默認模式下的大腦,用記憶來預演我們未來的行動和決策

2020-09-25 不正經業餘讀書愛好者

通常,我們都是認為,大腦在我們無所事事的時候,它們應該也是無所事事的了,處在休息狀態中。就像我們人類將自己身體塞進一個柔軟又舒適的沙發,悠閒自得地享受著生活的美好,大腦似乎也是應該找到這樣的一地方,將自己塞進去好好地享受一下悠閒。事實真的這樣嗎?

眾所周知,大腦雖然只佔有人體總重量的2%,也就是如果你體重100斤,那你大腦的重量就是2斤,但是它卻足足消耗的人體所需能量的20%,也就說這個僅佔總重百分之二的小腦袋居然消耗了五分之一的總能量。如果大腦也是和人體一樣處在悠閒無所事事的狀態的話,就不可能解釋得了為什麼大腦需要消耗如此龐大的能量了。那麼大腦到底是否存在無所事事的悠閒狀態?如果沒有,大腦又是在做什麼?需要消耗巨大的能量。

預設(默認)機制被發現

我們往往都是默認大腦就像是一個待機的電腦一樣,平時在不用的時候陷入在靜默的狀態中,直到面對任務時,如一個運算指令或者檢索數據等等,它才會被激活,進入工作全功率運行中。但事實卻有著與之截然相反的事實:大腦有著屬於自己的豐富多彩的生活。

1953年,一位名叫路易斯·索科洛夫的賓夕法尼亞大學的研究員在大腦血氧/二氧化碳濃度的實驗中,發現了一個大腦的奇怪現象。在實驗之前,他預測測試者的大腦在解決難題時會消耗更多的氧氣;然而結果卻令他大吃一驚:測試者大腦的耗氧量,不論是在解答算術難題,還是在閉目養神休息,都沒有什麼兩樣,說明大腦都是處在運行當中。雖然這是一個重要的發現,但是當時的研究者們都把它當作是一種誤差現象而忽視掉,因此他的實驗發現並沒有引起人們的關注。直到20世紀80年代,研究者們才開始逐漸明白,當大腦看上去明顯是在休息時,但實際上它裡面可能在發生著一些極其重要的事情。

80年代,一種嶄新的腦部掃描技術---正電子發射斷層掃描,簡稱PET,迅速流行起來,並且應用在各種大腦實驗中。實驗人員向測試者注射具有輻射性的葡萄糖,通過PET測量輻射聚集的位置,研究者們便能夠窺視大腦內部的工作模樣。一個典型的實驗,就是先讓一名測試者(注射過輻射性的普通糖)平躺合眼後掃描他的腦部,然後再讓他保持同樣的姿勢進行一些思考活動,同時掃描他的腦部。通過兩次掃描成像結果相減,就可以發現大腦的那些部位處於活動,因為大腦處於活動的部位會消耗葡萄糖。

華盛頓大學的神經學家馬庫斯·賴希勒利用PET實驗尋找大腦中哪些部位和話語相關聯,但是他卻發現了與索科洛夫同樣奇怪的現象:測試者的大腦在休息時看起來是全功率運轉,可當測試者集中精力於某個任務時,大腦反而變得安分下來。他的同事戈登·舒爾曼利用PET完成對134測試者進行測試後,也發現了類似的事實,不論測試者被要求完成何種任務,只要這個任務包括觀看或閱讀屏幕上的內容,那麼當測試者開始集中精力,腦中的一些特定區域總是會陷入沉寂。

在2001年,賴希勒和舒爾曼共同發表文章稱,他們發現了一個未曾被辨識出的「預設模式(即默認模式,預設即為默認的意思)」:當大腦處在空閒狀態時,它會自娛自樂,就像在單人棋;當接到指令時,便停下來專心處理任務。大腦的這一活動主要發生在沿腦部中軸線分布的若干個區域內,這些區域被他們二人稱為預設網絡,或者默認網絡。雖然人們早就對預設網絡所包含的腦部區域有所了解,也有其他的學者對其做過研究。但是在此之前,人們並不知道這些區域會在一個人處在休息狀態時而興奮的工作著。對新陳代謝情況的測量顯示,預設網絡的某些部分會消耗30%甚至更多的能量來維持運行。那麼這些無所事事的大難究竟在幹些什麼呢?

預設機制下大腦在做什麼?

預設網絡的核心組成之一是一個叫作內側前額葉皮層的部分,這一區域是通常用於依據個人喜好評價事物的好壞。當我們試圖從一堆形容詞中挑選出用於形容自己而非其他人的時候,該區域中的一些部分會被激活。同時研究人員還發現,預設網絡中的部分與海馬區有著密切的關聯。海馬區是負責儲存和讀取自傳性質的記憶的大腦分區。預設網絡的工作內容---做白日夢,預設網絡通過海馬區探入人腦儲存的記憶,前額葉皮層則能夠以自我反省的方式評估這些記憶。賴希勒和同事黛博拉·古斯納德推測,預設網絡或許可以讓大腦進行「內部預演」,以展望未來的行動和決策。有人曾對此評論道:「我們很擅長想像可能發生的事情,並對其加以思考,幫助我們做這件事情的,或許正是預設網絡」。

在2007年,有研究者找到了預設網絡與白日夢相關聯的直接證據。當使用功能性磁共振成像技術掃描大腦時,發現當測試者的預設網絡處在活動時,他們則聲稱自己在做「白日夢」,而當預設網絡不活動時,則沒有類似的報告。

白日夢聽起來似乎是一種十分奢侈的精神修行,然而它作用是至關重要的。白日夢是將過去習得的經驗納入未來規劃的終極手段。它是如此的重要,以至於大腦只要一有空就會選擇來做這件事,除非有其他更加急迫的任務需要大腦劃分出有限的資源---血液、氧氣、葡萄糖---來進行處理。

到近些年,越來越多的人在懷疑預設網絡所做的工作可能不止於此。通過實驗,研究者們還發現了預設網絡的另外一個工作內容,那是就在夜間時刻,將記憶加以分類並保護。每天,我們都會積累無數的短期記憶,但其中只有很少一部分是真正值得我們銘刻於心的,並且用以規劃人生的。同時為了避免積壓的待處理記憶太多,預設網絡會尋找一切機會來完成這一項工作。在這一工作過程中,預設網絡需要大量的葡萄糖來生成胺基酸神經遞質的原料,用於形成並維護記憶的最關鍵結構---突觸。這也是大腦為何會消耗20%的總能量的原因之一。同時也是由此,預設網絡與相當多的腦部疾病相關聯,如阿爾茲海默症(老年痴呆),自閉症、精神分裂症等與記憶相關的腦部疾病。

結語

隨著科學技術的發展,大腦的神秘性正在逐漸消退,同時也正在一點一滴地展現在我們的眼前。對於正在休息的大腦進行觀察,而不鞭策它去解決難題,讓我們看到了更多藏匿在私密時光中的豐富內在。如果,下一次當你無所事事時,不妨提醒一下自己,大腦仍然在勤奮工作。

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