当我们休息或发呆时，大脑并未停止运行，一些神秘的“背景”神经活动始终存在。

大脑暗能量

　　最新研究颠覆了我们对大脑的一贯看法：当我们休息或发呆时，大脑并未停止运行，一些神秘的“背景”神经活动始终存在。

　　大脑的默认模式

　　● 神经科学家长期认为，当我们休息时，大脑中的神经回路处于关闭状态。

　　●然而，大脑成像实验表明，大脑内存在一些持续的“背景活动”。

　　●这种默认模式能为人们对未来事件作出反应做好准备。

　　●默认模式相关大脑区域间的神经链接出错，可能导致从阿尔茨海默病到抑郁症的一系列疾病。

　　撰文 马库斯·E·雷切尔(Marcus E. Raichle)

　　翻译 冯泽君

　　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。从这个意义上说，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。

　　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作出反应时所耗能量的20倍。实际上，我们有意识去做的大多数事件，比如 吃饭和演讲等，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(default mode network，DMN)。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(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。如果默认模式神经网络确实在为大脑的有意识活动做准备，那么研究这个网络的行为，也许能让科学家找到一些线索，揭示意识体验的本 质。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，以及从阿尔茨海默病到抑郁症的一系列复杂大脑疾病。

　　寻找暗能量

　　“大脑始终处于活跃状态”并非新观点。脑电图(electroencephalogram，记录大脑电活动的波形图)的发明者汉斯·伯格 (Hans Berger)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”。
人们在休息或发呆时，大脑里面到底发生了什么？过去几年，我们和其他一些研究小组对这个问题产生了极大的兴趣，因为多项研究都暗示，在这种状态 下，大脑中存在一定程度的背景活动。

　　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。