休息的大腦耗氧最多

悠　揚

1953年，物理學(xué)家勞倫斯·索科洛夫進行了一項實驗：他讓志愿者平躺在床上解算術(shù)題，與此同時，他記錄下志愿者的腦電波和大腦中的氧含量。他試圖證明人們在絞盡腦汁時大腦會消耗更多的氧氣，然而結(jié)果卻出乎意料：志愿者在做計算時大腦所耗費的氧氣還不及閉目養(yǎng)神時消耗得多!

“待命的計算機”?

一直以來，人們都把大腦看作一臺隨時待命的計算機，平時處于休眠狀態(tài)，當被要求處理各種任務(wù)時才重新啟動。但索科洛夫的實驗卻似乎預(yù)示著大腦在“放空”時仍消耗著不少的能量。華盛頓圣路易斯大學(xué)的神經(jīng)學(xué)學(xué)者馬庫斯·雷切利和他的同事經(jīng)過數(shù)年的研究，逐漸揭開了大腦空閑時究竟在做什么的奧秘。

雷切利一直運用一種被稱為“PET”的腦成像手段研究與詞匯有關(guān)的大腦活動。有一天他偶爾發(fā)現(xiàn)，大腦某一區(qū)域在被試休息時還存在某些激活，而在任務(wù)開始后激活又消失了，大多數(shù)研究者對此不以為然，認為那不過是隨機噪聲(沒有意義的實驗數(shù)據(jù))罷了。但1997年，雷切利的同事喬丹-舒拉姆發(fā)現(xiàn)其實并非如此。他仔細查看了以往134名被試的腦成像結(jié)果，發(fā)現(xiàn)無論實驗任務(wù)是什么，大腦中的一個部分總是在任務(wù)開始后降低了激活。2001年，他們兩人發(fā)表了論文，向世人揭開了大腦中神秘“默認網(wǎng)絡(luò)”的面紗。

大腦在空閑時到底在干什么呢?雷切利和他的同事認為，大腦放空時的功能和記憶密切相關(guān)，大腦中負責記憶的海馬可能正在為我們提供日常生活的種種記憶片段，并讓我們產(chǎn)生看似無意義的“白日夢”，再由默認網(wǎng)絡(luò)——大腦內(nèi)側(cè)前額葉對這些記憶片段進行整合，以便為未來的行為提供參考。最近，達特茅斯學(xué)院的瑪利亞·曼森利用功能核磁共振成像技術(shù)fMRI證實了這一點：當人們報告做“白日夢”時，默認網(wǎng)絡(luò)也活躍起來。也就是說，走神或白日空想對大腦來說具有重要的意義。

不過默認網(wǎng)絡(luò)似乎還不僅僅負責“白日夢”的產(chǎn)生。斯坦福大學(xué)的馬克爾·格雷瑟斯發(fā)現(xiàn)，當人們的大腦處于休息狀態(tài)時，不同的神經(jīng)元不再隨機無規(guī)律地波動，而是呈現(xiàn)出一種有規(guī)律的“共振”——不同的大腦區(qū)域開始形成統(tǒng)一活動的單元。不僅如此，在其他幾項研究中，麻醉、鎮(zhèn)靜劑和睡眠狀態(tài)也發(fā)現(xiàn)了同樣的神經(jīng)發(fā)放模式。由于睡眠也具有類似的模式，雷切利認為默認網(wǎng)絡(luò)參與著記憶的篩選工作，由于這些工作與人們的生活密切相關(guān)，所以默認網(wǎng)絡(luò)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大量的神經(jīng)鏈接的建立以及接踵而來的能量消耗一這或許就是為什么最初索科洛夫發(fā)現(xiàn)，休息的人腦反而耗氧更多的原因了。

默認網(wǎng)絡(luò)與大腦健康

不僅如此，最近人們還發(fā)現(xiàn)，默認網(wǎng)絡(luò)與阿茲海默氏癥等重大疾病也有密切的關(guān)聯(lián)。2004年，神經(jīng)學(xué)家蘭迪·巴克納在查看匹茲堡醫(yī)學(xué)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(fā)現(xiàn)整個圖像和默認網(wǎng)絡(luò)的分布驚人的相似!也就是說，阿茲海默氏癥的癥結(jié)很可能是源于默認網(wǎng)絡(luò)的損傷。在雷切利和巴克納對有輕微記憶問題的病人的默認網(wǎng)絡(luò)進行追蹤之后，他們發(fā)現(xiàn)默認網(wǎng)絡(luò)的損傷與最終患上阿茲海默氏病確有較大關(guān)聯(lián)。未來可以根據(jù)默認神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的狀況在一定程度上預(yù)測和預(yù)防阿茲海默氏病。

除了阿茲海默氏病，默認網(wǎng)絡(luò)還可能與抑郁、注意力缺陷型多動癥(ADHD)、自閉癥和精神分裂癥有關(guān)，甚至可能參與解釋癲癇和植物人的病因。比利時格魯吉亞大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家史蒂文·勞倫斯利用fMRI腦成像技術(shù)研究了植物人的大腦默認網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)植物人昏迷越嚴重，默認網(wǎng)絡(luò)的破壞程度越大。他希望在未來植物人清醒時能夠進行進一步研究，看看默認網(wǎng)絡(luò)能否預(yù)測病人的病程變化。

在距索科洛夫這一驚人發(fā)現(xiàn)的半個世紀之后，研究者的辛勤工作還在為我們一點點揭開默認網(wǎng)絡(luò)的奧秘，雖然目前它仍然“猶抱琵琶半遮面”，但至少我們知道，我們絕避免不了“白日夢”，因為那里甚至有性命攸關(guān)和支持我們生活的重要工作在進行呢!