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大腦放空時究竟在做什麼

By Cobblest

經驗說:什麼都別做,讓大腦「放空」休息一會兒。
實驗說:「放空」時大腦並沒有在休息,而是在進行記憶篩選。

大腦放空不是在浪費時間!它是大腦的「默認網絡」在進行記憶篩選。老年癡呆、注意力缺陷多動症、抑鬱症很可能是由於「默認網絡」出問題了。

人們對大腦在完成各種任務過程中會如何活動表現出了極大的好奇,但在很長一段時間內,一直忽略了大腦在「放空」狀態下的活動。華盛頓聖路易斯大學的神經科學家馬庫斯·雷切利(Marcus Raichle)和他的同事通過數年的研究,逐漸揭開了大腦空閒時究竟在做什麼的奧秘。

馬庫斯起先一直運用一種稱為PET的腦成像手段研究與詞彙有關的大腦活動。有一天他偶爾發現,大腦某一區域在參與者休息時還存在某些激活,而在任務開始後激活又消失。大多數研究者對此不以為意,認為這不過是「隨機噪聲」罷了。但在1997年,馬庫斯的同事戈登·舒拉姆(Gordon Shulam)發現結論並非如此。他仔細查看了以往134名被試的腦成像結果,發現無論實驗任務是什麼,大腦中有一塊位置總是在任務開始後降低了激活。2001年,他們兩人發表了論文,向世人揭開了大腦中這一神秘的「默認網絡」。

篩選記憶——「放空」的任務

大腦在空閒時到底在幹什麼呢?馬庫斯和他的同事德布拉·古斯納德(Debra Gusnard)認為,大腦放空時的功能和記憶密切相關,大腦中負責記憶的海馬可能正在為我們提供日常的種種記憶片段,並讓我們產生看似無意義的「白日夢」,再由默認網絡——包括內側前額葉(MPFC)、扣帶回後部(PCC)以及鄰近的楔前葉、前扣帶回腹側(vACC)的神經網絡——對這些記憶片段進行再整合,以便為未來的行為提供參考。最近,達特茅斯學院的瑪利亞·梅森(Malia Mason)利用功能核磁共振成像技術(fMRI)證實了這一點:當人們報告要放空時,默認網絡也隨即活躍起來。也就是說,上課時的走神或白日空想可能具有重要的意義。

不過,默認網絡似乎還不僅僅負責產生「白日夢」。斯坦福大學的邁克爾·格雷瑟斯(Michael Grecius)發現,當人們的大腦處於休息狀態時,不同的神經元不再隨機無規律地波動,而是呈現出一種有規律的「共振」——不同的大腦區域開始形成統一活動的單元。不僅如此,在其他幾項研究中,麻醉、鎮靜劑和睡眠狀態也發現了同樣的神經發放模式。由於睡眠也具有類似的模式,馬庫斯認為默認網絡參與著記憶的篩選工作:哪些有意義、哪些有威脅……由於這些工作與人密切相關,所以默認網絡隨時待命,抓緊一切時間積少成多地處理大量的短時記憶信息。這一過程可能伴隨著神經鏈接的大量建立,以及接踵而來的能量消耗——這或許就是為什麼最初索科洛夫發現,休息的人腦反而耗氧更多。

阿茲海默——「默認網絡」的損傷

不僅如此,最近人們還發現,默認網絡與阿茲海默氏症等重大疾病有密切的關聯。2004年,神經學家蘭迪·巴克納在查看匹茲堡醫學院的一份阿茲海默氏病人的大腦蛋白簇切片圖時,驚訝地發現整個圖像和默認網絡的分佈具有驚人的相似!也就是說,阿茲海默氏症的癥結很可能是由於默認網絡的損傷。馬庫斯和蘭迪對輕微記憶問題病人的默認網絡進行追蹤之後,發現默認網絡的損傷與最終患上阿茲海默氏病有較大關聯。在未來,至少可以根據默認神經網絡的狀況在一定程度上預測和預防阿茲海默氏病。

除了阿茲海默氏病,默認網絡還可能與抑鬱、注意力缺陷多動症(ADHD)、自閉症和精神分裂症有關。比利時格魯吉亞大學的神經學家史蒂文·勞倫斯(Steven Laureys)利用腦成像技術研究了植物人的大腦默認網絡狀態,結果發現植物人昏迷越嚴重,其默認網絡的破壞程度也越嚴重。他希望能在未來植物人清醒時繼續研究,看看默認網絡能否預測病人的病程變化。蘇珊·懷特福德(Susan Whitfield-Gabrielia)在《美國科學院院報》上撰文指出,精神病人和其親屬的「默認網絡」和正常人相比有著顯著的活躍性,網絡內的相互聯結也更強。精神病人異於常人的思維奔逸與幻聽幻視,可能正來源於「默認網絡」的異常活動。

任重道遠——「默認網絡」的研究

科學家們也關心默認神經網絡在不同年齡段的變化,以及這是否關係到人們的認知功能發展。2010年,瑞典科學家彼得·弗蘭森(Peter Franson)等人發現兒童的默認網絡和成人有所區別。兒童的「默認網絡」更多地匯聚在感覺和運動皮層。而對老年人的研究則發現,默認網絡在認知任務過程中的聯結和與負責認知區域的同步性都呈減弱的趨勢,這可能可以為老年人的認知控制能力下降提供解釋。

很多人會好奇,「默認網絡」是否在每個人大腦中都存在,不同種族的默認網絡又是否存在區別。2010年,另一項有關默認網絡的研究由35個隸屬於不同國家研究所的科學家共同完成。他們利用靜息態功能磁共振成像(R-fMRI)技術記錄31414名志願者的大腦數據,發現了普遍存在於大腦中的默認網絡。這個巨大的共享數據庫有助於在未來更好地研究默認網絡和基因表達、大腦發育和病理過程的關係。

在馬庫斯驚人發現的十餘年之後,辛勤工作的研究者正為我們一點點揭開「默認網絡」的奧秘。雖然仍是「猶抱琵琶半遮面」,但我們知道,我們再也離不開它了,因為那裡有攸關性命和支持整個生活的重要工作在進行呢!