HIking Franconia Ridge Loop是一种恐吓的命题。在新罕布什尔州的白山国家森林中心，靠近9英里，海拔超过5000英尺的峰值。山脊连接了几个新罕布什尔州的最高峰，享有周围山脉的壮丽景色。山脊本身是一种衣衫褴褛的狭窄的路径，侧翼，高山苔原，带有低位灌木丛，几乎没有树木。
我的伴侣和我在最近的周日早上找到了自己在Franconia Trail上，我们的背包充满了Trail Mix，Sandwiches和Hot Tea，我们的思想准备接受艰苦的徒步旅行。我们进入了森林，发现了一条覆盖着山毛榉，桦树和枞树的一侧覆盖的路径。蕨类植物乱扔了森林地板，而苔藓覆盖着落在的树木，像短暂但截止的胡子。道路横跨溪流和瀑布扭曲。树根和巨石 - 有些像运动鞋一样小，其他人像汽车一样大而毫无震撼。路径似乎升入无穷大，就像彭罗斯楼梯一样。
徒步旅行是一个受欢迎的城市逃脱，在我们走路时，谈话转向了自然的力量。走过森林，爬山，看海浪：这些活动有千禧年唤醒了人类的东西。即使我们集体桶对自然破坏，人类似乎与它有一个天生的连接。当我们考虑灭绝的幅度和不可逆转时，这是一种加深的联系。但是这一联系的本质是什么？在散步穿过森林时，人类大脑发生了什么，观看篝火迷住的迷人或流中的快速的波纹？
作为一个神经科学家，我花了我的日子思考大脑如何协调行为和综合感知。我提出有关脑细胞如何允许我们体验世界并建立实验室实验来回答它们的问题。当我们爬上道路时，许多基本问题越过了我的思想。我们的双腿如何适应铺在铺砌的道路上争抢岩石？动物没有任何麻烦，但很少有机器是这种杂技。我们的眼睛如何锁定在锯齿状地形上的最佳路径上？机器也与视觉识别斗争，而人类和其他动物也没有。更具兴趣是我们情绪状态的奇妙效果。人们如何开始检查我们与自然迷恋的模糊神经元根源？
T他对自然的人类联系的进化解释是通过非洲大草原的巨大野生动物园，我们的祖先遭到了数百万年的繁殖，美联储和弗洛克拉。生物学家E.O.威尔逊推测了这个故事生物恐惧症，对人类吸引力的苗条体积。威尔逊定义了生物嗜酚作为“在生命和栩栩如生的过程中的先天倾向”。他认为，如果其他动物适应他们的环境并且最适合于它们进化的环境 - 例如，厚厚的白色涂层在其原始的冷和雪原中良好地服务于北极熊 - 那么人类可能是人类尽管我们能够在这个星球上的任何地方能够，最好适应我们所进化的特定环境？
“越生境我已经探索了，我越来越感到，某些共同特征下意识地吸引和留住了我的注意，”威尔逊写道。“是不是不合理的假设，人的心灵被引到最强烈的一些狭义的品质，在过去对生存影响最大的应对？”这些品质包括稀树草原的广阔草原，疏林，悬崖和其他有利位置，以及水体，其提供的资源。威尔逊以人力倾向打造稀树草原般的，他们并不天然存在，如在商场或花园的环境;开放式概念的架构似乎已经打在我们的广大空间的爱，太。
随着人们在大自然中花时间，他们的想法少了解他们的待办事项清单，更多关于当时的待办事项。
认为身处大自然是愉悦的感觉是令人满足的，因为这是我们的大脑最适合的环境。这些故事的麻烦是他们是通过实验不可能的。我们不能向进化时钟卷起。我们无法将地球转化为实验室，并在沙漠中的大草原和其他一半的人类演变中的一半进行了实验。沙漠集团是否会在大草原上发展才能更喜欢沙漠的环境？尽管我们的祖先在大草原中花了数千代，但如果获得选择，它不会符合资源丰富，低危险环境的逻辑？不能偏好大草原将仔细考虑利用利用症，使用一个人的大脑 - 进化本能？
尽管如此，鉴于我们的思想本质上发展，这是合理的，这是合理的，得出结论，在人造环境，办公室，城镇，城市的花费时间 - 穿过一些原始布线。一些心理学家们遇到了这个想法，现在将性质作为健康干预，对现代人类的一切都是一种神奇的治疗方法。这些想法中的酋长是注意恢复理论由心理学家斯蒂芬和雷切尔卡普兰开发的，他认为大自然的健康益处是由于其能够缓解压力和疲劳和恢复焦点和富有成效的关注。相信这些研究的炒作，我持怀疑态度，但我不能否认本质上是我珍惜的昂昂经历。进化心理学故事很盛大，但即使是真的，他们也没有解释大自然包围我们的情绪。要了解为什么自然能够激励我们，重点必须枢转到问题的核心：大脑。
T犹他州南部的沙漠是红砂岩梅萨斯和峡谷的迷人景观。这个地方的庞大规模唤起了一个深度时间的感觉：这些奇迹一直在形成数百万年，并且在最后一个人的眼睛看他们的美丽后会继续变化。人们来到这里徒步旅行，攀岩，阵营，并找到任何拔掉的方法。这就是为什么这可能是一个人希望找到测量脑活动的机器的最后一个地方。对于犹他大学的心理学家大卫史德尔·萨拉·霍尔曼，萨拉·霍尔和其他研究生，为沙漠带来这样的工具是他们努力了解大脑的逻辑下一步。
“我们把我们所有的设备都在沙漠中大大重新创建了一个实验室，”霍普曼，现在是东北大学的博士后研究员告诉我。“第一次没有按计划顺利进行。”研究人员希望开始了解与他们称呼恢复的现象相关的神经机制，就像Kaplans这样的自然心理学家的许多心理效益之一是记录的。它们转向脑电图（EEG），一种方法，该方法测量数百万神经元的协调节奏振荡，在脑波中称为脑中的脑表面。
Hopman, LoTemplio, and others in Strayer’s lab designed an experiment in which they measured brain waves in volunteers before, during, and after a five-day hike in Southern Utah, hypothesizing that unplugging from the stresses of city life and technology for several days would have some noticeable impact not only on people’s mood and mental wellbeing, but also on brain waves.
LoTemplio假设:“在现代环境中，我们的大脑还没有进化到能够处理与电脑、电话、街道和汽车争夺我们注意力的不同渠道的数量。”“自然环境更适合我们的注意力系统运作方式。”
脑大脑的一些生理变化必须与自然浸没的感受有关的想法是给定的：任何感觉，感知，运动，或思想必须具有潜在的神经签名（除非您相信灵魂）。问题是在沙漠几天后大脑究竟发生了什么。
希望测量大脑活动的科学家面临着令人沮丧的权衡。如果他们希望了解单个神经元在特定行为中扮演的角色，他们必须在动物身上测量这些神经元，生物伦理规则允许他们使用侵入性工具，如植入大脑的微丝电极。那些希望研究人类认知复杂之谜的人必须满足于脑电图(EEG)和功能磁共振成像(fMRI)等更不透明的设备。脑电图通过暂时粘在头皮上的几十个电极收集数据，这些电极测量接近大脑表面的数千个神经元协调活动的快速变化。另一方面，功能磁共振成像以毫米大小的块为单位测量大脑中与神经元活动相关的缓慢血流变化。(在有限的情况下，科学家使用电极记录神经外科病人的个体神经元。)
“我反对把科学拟人化，”他说。神经元不理解人脸或马桶刷。
在沙漠中建立一个脑电图实验室，霍普曼购买了外壳 - “运动豆荚” - 保持主题和设备安全。在一天徒步旅行之后，参与者将爬入透明的塑料荚中，沿着河岸建立。在头部上装满了eeg电极的盖子，他们将继续记录其脑波。
找到了什么霍曼和同事与在自然中度过的时间相比，阿尔法节律的强度显著下降。节律是一种频率在10赫兹左右的脑电波，通常与注意力过程有关。闭上眼睛会导致大脑后部视觉皮质区域的阿尔法节律强度大幅增加。在生理学研究中，阿尔法能量的增加与大脑皮层的抑制有关。生理学家认为，低阿尔法能量与外部注意力和皮层激活有关。相反，alpha值的增加与内向注意力和走神有关。
“我们认为，这意味着当人们花时间在自然中，他们很少参与内部叙述和内部对话，或思考他们的待办事项清单或反思未来计划。他们更有可能在那一刻意识到这一点，”霍普曼说。“我们还通过认知任务和人们执行不同认知任务的能力来研究这一点。它一直都表明，自然可以提高表现，但在某些方面确实有所不同。根据所处环境的不同，人们处理信息的能力也不同。所以，大自然提供了这种对外部环境的增强意识，”霍普曼说。
在注意力恢复方面，尚不清楚徒步旅行的影响是否源于自然，而不是无数的混杂变量。LoTemplio告诉我:“要确定它是一种自然特定的效应，还有很多工作要做。”也许这种效应是由于她所说的“假期效应”;在这种情况下，去拉斯维加斯旅行也会有同样的效果，尽管那里的环境与沙漠截然不同。同样，重要的影响可能是由于新鲜空气，身体活动，或社会联系，而不是自然本身。
脑电图结果也是如此，同时有趣，很难解释，因为实验者没有控制在录音期间看待受试者的场景。另一方面，当受试者让他们的眼睛闭合到真实的效果时，alpha波的力量持续存在的事实，如果难以理解。
另一种原因是，发现性质减少了alpha权力是难以解释的，这是之前的研究发现相反。然后，在一项研究到1981年，Roger Ulrich，那么Delaware大学的地理教授（现在在瑞典的Chalmers Technology大学），发现与人为场景相比观看自然图像的受试者的alpha权力。同样，俄勒冈大学的物理学家理查德泰勒报告了观察越来越复杂的分形图案的图像中的alpha力量，这模仿自然场景的复杂性。
阅读自然脑电图的研究很快就成了令人头晕的经历。我几乎可以觉得自己的alpha节奏跳下图表，砍聊试图跟上矛盾的数据和解释。此外，很难理解大脑在大脑中的神经元在做什么方面真正意味着什么。当我问佩尔米尔时，她想通过看大脑来学习的东西，她承认“有些人可能会争辩，如果你只是观察到这些认知改进，你甚至不需要看大脑。”然而，显示大脑数据将加强对自然疗法的任何可能的政策来加强案件。
尽管令人困惑的脑电图数据，注意力恢复的结果提醒了我的E.O.威尔逊对大自然对人类思想的影响。“自然主义者是一个文明猎人，”他写道生物恐惧症，从来没有咨询的脑电图机。“他独自去到现场或林地，并关闭他的心中的一切，但那个时间和地点，让他周围生活中的所有感官按下和小细节中成长的意义。他开始为它的认知是设计的扫描搜索。他的头脑变得消沉，它侧重于一切，对任何普通任务或社会玩笑不再执导“。
尽管如此，我很好奇威尔逊的个人观察可能会从头骨内部看。神经元在他们的所有者让他们进入自然时如何表现如何？这是一个烦恼的问题。视觉感知 - 无视皮质神经元更简单的问题与人类制造的相比，视觉皮质神经元的视觉皮质神经元对自然场景进行差异差异化，以更加平近。回答它需要返回神经科学的早期旅行。
O科学挑战的NE是了解大量不受控制的变量之间的复杂关系。这对神经科学尤其有问题，其中变量 - 动物的神经元和脑数在数十亿中的脑数。了解大脑中的神经元如何互相互动，大脑之外的整个世界都是一种问题，类似于预测银河系中所有天体的运动，如果这些尸体也互相玩耍，同时受到保险杠汽车中的幼儿驱动。
为了取得进展，神经学家们常常简化这个问题，把动物放在实验室里，在那里它们对环境的控制要比在野外好得多。在视觉知觉的例子中，历史上，这涉及到对被抑制或麻醉的动物进行人工刺激，同时用电极记录视觉皮层的神经元活动。
令人着迷的犹他州红砂岩沙漠是人们最不会想到会发现测量大脑活动的机器的地方。
使用这种方法，戴维·胡贝尔和托斯滕·威塞尔在50年代后期发现，在视觉皮层的神经元是面向条高度敏感，每个单元响应最好的一个特定角度。这一发现是偶然的。生理学家都在屏幕上闪烁的点，而在麻醉猫的视觉皮层神经元，当滑动卡住其进入投影机记录令人失望的疲软的反应。被卡住的幻灯片投射的屏幕，这激发神经元超出了两个以前观察到位于阴影。此后，边，酒吧，或光栅已成为首选的刺激。
“当你使用像光栅这样非常简单的刺激时，你可以拥有绝对的控制，”哈佛大学(Harvard)神经科学教授加布里埃尔·克里曼(Gabriel Kreiman)告诉我。“你需要担心两三个变量:对比;存在一个空间频率;如果你非常勇敢，你可以加上动作。”使用简单参数刺激更容易理解刺激与神经元反应之间的关系;它的缺点是，没有动物的自然视觉世界仅仅是由条形条组成的，这使得我们很难将研究结果推断到真实世界的情况。另一方面，真实世界的图像有很多内容。
在20世纪90年代，俄罗斯 - 美国艺术家Vitaly Komar和Alexander Melamid进行了一项调查，以确定美国人首选的绘画的元素，然后绘制了混合元素的工作。它具有很多蓝色的天空，山脉，湖泊温柔的棕色树林，徒步旅行者，鹿和乔治华盛顿。他们叫这幅画美国头号通缉犯。它对它有一种讽刺咬伤，而是艺术评论家和哲学家丹尼斯杜塞斯，在他的书中，艺术本能, wrote the painting shouldn’t be written off as worthless, “for it did reveal one stunning fact: People in very different cultures around the world gravitate toward the same general type of pictorial representation: a landscape with trees and open area, water, human figures, and animals.” And George Washington.
景观绘画可以告诉我们一些与户外交往的东西有关吗？要了解自然场景，以某种特殊方式激活视觉皮质，其他刺激不会，人们必须花费艾森观察神经元的活动，因为“可能的图像的宇宙基本上是无穷无尽的，”Kreiman说。如果一个特殊的自然场景激发了少于特定的非自然场景的神经元，您可以在达到一般结论之前，在达到神经元的偏好之前测试多少场景？
当然，这个难题适用于所有图像，而不仅仅是自然的场景。和神经科学家一直在寻找的神经元，为各种各样的东西，而不仅仅是面向光栅，但对象的面孔，以及几何形状和场景回应。一些这样的发现就无心插柳了。在20世纪70年代，查理·格罗斯，在普林斯顿大学的神经科学家，发现了猴子皮层神经元在手上响应时，恼怒的不良响应神经，他挥挥手在猴子面前。他的团队后面说明面神经喜欢，以及那些回应的椭圆形刷马桶是有惊人的相似的实验室成员，谁发生全部胡子的白人男子的脸。
Kreiman对这种发现感到强烈。“我反对把科学拟人化，”他说。当他看到它时，问题是，神经元和人们会说不同的语言。神经元不了解面或卫生刷;它们只能在尖峰中，从其他神经元发送和接收的电化学脉冲。那么，为什么一个单独的神经元应该用“面部”或“自然场景”的人类语言标签来响应最佳的东西？
克里曼的解决方案是将人类实验人员排除在回路之外，用一个计算机模型代替他们。这种方法比“一个人舒服地坐在扶手椅上说，我觉得脸很可爱。”让我们试试。我认为手很重要。我认为从进化的角度来看，我们需要研究颜色。“这些都是拟人化的构念。在实验设计方面，拥有一种更定量、更公正的方法是一件好事。”
Kreiman哈佛大学教授与玛格丽特利文斯斯通合作，据称计算机可以制作体面的刺激发生器。在2019年纸它们描述了一种他们命名为XDREAM的算法 - “利用真实神经元中的活动最大化与实时演化扩展深梦” - 将猴子视觉神经元之一的反应与一组合成刺激进行了比较;然后，它采用引发最高反应的刺激，随机突变它们，并再次呈现新的刺激。“神经元正在右转，刮掉，说，”我喜欢这张照片。我不喜欢那张照片，“”Kreiman说。“基本上，我们有一个闭环，并产生更好且更好的图像。”
认为身处大自然是愉悦的感觉是令人满足的，因为这是我们的大脑最适合的环境。
在几代这样的这种进化中，该算法发现刺激，在视觉神经元中引出比正常的手动挑选的天然刺激更高的反应。在这种情况下，自然是指如椅子，飞机或身体部位的现实世界项目的照片。在这种情况下，非天然刺激将是参数刺激，如向定向的酒吧，而自然将包括大草原以及像消防栓一样的人类制造的东西。引发最高反应的XDREAM刺激可以被认为是超自然的：Mishmash，从随机纹理演变，并且通常看起来像猴子面或身体部位的立体声描绘。仍在统计说话，这些图像显示了复杂的模式和纹理，并唤起了模糊的动态感。“如果我们以正确的方式构建刺激，我们可以生成看起来时髦和奇怪的图像，但仍然尊重自然图像统计的属性，”克里曼提供。
当我提到e.o.威尔逊的想法，来自生物恐惧症，因为我们的大脑在自然中进化了，他们可能会更加强大地反应本质上发现的物体，Kreiman同意这可能是真的。但他希望通过无偏见，无偏的方式发现这一点，而不是通过拟人假设来强加它。“我希望通过构建严格的计算模型，我们将发现生物嗜酚;我们会发现，神经元调整到世界上这些统计规律。“
与此同时，我们留下了思考，在猴子大脑中的视觉神经元在展示Kreiman的超自然图像时最活跃的意义。（也许像毕加索或Georges Braque这样的立方体，他们的常见物体的转变在一些超自然的方式中发痒皮质。）“也许最简单的解释是自然刺激是如此富裕，他们有点越来越富裕，即他们进入一个更大的曲目神经元，“Kreiman说。虽然我无法找到这个想法的具体数据，但有几个支持它的因素：角度的分配在自然界中的场景中的角度更多样化，而不是在人为的场景中，它由水平和垂直线占主导地位。由于初级视觉皮质中的神经元更喜欢特定取向的边缘，因此可以在人造环境中慢慢地覆盖它们中的许多。Kreiman同意这是可能的，虽然推测。
另一种证据来自神经系统患者对皮质特异性面积损害，通常是由于患有脑卒中的行程视觉agnosia.或无法识别特定对象。“这些是非常凌乱的自然实验，”Kreiman解释说，因为笔触不遵循清洁的大脑区域边界。一类agnosia用于动画与无生命物体。例如，具有这种情况的患者可以是可以不能命名动物或植物，而是在命名人造物体时未受损。这指出了自然对象的表示可能占用皮质空间的单独部分。如果这是真的，那么剥夺自然场景的人也可能剥夺那些活动的神经元。当然，对于这两个例子，我在高等神经元活动和令人愉悦的感情之间进行了等价物;这不一定是真的。无论我们对大自然的热爱是真正的神经基础，它可能比我们目前所知道的更复杂，或者可以轻松描述。
一个压脚提升沿灵沃特斯径三个小时的攀登，我和我的伙伴达到小草垛山的高峰期，第一个沿着小道三次峰会。太阳被爆破拆除，被风推搡我们，一边到另一边，并填补了音景。我们在阳光下，冷在风中热。我们在汗水从艰难的攀登浸泡，并在同一时间被冻得瑟瑟发抖。我们都饿了，但几乎是太让人震撼吃。只有一个或两个云打断了晴朗的天空。仍然绿色的山顶闪闪发光光蔚蓝上面的地平线，但黑暗到群青直接开销。
随着绿色的冠冕和山谷在我们面前的巨大空间中起伏中，我忍不住认为似乎没有办法避免成为气候毁灭的球员，缺少越野的生活。似乎不可避免的人类将继续摧毁大自然很长一段时间。我担心数千种死亡的物种，以及数以百万美元的人类，他们的生活将通过改变天气模式，降低作物产量和政治转变而上升。我也担心魅力物种 - 大象，鲸鱼，海豚，伟大的猿人被掠夺。这些动物是足够的，足以从这种破坏情绪遭受，但不足以逃避它。
知道本性正在垂死我在我身上点燃了一个先发制人的怀旧和劳动力训练户外体验，如大流行的罐头。也许未来对自然的人类联系的未来研究不仅将关注视觉感知等基础知识，而是对像悲伤这样的复杂感受。目前，人类与自然联合科学的科学就在其初期。心理学和大脑研究无休止地迷恋，对理解基本生理学很重要，但几乎不可能说出他们在自然界中个人经历的意思。
作为一名神经科学家，我相信我的研究，我的同事们将继续解开人类生命和健康，感知和体验的重要机密。但在同一时间，我已经认识到，科学可以不足以提供满意的帐户我们的经验的。我只能希望，如果神经以往不拿出工具来解释什么是不可言喻的是我们对大自然的热爱，还有大自然留给爱情。
随着我们继续上升 - 从小海斯山峰的峰会，沿着山脊上升到林肯山，距离拉斐特山 - 我们的腿越来越摇晃，太阳浸入地平线上。奇怪的是，我们的肌肉可以继续携带我们的前进，即使采取下一步感觉就像是不可能的。在山的西坡，疲惫但充实，我们被湖边小屋停了下来，以重新填充我们的水瓶，休息在寒冷的暮光之城。当我们到达山的底部时，它已经变黑了。
Grigori Guitchounts是一位神经科学家。
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