當你發呆時大腦在做什么

馮澤君

“我的腦子一片空白”“大腦停止了轉動”，如果你還在用這樣的語言形容自己發呆時的情形，那就大錯特錯了：神經成像研究發現，當我們休息或發呆時，大腦中始終存在著一些神秘的“背景”神經活動。更讓人驚訝的是，當我們有意識地做事時，大腦所耗能量卻僅為“背景活動”的1/20。這些看不見的神經活動，就是“大腦暗能量”。

曾不為人知的大腦系統——默認模式神經網絡

長期以來，神經科學家一直認為，人在休息時，大腦中的神經回路基本處于關閉狀態，此時的神經活動屬于“隨機噪聲”，就像沒收到信號的電視機顯示的雪花狀圖案。

現已證實，當我們坐在椅子上發呆、躺在床上睡覺或接受了麻醉，各個腦區之間仍在不停地傳遞信息。這種不間斷的信息傳遞被稱作大腦的默認模式，它所消耗的能量是我們有意識地對其他外在刺激作出反應時所耗能量的20倍。實際上，我們有意識地去吃飯或演講等，都是對大腦默認模式下基準神經活動的背離。

理解大腦默認模式的關鍵，是要找到此前不為人知的大腦系統——默認模式神經網絡。在組織神經活動的過程中，默認模式神經網絡到底發揮了怎樣的作用，現在仍在研究當中，但我們知道，大腦在形成記憶、組織其他各種需要為未來事件做準備的神經系統時，可能就是采用默認模式神經網絡預先設定好的方式。

在使腦區行為同步方面，默認模式神經網絡可能也發揮了重要作用——讓各個腦區就像賽跑運動員一樣，在發令槍打響的一剎那都處于合理的“預備”狀態。另外神經科學家還推測，默認模式神經網絡遭到破壞，可能會引起精神錯亂，以及從阿爾茨海默癥到抑郁癥的一系列復雜大腦疾病。

尋找大腦的暗能量

“大腦始終處于活躍狀態”并非新觀點，腦電圖的發明者漢斯·伯格就是這個觀點的支持者。他在一系列開創性論文中，根據儀器檢測到的不間斷腦電波推測，“中樞神經系統始終處于相當活躍的狀態，而不僅僅是在人們清醒的時候”。

只需對大腦成像圖進行肉眼觀測，就能找到大腦背景活動存在的證據：無論來自對照組還是試驗組，大腦成像圖總是顯示，多個腦區都處于相當忙碌的狀態。進一步分析發現，在執行特定任務時，大腦消耗能量的上升幅度不會超過基礎神經活動的5%。在神經回路中，大部分神經活動都與外部事件無關，這些活動消耗的能量占大腦總消耗能量的60%～80%。因此我們借鑒天文學家的說法，把這些固定存在的神經活動稱為大腦的暗能量。

推測大腦暗能量可能存在的另一個理由是，研究發現只有極少的感官信息能夠真正抵達大腦的中樞處理區域。視覺信息從眼睛傳向視覺皮層的過程中，信號強度會大幅衰減。

我們周圍存在無數信息，每秒約有上百億比特的信息抵達視網膜，但與之相連的視覺輸出神經連接只有100萬個，每秒鐘視網膜傳向大腦的信息只有600萬比特，最終能到達視覺皮層的信息只有1萬比特。

經過進一步處理，視覺信息才能進入負責產生意識知覺的腦區。令人驚訝的是，最終形成意識知覺的信息每秒鐘不足100比特。如果這些是大腦所能利用的全部信息，如此少的信息量顯然不大可能形成知覺，因此固定存在的大腦神經活動必定在此過程中發揮了某種作用。

借助暗能量探索意識本質，審視重大神經疾病

默認模式神經網絡的狀態起伏，讓我們有機會窺探大腦最深處的秘密。它已經讓科學家對意識活動的基本組成——注意力的本質有了新的認識。

2008年，一個跨國研究小組報道稱，通過監測默認模式神經網絡，他們可以提前30秒預測接受掃描的受試者會不會在一個計算機測試中犯錯——如果默認模式神經網絡控制了大腦，注意力相關腦區的神經活動減弱，受試者就會犯錯。

未來，大腦暗能量或許會提供有關意識本質的線索。大多數神經科學家承認，我們對外界的意識反應只占大腦活動的一小部分。在意識層面之下，那些神秘的大腦活動（如大腦暗能量）起著非常關鍵的作用，正是因為它們提供了非常豐富的背景內容，我們才能透過“狹小”的意識窗口體驗到大千世界的存在。

除了揭示日常意識活動背后的大腦機制，研究大腦暗能量或許還能為我們提供一個全新的角度去審視重大神經疾病。這類研究已為疾病分析開拓了新的思路。

大腦成像研究已經發現，在阿爾茨海默癥、抑郁癥、自閉癥和精神分裂癥患者的默認模式神經網絡內，腦細胞之間的連接已發生改變。在大腦成像圖上，阿爾茨海默癥患者的病變腦區與組成默認模式神經網絡的腦區完全吻合。這一模式不僅可作為診斷阿爾茨海默癥的生物學標志，還有助于我們深入了解疾病成因，尋找治療方法。

（張秋偉摘自《北京青年報》2019年8月23日）