中智正信
近 20 年来，核磁共振扫描技术当属最前沿的观测大脑的技术，这项技术在脑科学领域得到越来越广泛的应用。借助功能性核磁共振扫描的动态图像，我们可以看到整个大脑表面会有一阵接着一阵的波动。这个波动就好像海面上此起彼伏的波浪一样，每几秒就会起伏一次。
造在几十年前，就有科学家观测到大脑这种超级慢的节律，但没有人知道它究竟是什么。核磁共振的数据往往包含着很多“噪音”，在早期的研究中，大部分研究者都会把这种超级慢波也当做噪音的一部分，把它简单地忽略掉。
但就是在今年（2018）3月，发表在《神经元》杂志上的最新研究中，来自美国华盛顿大学圣路易斯分校的研究者发现，超级慢波不仅不是噪音，而且可能是动物意识的体现。
这种超级慢波就好像是大海中的海浪一样，就像关注大海上的船只一样，此前的研究关注点往往在于神经元本身的变化。之前科学家们就从来没有想过，承载着这些船只的海浪意味着什么。而这个新的研究表明，大脑中的“海浪”其实在大脑协调自身复杂活动中扮演了关键性的角色，并且可能和意识直接相关。
我们的大脑拥有超过 1000 亿个神经元，而这些数量庞大的神经元之间则有着相当精细的协调互动。
在千禧年刚刚开始时，Raichle 及其同事就发现了一个前人从来没有注意过的现象——在人们在休息时，大脑会有大幅度的活动，这个活动就是现在被我们称为的“大脑静息态网络活动”。
当时的发现让科学家们明白，原来我们的大脑在不做特定的任务的时候也是高度活跃的。也就是说，当你在发呆，白日做梦或者休息的时候，你的大脑并没有真正的也跟着闲下来。相反，这个时候大脑消耗的能量和你在做一道非常棘手的数学题时的消耗量是差不多的。
静息态的大脑活动被揭开后，科学家们还观测到了精神病人的大脑活动和普通人是有所不同的。尽管如此，无论是精神分裂症还是病人老年痴呆症病人，他们大脑活动无一例外的都出现了这种超级慢波。超级慢波不仅存在于人脑，科学家在猴子和老鼠的大脑扫描中，也发现了类似的慢波。
所以这种慢波究竟是不是核磁共振扫描特有的噪音呢？
在最新的这个研究中，Anish Mitra 博士和 Andrew Kraft 博士的团队采用了两种技术来观测老鼠大脑的慢波活动：一种技术用来观测单个神经元的活动；另外一种技术则用来观测小老鼠大脑皮层逐层的电活动。
结果发现，小老鼠大脑皮层中的超级慢波发源于皮层的深处，并且这种慢波会以一种可预测的方式逐渐扩散开来。当慢波经过部分大脑区域时，这些区域的神经元的放电现象就会增强，而当慢波离开之后，神经元的放电又会减弱下来。更惊奇的是，即使小老鼠处于麻醉状态，它们大脑的超级慢波仍旧存在着，但它的扩散方向变反了！
图源：Spontaneous Infra-Slow Brain Activity has Unique Spatiotemporal Dynamics and Laminar Structure
Mitra 博士表示，超级慢波在大脑中的扩散方式和大量的行为有关，这其中就包括大脑的意识状态。超级慢波在大脑中的这个缓慢移动过程能给大脑信号远距离传输创造出短暂的机会，大脑中的超级慢波则可以在大尺度上协调大脑不同区域之间的活动。
超级慢波传播路径在意识状态和无意识状态中存在着如此巨大的改变，这很可能就意味着超级慢波是大脑运行的基础。假如大脑的脑区可以是起伏大海上漂泊的小船，那么大海的涟漪和洋流的方向自然就会影响到小船之间的信息传递以及船与船之间的协同合作。
参考文献：
Mitra A, Kraft A, Wright P, Acland B, Snyder AZ, Rosenthal Z, Czerniewski L, Bauer A, Snyder L, Culver J, Lee J-M, Raichle ME. Spontaneous Infra-Slow Brain Activity has Unique Spatiotemporal Dynamics and Laminar Structure. Neuron. March 29, 2018
