大脑存在“暗能量” 人类的大脑其实很可怕

　　你躺在屋外的摇椅上打盹儿,腿上放着一本杂志。突然,一只苍蝇停在胳膊上,你拿起杂志去拍它。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?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。而当苍蝇停在你的胳膊上时,大脑恢复意识,准备执行“拍蝇任务”。但最近的神经成像研究揭示了一个完全不一样的事实:当人们躺着休息时,大脑并未闲着,很多重要的神经活动仍在进行。
　　研究现已证实,当我们的大脑在休息时――比如坐在椅子上发呆、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拍打苍蝇,或有意识地对其他外在刺激做出反应时所耗能量的20倍。
　　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(比如感觉到苍蝇停在胳膊上就下意识地去拍打,这个动作就需要大脑的运动系统随时做好准备),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,在发令枪打响的那一刹那,都处于合理的“预备”状态。
　　“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。1929年,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”。
　　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种行为相关的是哪些脑区。而找到这些脑区的最好方式,就是在两种相关状态下,直接比较大脑活动有何不同。如果研究人员想要知道,哪些脑区对“读单词”这一行为比较重要,他们就会比较在大声读单词(试验组)和默默地看同一组单词(对照组)时,受试者的大脑成像图有何差异。为了准确找出这种差异,研究人员必须从读单词受试者的大脑成像图上,消除看单词受试者大脑成像图上的内容。经过处理,成像图上仍显示为活跃状态的脑区的神经元活动,可能就是读单词这一行为所必需的。在这种情况下,大脑的基本活动,也就是始终存在的“背景”神经活动都会被消除。实验结果很容易让人认为,只有在执行特定任务时,大脑的“开关”才被打开,而在其他时候,大脑都处于非活跃状态。
　　人们在休息或发呆时,大脑里面到底发生了什么?只须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。由于都存在背景“噪声”,通过肉眼观察原始图像,我们几乎不可能从两类大脑成像图上找出差别,而要完成这一任务,只有利用计算机进行精密的图片分析。
　　进一步分析发现,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――看不见的暗能量占据了宇宙中物质能量的绝大多数。
　　我们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。
　　神经突触的数量也暗示大脑暗能量可能存在。突触是神经元间的连接点。在视觉皮层中,负责传递视觉信息的突触数量还不到全部突触的10%。因此,大部分突触肯定是用于建立视觉皮层内部神经元间的联系。
　　(摘自《环球科学》)