动的意图或动机，即意志，以及对一个人行动的责任感，即动力。

    许多方法已经被用来识别涉及意志或动力感知的大脑区域。例如，对某些脑区的直接电刺激，而不刺激其他区域，可以改变自由意志知觉，而非侵入性大脑刺激可以调节动力和意志的实验测量指标。功能性神经影像学可以识别正常被试中与意志或动力相关的大脑活动区域，或者识别患有“自由意志障碍”，例如功能性运动障碍，精神障碍性非癫痫发作（PNES），或紧张症的病人中，意志或动力活动异常的大脑区域。最后，特定脑部损伤的患者，经历了意志和动力的严重损伤。例如，患有无动性缄默的病人缺乏动或说的动机，而患有异己肢综合症的病人觉得他们的运动是由他人产生的。这些脑损伤引起的综合征通常分别被用作破坏意志和动力的范例。

     尽管进行了这些研究，加工意志和动力的脑区定位仍然不清楚。对一些不同的脑区进行刺激，都报告了自由意志知觉的改变。并且在不同的研究中，自由意志知觉的神经影像关联非常不同。即使是通常被认为神经解剖学定位黄金标准的局灶性脑损伤，也可能发生在多个不同的大脑位置却引起意志或动力方面的相似性破坏。

    脑损伤网络映射（图1）可识别功能上连接到损伤部位的区域，即使损伤发生在不同的大脑位置，也可以定位症状。例如，导致幻视的损伤属于与外部视觉皮层相连的单个脑网络，引起疼痛的损伤属于与后岛叶连接的一个网络，导致失语症的损伤属于与左侧内额下回连接的一个网络。在已发表文章中这一方法可以深入了解复杂但还不明了的神经精神病综合征，如异常运动，妄想，意识丧失和犯罪行为。类似的方法已应用于不同位置的脑刺激定位，可缓解类似症状。

    在这里，我们使用这一网络映射方法来确定自由意志知觉失调的神经解剖学基质。首先，我们检验引起无动性缄默和异己肢症状的不同大脑位置的损伤是否是功能上相连接的同一脑网络的一部分。其次，通过将我们的结果与这些导致类似躯体症状、但意志和动力感知完整的损伤的结果进行比较，来检验特异性。最后，我们还检验了，基于局灶性脑损伤的意志和动力的定位是否与改变自由意志知觉的脑刺激位点和自由意志知觉失调的精神病患者的神经影像异常相一致。

结果

意志失调的损伤网络映射。我们确定了28例损伤导致意志运动能力障碍的病人，导致无动性缄默或意志力丧失的损伤（SI附录，表S1）。将损伤绘制到标准脑图谱上（图2A和附录SI，图S1）。损伤位置是异质性的，包括前扣带皮层（ACC）（21％的病例），苍白球（29％），丘脑（25％），尾状核（18％）和脑干（11％）。

    接下来，我们进行了损伤网络映射，以确定这些损伤位置是否是共同脑网络的一部分。使用来自正常受试者的静息态功能连接的大型数据库（n = 1000），识别了功能上连接到每个损伤位置的脑区。确定了与每个损伤位置有着显著正相关或负相关的大脑区域（图1B）。然后，将这些损伤网络图进行阈值处理，T≥5 [对应于全脑体素FWE校正，P <0.05]，二值化并叠加以识别连接到由意志失调所引起的所有或大多数损伤的显著脑区（图1C）。虽然损伤发生在不同的位置，但所有28个损伤（100％）都是由ACC的功能连接所定义的单个脑网络的一部分（图2B和SI附录，表S2）。

    为了评估特异性，我们将患有无动性缄默/意志力丧失的病人的损伤连接与轻偏瘫病人的损伤连接进行了比较。偏瘫病人的瘫痪侧也不能自发开始运动；然而，与无动性缄默或意志力丧失的病人相比，偏瘫患者还有运动的冲动和动机（即完整的意志）。我们确定了25例引起偏瘫的损伤，如上所述，进行了损伤网络映射（SI附录，图2），并将结果与这些破坏意志的损伤进行统计学比较。与引起偏瘫的损伤相比，引起意志失调的损伤显著地更多与ACC相关（图2C和SI附录，表S3）。

    为了说明破坏意志的损伤位置是常见脑网络的一部分，我们计算了与前扣带回峰值网络重叠位点的功能连接[图 2D，MNI坐标x = 2，y = 18，z = 32]，其定义了一个空间网络，包含破坏意志的损伤部位（图2E）。

    动力失调的损伤网络映射。我们确定了50例引起不自主运动的脑损伤病例，患者声称他们不是产生这些运动的原因，即一种称为异己肢体的临床症状（SI附录，图S3和表S1）。同样，损伤位置是不同，包括内侧额叶皮质（24％），胼胝体（22％），顶叶（36％）和丘脑（8％）（图3A）。虽然损伤本身在空间上是不同的，但损伤网络图谱显示50个病灶中的45个（90％）属于由到楔前叶皮质的功能连接所定义的单个脑网络（图3B和SI附录，表S2）。

    为了评估特异性，我们比较了引起异己肢体的损伤和引起偏侧舞蹈症的损伤（SI附录，图S2）。在偏侧舞蹈症中，患者也有不自主运动，类似于异己肢体患者；然而，偏侧舞蹈症的患者仍是产生这些运动的原因（即完整的动力）。我们发现，与偏侧舞蹈症相比，与楔前叶区域的连接特异于引起异己肢的损伤（图3C和SI附录，表S3）。

    为了便于说明，我们计算了在楔前叶的峰值网络重叠位点的功能连接（图3D，MNI坐标x = 10，y = -40，z = 50），它定义了一个包含动力紊乱的损伤部位的空间网络（图3E）。

    改变自由意志知觉的脑刺激位点的网络映射。为了检验来自局灶性脑损伤的结果是否与先前脑刺激研究的结果一致，基于系统的文献检索，我们确定了16个改变自由意志知觉的刺激部位[10个直接电刺激点和6个经颅磁刺激（TMS））点； 附表SI，表S4]。我们还从这些研究中确定了17个没有改变自由意志知觉的对照刺激点（11个直接神经外科刺激位点和6个TMS位点）。与脑损伤相似，改变自由意志的刺激位点跨多个不同的大脑部位（图4A）。然而，这些刺激部位的15/16（94％）是功能上共同连接的脑网络的一部分，几乎与我们从局灶性脑损伤得到的意志和动力的网络完全重合（图4B）。与不改变自由意志知觉的刺激位点相比，这种连接模式对于改变自由意志知觉的刺激位点是特异性的（图4C）。最后，与不损坏自由意志的刺激位点相比，改变自由意志的刺激位点与我们源于病灶的意志（图2D）和动力感兴趣区域（图3D）显著地连接更多。

    自由意志知觉精神障碍的神经影像异常的网络映射。接下来，我们测试了基于局灶性脑损伤的意志和动力的定位，是否与自由意志的精神疾病，例如运动性紊乱，PNES或紧张症，存在相关。虽然这些患者没有局灶性脑损伤，但神经影像学研究报告，在这些失调的病人组中发现了灶状萎缩或功能下降的区域（运动转换，n = 6；紧张症，n = 4；PNES，n = 3；附录SI，表S5）。把每个研究中的神经影像坐标作为“损伤”，我们重复进行了与损伤位置相同的分析（图5A）。来自85％的研究中的神经影像坐标在功能上与一个共同的脑网络连接，该网络与我们来自局灶性脑损伤的网络很一致（图5B）。与没有自由意志知觉紊乱的病人的神经影像异常相比较，这一连接特异于自由意志知觉紊乱的精神病患者的神经影像异常（阿尔茨海默氏病，n = 31，图5C）。与没有自由意志知觉障碍的病人的神经影像异常相比较，自由意志精神疾病的神经影像异常与我们的源于损伤的意志兴趣区（图2D）和动力兴趣区（图3D）显著得连接更多。

    总结：自由意志包括行动的意愿（意志）和对该行动的一种责任感（动力），但负责这些过程的大脑区域仍然未知。我们发现，破坏自由意志知觉的损伤发生在不同的位置，却定位于共同的大脑网络。具体而言，破坏意志的脑损伤，引起运动静默症或意志力丧失，是由到前扣带的连接所定义的大脑网络的一部分。 破坏动力的脑损伤，引起异己肢，是由到楔前叶的连接所定义的大脑网络的一部分。我们基于脑损伤的意志和动力的定位，和破坏自由意志知觉的大脑刺激位点，以及自由意志知觉失调的精神病人的神经影像异常，很一致。总之，这些网络可能构成了我们对自由意志知觉的基础，这一发现对这些过程受损的神经精神疾病可能产生影响。

图1. 损伤网络映射技术。

（A）三个引起无动性缄默或意志丧失（意志失调）的代表性损伤。

（B）功能上和每个损伤位置连接的区域网络，其中损伤位置源于一个大的静息态功能连接数据集（n = 1000）。（

 （C）损伤网络重叠图，显示了连接所有或大部分损伤位置的区域。

图2. 意志失调的损伤网络映射。

（A）五个引起运动性缄默的代表性损伤（总共28个），表明了损伤位置的异质性。

（B）功能上连接到每个脑体素的损伤部位的百分比。

（C）t检验，比较了引起无动性缄默的损伤和引起偏瘫的损伤的功能连接（voxel-wise few-corrected，小体素校正，P<0.05）。

（D）前扣带回的兴趣区，以损伤网络峰值位点为中心和B叠加。

（E）这一兴趣区的功能连接，该区域定义了一个大脑网络（蓝色），包含破坏意志的不同损伤位置（红色）。

图3. 动力失调的损伤网络映射。

（A）五个引起异己肢综合征的代表性损伤（共50个），表明了损伤部位的异质性。

（B）功能上和每个脑体素连接的损伤部位的百分比。

（C）t检验，比较了引起异己肢的损伤与引起偏侧舞蹈症的损伤的功能连接（小体素校正，P <0.05）。

（D）楔前叶的兴趣区，以损伤网络峰值位点为中心，和B叠加。

（E）这一兴趣区的功能连接，该区域定义了一个大脑网络（蓝色），包含破坏动力的不同损伤位置（红色）。

图4. 改变自由意志知觉的刺激位置的网络映射。

（A）四个改变了自由意识感知的代表性脑刺激位点（总共16个），表明了刺激位置的异质性。

（B）功能上和每个脑体素连接的改变自由意志知觉的刺激位点的百分比。（C）t检验，比较了改变和不改变自由意志知觉的刺激位点的连接。B和C中的结果覆盖在由源自局灶性脑损伤的意志和动力的兴趣区（ROI）组合（蓝色）相连接的体素网络上。

图5. 自由意志知觉的精神疾病中神经影像异常的网络映射。

（A）来自五个代表性神经影像学研究的坐标（共13项），这些研究报告了自由意志知觉精神障碍的患者的异常情况。

（B）研究的百分比，研究的坐标在功能上与每个脑体素相连接。

（C）t检验，比较了来自自由意志精神疾病的坐标和与自由意志的异常无关的对照障碍的坐标的连接。B和C中的结果覆盖在了由源自局灶性脑损伤的意志和动力兴趣区组合（蓝色）相连接的体素图上。

前不久，此文章team还发了一篇脑损伤相关段文章，请点击阅览：

犯罪行为的脑损伤网络定位

Darby, R. R.,Joutsa, J., Burke, M. J., & Fox, M. D. (2018). Lesion network localizationof free will. Proceedings of the National Academy of Sciences,20181411

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