相持不下的争论：脑波，有用吗？

来源：原理、编译：糖兽

在大脑中，存在着我们看不见的脑电活动。这些脑波是由在大脑周围大量存在神经细胞的协调发射而产生的，他们可以从大脑的前部传到后部，从大脑深处传到头皮。

这种脑电活动被称为神经元振荡。有意思的是，科学家发现这些信号的出现会伴随着着特定的心理状态。当我们进入深度睡眠或麻醉状态时，脑中游荡着的是最缓慢的Delta波；稍快于它的是在做梦时或者处理简单日常问题时的Theta波；冥想的僧人脑中穿过的就是安静的Alpha波，这是第一个被发现的神经元振荡；激烈交谈时脑中的电波起伏是更快一点的Beta波；最快速的Gamma波则出现在敏锐的思考过程中。

○ 不同类型的脑波。| 图片来源：C.CHANG

我们不禁好奇，这些波是否有特别的用途？如果有，那用途为何？这一直是研究人员争论不休的课题。

有些科学家认为它们并没有什么用，是单个神经细胞在发送信息时产生的不可避免的副产物，重要的是信号本身而不是脑波。他们相信脑波只是集体神经行为的结果，仅此而已。但越来越多的证据表明情况应该正好相反：脑波才是大脑运作的关键，在需要协作的“相隔遥远的”大脑区域之间传送信息。

麻省理工学院的神经系统科学家 Earl Miller 就认为脑波是大脑运作的重要组成部分。为此，他开展了多项研究搜集证据以支持自己的观点。最近，他的一些研究表明，大脑振荡能用一种让大脑能选择要关注或忽略哪些信号的方式，从而巧妙的运送信息。

这个观点得到了其它研究的支持。例如在一项研究中，科学家在被植入了电极的人脑中发现，脑波及脑波间的相互作用有助于激发人类的情感、语言、以及视觉等功能。

也有研究表明，当脑波异常时，智力也会受到损害。例如，对大脑如何使用脑波的详细研究，能提高通过微弱电击以调节大脑内信号的可能性。这种脑波干预措施可以作为治疗记忆问题和精神疾病的一种方法，一些早期尝试已证明这可以提高人们的记忆力。

对脑波的相关见解的产生也得益于神经科学将目光转向对单个神经细胞（或神经元）行为的研究。这就好比将大脑想象成一个巨大的时钟，如果能清楚每个齿轮的运作，就能弄懂个大脑。但与此同时，这并非仅仅与这个巨大时钟里的单个神经元有关，而是它的网络以一种非常动态、流畅的方式进行交互。

Miller 等人认为，这些相互作用的中心是协调一致的脑波。Miller 说：“振荡是大脑中最强大的信号，进化怎可能不利用这点优势呢？”

在 Miller 等人最新的三篇论文中，认为当Beta波和Gamma波这两种不同类型的脑波共同合作时，会对进入工作记忆的信息进行筛选。频率为30到80赫兹的Gamma波有助于协调来自我们感官的信息流——例如我们感受到的、看到的、和闻到的。相反，频率在12到30赫兹之间的Beta波是那些通过引导大脑向值得关注的感觉信号来帮助我们保持在任务上的信息。

这两种类型的大脑振荡都会参与一场神经的博弈对抗：当Beta波很强时，Gamma波就会变弱，反之亦然。Miller 和他的同事在猴子大脑中植入电极，让它们完成一项棘手的记忆任务，就是在同一时间内对几条不同的信息进行处理。在这项任务的进行过程中，研究人员检测到了这种此消彼长的效应，并将结果发表于1月26日的《自然通讯》期刊上。

研究人员还发现，这两种脑波产生于大脑的不同部位，为大脑如何自我集中提供了空间线索。在猴子的实验中表明，由Gamma波组织的感官信息会掠过大脑的表层。但更慢、且更具有目标导向的Alpha和Beta的混合波出现在更深层的大脑中。这种混合脑波实际上可以降低沿着大脑外部起伏的Gamma波的强度。在一篇发表于1月30日《美国国家科学院院刊》的论文提出，更深层的脑波会选择要予以关注的感官信息。

第三篇相关论文发表在2月7日的《神经元》期刊中，它展示了当猴子进行在计算机屏幕上匹配图案时，Gamma和Beta波之间会出现相似的相互作用。实验中的部分图案明显不同，但仍然属于同一类别，这对于猫或狗等动物来说都是一项比较简单的任务；也有些图案是更难分类的，例如要识别出同属于交通工具的火车和自行车，因此对它们的归类则需要更复杂的脑力工作。当猴子解开一个简单的归类问题时，Gamma波会占主导地位；但当需要进行更高级别的分类时，Beta波就开始慢慢占上风。

Miller 推测，Gamma和Beta波之间的相互作用可能就是大脑在信息出现超载问题时的解决方式。不断传入的感官信息会持续对大脑发起进攻，其中大部分是无意义的内容。大脑需要一种能让它知晓是否该忽略某些信息，但又抓住另一些信息的方式。这两种节律可能提供了一种对你在思考的事情进行意志控制的方式，让人能有意识地选择想要在意的信息。

在另一项对神经振荡的不同起伏的研究中，神经系统科学家 Charles Schroeder 发现，当神经振荡穿过大脑时，它们也可能影响到视觉信息。它很可能涉及到包括Theta波在内的许多不同类型的脑波，而这发生在当你的眼睛落在某个场景时的那一瞬，通常会持续大约0.2秒的时间。

当我们观察一个场景时，前半段的注视时间主要花在让视觉信息流入大脑中；但在注视时间的后半段，信息会逆向流动。携带着来自大脑指挥中心信号的不同神经元振荡，已做好将眼睛引向下一个目标的准备。据 Schroeder 称：“在移动眼睛之前的0.1秒内，大脑前部会出现这种令人难以置信的信号闪动，然后眼睛就移开了。这是一件多么戏剧性的事。”他们在猴子的大脑中发现了这个活动，并且最近，他们在植入电极用于治疗癫痫的人类患者脑内也检测到了这一现象。

但仍有一部分视觉研究员仍倾向于认为这只是噪声而无视这些振荡，他们认为理解大脑的关键在于单个神经元的活动，而不是由这些活动引起的集体波。Schroeder 认为，目前要说服人们相信大脑振荡具有功能仍然很困难。

加州大学伯克利分校的神经科学家 Robert Knight 说，对于脑波功能的争论可能还会持续很多年。他认为，信息的核心在于被神经元压缩的信号。但从他的实验室得到的研究结果让他相信，振荡可以帮助这些信号抵达正确的位置，以重要的方式让大脑的各个区域相连。他说：“必须存在某种能让不同大脑区域进行沟通的办法。而振荡所做的就是提供了一种传递机制。”而且振荡可以很快速地完成这种机制。

Knight 认为，人类大脑的运转速度非常快——我们可以在亚秒的量级上处理大量的信息，因此必须存在一些能塑造并控制这些信息的方法。而脑波就能通过暂时关闭一些不必要的交流线路，让大脑对额外信息进行调整。

Knight 和同事最近就发现当人类在进行许多任务时会出现快速的Gamma波，比如重复一些话时、回答与自己相关的问题时、以及区分男性和女性的面孔时。2017年12月，他们在《自然-人类行为》期刊报道了某种特定的Gamma波模式似乎可以预测人们何时能在上述这些任务中得到正确答案。他们推测Gamma波将大脑中需要将目标转化为行动的领域联系了起来。

如果振荡是大脑中至关重要的信息向导，那么当信息失真或丧失时，对它们进行改变或许就是有益的。在自闭症、帕金森症、抑郁症和焦虑症，甚至只是正常衰老等症状中，科学家都观察到了被改变的振荡。

一篇发表在2月6日的《自然通讯》期刊上的研究，暗示了调整这些节律的潜力。宾夕法尼亚大学的神经科学家 Youssef Ezzyat 及其同事研究了25名在大脑植入了电极的癫痫患者的记忆能力。研究人员给了他们一些单词列表，并开始通过电极监测他们在记忆这些单词时的神经振荡。他们使用一种计算机算法，来算出当某个单词可能被记住时出现的脑波组合，对不同的人，这种组合也略有不同。