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  • 当你发呆时,大脑在。做什么?

      经过进一步处理,视觉新闻才能进入负责产生认识知觉的脑区。令人。惊讶的是,最后形成。认识知觉的新闻每秒钟不能 100 比特。倘若这些是大脑所能使用的通盘新闻,如此少的新闻量隐微不大能够形成。知觉,所以固定存在。的大脑神经活动必定在。此过程中发挥了某栽作用。

      默认模。式神经网络的发现,让吾们能够从另一个角度思考大脑的固有神经活动。在。此之前,神经心理学家从未把构成。神经网络的脑区望作是一个体系,由于在。以前的大脑成。像实验中,他们都无视了如许一个表象:大脑在。歇息状态下,多个脑区之间能够都有相互相关。那么,是否只有默认模。式神经网络中,脑区之间才有这栽相互相关?照样说这栽歇息状态下的神经相关在。大脑里远大存在。?在。分析大脑磁共振成。像图时,一个惊人。的发现把吾们带到了通去题目答案的路口。

      理解大脑默认模。式的关键,是要找到此前不为人。知的大脑体系——默认模。式神经网络(default mode network,DMN)。在。布局神经活动的过程中,默认模。式神经网络到底。发挥了怎样的作用,现在。仍在。钻研当中,但吾们晓畅,大脑在。形成。记忆,布局其他各栽必要为异日事件做准备的神经体系时,能够就是采用默认模。式神经网络预先设定益的方式。

      来源:环球科学

      钻研证实,皮层慢电位具有专门主要的作用。吾们和其他科学家的钻研都外明,频率高于皮层慢电位的电活动能够和皮层慢电位发生同步震动。

      异日,科学家必须要弄懂得两个题目:在。细胞程度上,各个大脑体系内部及其之间的配相符性神经活动如何实现;默认模。式神经网络如何促使化学和电信号在。神经回路间传递。吾们还必要一个新理论,用于整相符来自细胞、神经回路、神经体系等各层面的数据,从而更周详地描述行为大脑黑能量主要布局者的大脑默认模。式原形如何工作。随着时间的流逝,吾们将十足展现大脑黑能量的内心,弄懂得它到底。有哪些心理功能。

    本文转载自公多号“环球科学”(ID:huanqiukexue)本文转载自公多号“环球科学”(ID:huanqiukexue)本文作者马库斯·雷切尔本文作者马库斯·雷切尔  声明:新浪网独家稿件,未经授权不准转载。 -->

      吾们周围存在。多数新闻,每秒约有上百亿比特的新闻抵达视网膜,但与之相连的视觉输入神经连接只有 100 万个,每秒钟视网膜传向大脑的新闻只有 600 万比特,最后能到达视觉皮层的新闻只有 1 万比特。

      这类钻研已为疾病分析开拓了新的思路。大脑成。像钻研已经发现,在。阿尔茨海默病、烦闷症、自闭症和精神破碎症患者的默认模。式神经网络内,脑细胞之间的连接已发生转折。实际上,阿尔茨海默病异日能够被归为默认模。式神经网络相关疾病。在。大脑成。像图上,阿尔茨海默病患者的病变脑区与构成。默认模。式神经网络的脑区十足相符。这一模。式不光可行为诊断阿尔茨海默病的生物学标志,还有助于吾们深入晓畅疾病成。因,追求治疗形式。

      上述发现懂得地表明,尽管默认模。式神经网络的作用很主要,但它只是大脑固有神经活动的一片面,大脑中一切体系都具有如许的默认模。式。在。吾们实验室,默认模。式在。大脑中普及存在。的表象,是吾们首次测定名为皮层慢电位的大脑电活动时发现的,而这栽慢电位的形成。,源于神经元群每 10 秒放一次电。吾们的钻研表明,血氧程度倚赖信号与皮层慢电位的震撼周期正好相符,换句话说,两栽分别的实验形式都检测到了联相符栽大脑活动。

      只需对。大脑成。像图进走肉眼不益望测,就能找到大脑背景活动存在。的证据:不论来自对。照组照样试验组,大脑成。像图总是表现,多个脑区都处于相等忙碌的状态。由于都存在。背景“噪声”,议定肉眼不益望察原首图像,吾们几乎不能够从两类大脑成。像图上找出差别,而要完善这一义务,只有使用计算机进走细密的图片分析。

      一般来说,在。做成。像实验时,神经科学家都会想方设法地确定,产生特定知觉或与某栽走为相关的是哪些脑区。而找到这些脑区的最益方式,就是在。两栽相关状态下,直接比较大脑活动有何分别。为此,钻研者必要清除对。照组大脑成。像图上的内容。在。这栽情况下,大脑的基本活动,也就是首终存在。的“背景”神经活动都会被清除。以这栽方式得到的实验效果很容易让人。认为,只有在。执走特定义务时,大脑的“开关”才被掀开,而在。其他时候,大脑都处于非活跃状态。

      这就像演奏交响笑相通,各栽笑器发出的声音都按联相符节奏交织在。一首,而皮层慢电位就是指挥家手中的指挥棒。分别的是,演奏交响笑只要掌握益各栽笑器的发声时间即可,神经信号则须调解每个大脑体系从海量的记忆和其他新闻中读。取所需数据——这些新闻都是吾们在。这个复杂且赓续转折的世界上生存所必需的。皮层慢电位的存在。,能保证数据读。取过程在。祥和的环境下和实在。的时间点上正确进走。

      到了 1995 年,从大脑成。像图上清除矮频“噪声”信号的做法受到了质疑——那时,美国威斯康星医学院的巴拉特·比斯沃尔(Bharat Biswal)和同事发现,即便受试者静止不动,限制右手行动的脑区中的“噪声”震撼,也与对。侧限制左手的脑区中的神经活动是同步的。本世纪初,美国斯坦福大学的迈克尔·格雷丘斯(Michael Greicius)和配相符者发现,当受试者处于歇息状态时,默认模。式神经网络中也存在。相通的同步震撼。

      “大脑首终处于活跃状态”并非新不益望点。脑电图的发明者汉斯·伯格(Hans Berger)就是这个不益望点的声援者。1929 年,他在。一系列开创性论文中,按照仪器检测到的不中止脑电波推想,“中枢神经体系首终处于相等活跃的状态,而不光仅是在。人。们惊醒的时候”。

      认识和疾病

      追求大脑默认模。式

      你躺在。屋外的摇椅上打盹儿,腿上放着一本杂志。猛然,一只苍蝇停在。胳膊上,你挑首杂志去拍它。在。苍蝇停在。你身上之后,你的大脑里发生了什么?在。停下来之前呢?永远以来,神经科学家一向认为,人。在。歇息时,大脑中的神经回路基本处于关闭状态。从这个意义上说,此时的神经活动属于“随机噪声”,就像没收到信号的电视机表现的雪花状图案。而当苍蝇停在。你的胳膊上时,大脑恢复认识,准备执走“拍蝇义务”。但神经成。像钻研展现了一个十足纷歧样的原形:当人。们躺着歇息时,大脑并未闲着,许多主要的神经活动仍在。进走。

      默认模。式神经网络的状态首伏,让吾们有机会窥探大脑最深处的隐秘。它已经让科学家对。认识活动的基本构成。——仔细力的内心有了新的认识。2008 年,一个跨国钻研幼组报道称,议定监测默认模。式神经网络,他们能够挑前 30 秒展望批准扫描的受试者会不会在。一个计算机测试中犯错——倘若默认模。式神经网络限制了大脑,仔细力相关脑区的神经活动削弱,受试者就会犯错。

      进一步分析发现,在。执走特定义务时,大脑损耗能量的上升幅度不会超过基础神经活动的 5%。在。神经回路中,大片面神经活动都与外部事件无关,这些活动损耗的能量占大脑总损耗能量的 60%~80%。所以吾们借鉴天文学家的说法,把这些固定存在。的神经活动称为大脑的黑能量——正如望不见的黑能量占有了宇宙中物质能量的绝大多数。

      在。使脑区走为同步方面,默认模。式神经网络能够也发挥了主要作用——让各个脑区就像赛跑行动员相通,在。发令枪打响的那一少顷,都处于相符理的“预备”状态。倘若默认模。式神经网络确实在。为大脑的有认识活动做准备,那么钻研这个网络的走为,能够能让科学家找到一些线索,揭暗示识体验的内心。另外,神经科学家还推想,默认模。式神经网络遭到损坏,能够会引首精神错乱,以及从阿尔茨海默病到烦闷症的一系列复杂大脑疾病。

      但大脑要比交响笑团复杂得多。每个具有自力功能的大脑体系,比如限制视觉活动和限制肌肉行动的体系,都有本身的皮层慢电位发放模。式。由于每个体系都不相通,所以有效地避免了紊乱。各个体系的电信号发放也有先后之分,排在。最前线的,就是默认模。式神经网络,它就像一个总指挥,保证各个体系发出的电信号不会相互作梗。大脑具有这栽布局方式并不清新,由于大脑并非相互自力的神经体系集群,而是由各个相互相关的体系构成。的联盟。

      撰文 马库斯·雷切尔(Marcus Raichle),神经科学家,华盛顿大学圣路易斯分校教授

      除了展现平时认识活动背后的大脑机制,钻研大脑黑能量也许还能为吾们挑供一个崭新的角度去注视庞大神经疾病。异日,不消进走头脑体操或复杂行动就能够完善这些疾病的诊断。病人。只必要静静地呆在。扫描仪内,让默认模。式神经网络和其他脑区的黑能量按本身的节奏运走即可。

      与此同时,这些复杂的固有神经活动未必必须给外界需求让步。为了实现这栽调节,当吾们由于新的或不测的感觉新闻输入大脑(比如开车回家的路上,猛然记主要买盒牛奶回去)而必要保持警觉时,默认模。式神经网络的皮层慢电位会有所削弱。但在。必要荟萃精力处理的事情做完以后,皮层慢电位又会恢复至原有程度。吾们的大脑每时每刻都在。竭力维持既定逆答和即时需求逆答之间的动态均衡。

      神经突触的数目也黑示大脑黑能量能够存在。。突触是神经元间的连接点。在。视觉皮层中,负责传递视觉新闻的突触数目还不到通盘突触的 10%。所以,大片面突触肯定是用于竖立视觉皮层内部神经元间的相关。

      接下来,吾们最先钻研皮层慢电位与其他神经电信号竖立相关有何作用。正如伯格首次挑出,后来得到多数科学家证实的那样,大脑信号的频率周围很广,从矮频的皮层慢电位到每秒震撼超过100次的信号都有。神经科学面临的一个庞大挑衅,就是弄懂得分别频率的信号如何发生相互作用。

      上世纪 90 年代中期,吾们不测发现,受试者执走某栽义务时,特定脑区的活跃程度会矮于歇息时的基准程度。当其他脑区执走特定义务(如大声朗读。)时,这些脑区的活跃程度也会降落,尤其是内侧顶叶皮层(位于大脑中部,负责记忆人。们生活中的私人。事件)上的片面区域。这是一个让人。费解的表象,吾们把活跃程度降落最多的区域称为“内侧谜样顶叶区”(medial mysteryparietal area,简称 MMPA)。

      现已证实,当吾们的大脑在。歇息时——比如坐在。椅子上发呆、躺在。床上睡觉,或批准了麻醉,各个脑区之间仍在。赓续地传递新闻。这栽不中止的新闻传递被称作大脑的默认模。式,它所损耗的能量是吾们拍打苍蝇,或有认识地对。其他外在。刺激作出逆答时所耗能量的 20 倍。实际上,吾们有认识去做的大多数事件,比如吃饭和演讲等,都是对。大脑默认模。式下基准神经活动的背离。

      异日,大脑黑能量也许会挑供相关认识内心的线索。大多数神经科学家承认,吾们对。外界的认识逆答只占大脑活动的一幼片面。在。认识层面之下,那些奥秘的大脑活动(如大脑黑能量)首着专门关键的作用,正是由于它们挑供了专门雄厚的背景内容,吾们才能透过“褊狭”的认识窗口体验到大千世界的存在。。

      此后的一系列正电子断层扫描实验证实,大脑在。偶然识状态下绝非处于“闲置状态”。实际上,包括内侧谜样顶叶区在。内的大多数脑区一向都很活跃,直到大脑最先执走某一特定义务时,一些脑区固有的神经活动程度才会有所降落。最初,吾们的钻研曾遭到质疑。1998 年,吾们的一篇相关论文甚至被退稿,由于一位审稿行家指出,吾们得入神经活动程度降落的结论能够源于实验数占有误。不过,其他科学家在。针对。内侧顶叶皮层和内侧前叶皮层(负责推想他人。思想,并与自身情感状态相关)的钻研中,也得出了与吾们相反的效果。现在。,这两个脑区都被认为是默认模。式神经网络的主要构成。区域。

      吾们推想大脑黑能量能够存在。的另一个理由是,钻研发现只有极少的感官新闻能够真实抵达大脑的中枢处理区域。视觉新闻从眼睛传向视觉皮层的过程中,信号强度会大幅衰减。

      “吾的脑子一片空白”、“大脑休止了转动”,倘若你还在。用如许的说话形容本身发呆时的情形,那就大错特错了:神经成。像钻研发现,当吾们歇息或发呆时,大脑中首终存在。着一些奥秘的“背景”神经活动。更让人。惊讶的是,当吾们有认识工作时,大脑耗能量却仅为“背景活动”的 1/20。这些望不见的神经活动,就是“大脑黑能量”。

      上述与大脑内部活动相关的线索已得到证实,但这些内部活动的心理功能以及它们如何影响知觉和走为,仍须进一步钻研。益运的是,在。正电子断层扫描钻研中,一个未必而又令人。疑心的发现,把吾们推上了大脑默认模。式神经网络的追求之旅。这一发现后来还得到了功能性磁共振成。像的证实。

      功能性磁共振信号平时是指血氧程度倚赖信号,由于这栽成。像方式倚赖于大脑血管血流转折引首的氧含量转折。在。静休状态下,各个脑区的血氧程度倚赖信号会缓慢震撼,大约每 10 秒完善一个周期。如此缓慢的震撼曾被认为只不过是“噪声”,所以为了更益地逆映执走特定义务时的大脑活动,仪器检测到的这些“噪声”信号会直接从大脑成。像图中清除。

      人。们在。歇息或发呆时,大脑内里到底。发生了什么?本世纪初,吾们和其他一些钻研幼组对。这个题目产生了极大的有趣,由于多项钻研都黑示,在。这栽状态下,大脑中存在。肯定程度的背景活动。

      但伯格关于大脑如何工作的不益望点一向异国引首科学界的偏重,甚至在。非侵扰进犯性成。像技术成。为神经科学实验室的通例手腕后仍是如此。上世纪 70 年代末,正电子断层扫描技术(PET)问世,它能够测量大脑中的葡萄糖代谢率、血流量和氧吸收量,在。肯定程度上,这些指标能逆映大脑的神经活动程度;1992 年,功能性磁共振成。像技术(fMRI)诞生,议定测量大脑耗氧量,它也能协助科学家实现同样的现在。标。尽管这些技术都不光限于测量大脑活动,但大多数实验设计都在。偶然间给人。留下了如许一个印象:大片面脑区平庸都很“坦然”,直到必要执走某项详细义务时才会活跃首来。

      由于科学家对。默认模。式神经网络在。大脑中的作用越来越感有趣,格雷丘斯等人。的发现似乎一颗投向湖面的石子,引首了全球实验室(包括吾们实验室)的仔细,科学家纷纷最先辈走大脑成。像钻研,一切的“噪声”信号(即严庞大脑体系的固有神经活动)都被记录下来。效果发现,即使在。全身麻醉和浅度寝息期间,受试者大脑内的固有神经活动都会外现出清晰的同步性,黑示这些神经活动不光单是“噪声”,而答该是大脑运走方式的某个基础方面。

      追求黑能量

    posted @ 2019-07-05 03:11 作者:admin  阅读:

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