当你发呆时大脑在做什么

冯泽君

“我的脑子一片空白”“大脑停止了转动”，如果你还在用这样的语言形容自己发呆时的情形，那就大错特错了：神经成像研究发现，当我们休息或发呆时，大脑中始终存在着一些神秘的“背景”神经活动。更让人惊讶的是，当我们有意识地做事时，大脑所耗能量却仅为“背景活动”的1/20。这些看不见的神经活动，就是“大脑暗能量”。

曾不为人知的大脑系统——默认模式神经网络

长期以来，神经科学家一直认为，人在休息时，大脑中的神经回路基本处于关闭状态，此时的神经活动属于“随机噪声”，就像没收到信号的电视机显示的雪花状图案。

现已证实，当我们坐在椅子上发呆、躺在床上睡觉或接受了麻醉，各个脑区之间仍在不停地传递信息。这种不间断的信息传递被称作大脑的默认模式，它所消耗的能量是我们有意识地对其他外在刺激作出反应时所耗能量的20倍。实际上，我们有意识地去吃饭或演讲等，都是对大脑默认模式下基准神经活动的背离。

理解大脑默认模式的关键，是要找到此前不为人知的大脑系统——默认模式神经网络。在组织神经活动的过程中，默认模式神经网络到底发挥了怎样的作用，现在仍在研究当中，但我们知道，大脑在形成记忆、组织其他各种需要为未来事件做准备的神经系统时，可能就是采用默认模式神经网络预先设定好的方式。

在使脑区行为同步方面，默认模式神经网络可能也发挥了重要作用——让各个脑区就像赛跑运动员一样，在发令枪打响的一刹那都处于合理的“预备”状态。另外神经科学家还推测，默认模式神经网络遭到破坏，可能会引起精神错乱，以及从阿尔茨海默症到抑郁症的一系列复杂大脑疾病。

寻找大脑的暗能量

“大脑始终处于活跃状态”并非新观点，脑电图的发明者汉斯·伯格就是这个观点的支持者。他在一系列开创性论文中，根据仪器检测到的不间断脑电波推测，“中枢神经系统始终处于相当活跃的状态，而不仅仅是在人们清醒的时候”。

只需对大脑成像图进行肉眼观测，就能找到大脑背景活动存在的证据：无论来自对照组还是试验组，大脑成像图总是显示，多个脑区都处于相当忙碌的状态。进一步分析發现，在执行特定任务时，大脑消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，大部分神经活动都与外部事件无关，这些活动消耗的能量占大脑总消耗能量的60%～80%。因此我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暗能量。

推测大脑暗能量可能存在的另一个理由是，研究发现只有极少的感官信息能够真正抵达大脑的中枢处理区域。视觉信息从眼睛传向视觉皮层的过程中，信号强度会大幅衰减。

我们周围存在无数信息，每秒约有上百亿比特的信息抵达视网膜，但与之相连的视觉输出神经连接只有100万个，每秒钟视网膜传向大脑的信息只有600万比特，最终能到达视觉皮层的信息只有1万比特。

经过进一步处理，视觉信息才能进入负责产生意识知觉的脑区。令人惊讶的是，最终形成意识知觉的信息每秒钟不足100比特。如果这些是大脑所能利用的全部信息，如此少的信息量显然不大可能形成知觉，因此固定存在的大脑神经活动必定在此过程中发挥了某种作用。

借助暗能量探索意识本质，审视重大神经疾病

默认模式神经网络的状态起伏，让我们有机会窥探大脑最深处的秘密。它已经让科学家对意识活动的基本组成——注意力的本质有了新的认识。

2008年，一个跨国研究小组报道称，通过监测默认模式神经网络，他们可以提前30秒预测接受扫描的受试者会不会在一个计算机测试中犯错——如果默认模式神经网络控制了大脑，注意力相关脑区的神经活动减弱，受试者就会犯错。

未来，大脑暗能量或许会提供有关意识本质的线索。大多数神经科学家承认，我们对外界的意识反应只占大脑活动的一小部分。在意识层面之下，那些神秘的大脑活动（如大脑暗能量）起着非常关键的作用，正是因为它们提供了非常丰富的背景内容，我们才能透过“狭小”的意识窗口体验到大千世界的存在。

除了揭示日常意识活动背后的大脑机制，研究大脑暗能量或许还能为我们提供一个全新的角度去审视重大神经疾病。这类研究已为疾病分析开拓了新的思路。

大脑成像研究已经发现，在阿尔茨海默症、抑郁症、自闭症和精神分裂症患者的默认模式神经网络内，脑细胞之间的连接已发生改变。在大脑成像图上，阿尔茨海默症患者的病变脑区与组成默认模式神经网络的脑区完全吻合。这一模式不仅可作为诊断阿尔茨海默症的生物学标志，还有助于我们深入了解疾病成因，寻找治疗方法。

（张秋伟摘自《北京青年报》2019年8月23日）