在大腦中，存在著我們看不見的腦電活動(dòng)。這些腦波是由在大腦周圍大量存在神經(jīng)細(xì)胞的協(xié)調(diào)發(fā)射而產(chǎn)生的，他們可以從大腦的前部傳到后部，從大腦深處傳到頭皮。

這種腦電活動(dòng)被稱為神經(jīng)元振蕩。有意思的是，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些信號(hào)的出現(xiàn)會(huì)伴隨著著特定的心理狀態(tài)。當(dāng)我們進(jìn)入深度睡眠或麻醉狀態(tài)時(shí)，腦中游蕩著的是最緩慢的Delta波；稍快于它的是在做夢(mèng)時(shí)或者處理簡(jiǎn)單日常問(wèn)題時(shí)的Theta波；冥想的僧人腦中穿過(guò)的就是安靜的Alpha波，這是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)元振蕩；激烈交談時(shí)腦中的電波起伏是更快一點(diǎn)的Beta波；最快速的Gamma波則出現(xiàn)在敏銳的思考過(guò)程中。

○不同類型的腦波。

我們不禁好奇，這些波是否有特別的用途？如果有，那用途為何？這一直是研究人員爭(zhēng)論不休的課題。

有些科學(xué)家認(rèn)為它們并沒有什么用，是單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞在發(fā)送信息時(shí)產(chǎn)生的不可避免的副產(chǎn)物，重要的是信號(hào)本身而不是腦波。他們相信腦波只是集體神經(jīng)行為的結(jié)果，僅此而已。但越來(lái)越多的證據(jù)表明情況應(yīng)該正好相反：腦波才是大腦運(yùn)作的關(guān)鍵，在需要協(xié)作的“相隔遙遠(yuǎn)的”大腦區(qū)域之間傳送信息。

麻省理工學(xué)院的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家EarlMiller就認(rèn)為腦波是大腦運(yùn)作的重要組成部分。為此，他開展了多項(xiàng)研究搜集證據(jù)以支持自己的觀點(diǎn)。最近，他的一些研究表明，大腦振蕩能用一種讓大腦能選擇要關(guān)注或忽略哪些信號(hào)的方式，從而巧妙的運(yùn)送信息。

這個(gè)觀點(diǎn)得到了其它研究的支持。例如在一項(xiàng)研究中，科學(xué)家在被植入了電極的人腦中發(fā)現(xiàn)，腦波及腦波間的相互作用有助于激發(fā)人類的情感、語(yǔ)言、以及視覺等功能。

也有研究表明，當(dāng)腦波異常時(shí)，智力也會(huì)受到損害。例如，對(duì)大腦如何使用腦波的詳細(xì)研究，能提高通過(guò)微弱電擊以調(diào)節(jié)大腦內(nèi)信號(hào)的可能性。這種腦波干預(yù)措施可以作為治療記憶問(wèn)題和精神疾病的一種方法，一些早期嘗試已證明這可以提高人們的記憶力。

對(duì)腦波的相關(guān)見解的產(chǎn)生也得益于神經(jīng)科學(xué)將目光轉(zhuǎn)向?qū)蝹€(gè)神經(jīng)細(xì)胞（或神經(jīng)元）行為的研究。這就好比將大腦想象成一個(gè)巨大的時(shí)鐘，如果能清楚每個(gè)齒輪的運(yùn)作，就能弄懂個(gè)大腦。但與此同時(shí)，這并非僅僅與這個(gè)巨大時(shí)鐘里的單個(gè)神經(jīng)元有關(guān)，而是它的網(wǎng)絡(luò)以一種非常動(dòng)態(tài)、流暢的方式進(jìn)行交互。

Miller等人認(rèn)為，這些相互作用的中心是協(xié)調(diào)一致的腦波。Miller說(shuō)：“振蕩是大腦中最強(qiáng)大的信號(hào)，進(jìn)化怎可能不利用這點(diǎn)優(yōu)勢(shì)呢？”

在Miller等人最新的三篇論文中，認(rèn)為當(dāng)Beta波和Gamma波這兩種不同類型的腦波共同合作時(shí)，會(huì)對(duì)進(jìn)入工作記憶的信息進(jìn)行篩選。頻率為30到80赫茲的Gamma波有助于協(xié)調(diào)來(lái)自我們感官的信息流——例如我們感受到的、看到的、和聞到的。相反，頻率在12到30赫茲之間的Beta波是那些通過(guò)引導(dǎo)大腦向值得關(guān)注的感覺信號(hào)來(lái)幫助我們保持在任務(wù)上的信息。

這兩種類型的大腦振蕩都會(huì)參與一場(chǎng)神經(jīng)的博弈對(duì)抗：當(dāng)Beta波很強(qiáng)時(shí)，Gamma波就會(huì)變?nèi)?，反之亦然。Miller和他的同事在猴子大腦中植入電極，讓它們完成一項(xiàng)棘手的記憶任務(wù)，就是在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)幾條不同的信息進(jìn)行處理。在這項(xiàng)任務(wù)的進(jìn)行過(guò)程中，研究人員檢測(cè)到了這種此消彼長(zhǎng)的效應(yīng)，并將結(jié)果發(fā)表于1月26日的《自然通訊》期刊上。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這兩種腦波產(chǎn)生于大腦的不同部位，為大腦如何自我集中提供了空間線索。在猴子的實(shí)驗(yàn)中表明，由Gamma波組織的感官信息會(huì)掠過(guò)大腦的表層。但更慢、且更具有目標(biāo)導(dǎo)向的Alpha和Beta的混合波出現(xiàn)在更深層的大腦中。這種混合腦波實(shí)際上可以降低沿著大腦外部起伏的Gamma波的強(qiáng)度。在一篇發(fā)表于1月30日《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》的論文提出，更深層的腦波會(huì)選擇要予以關(guān)注的感官信息。

第三篇相關(guān)論文發(fā)表在2月7日的《神經(jīng)元》期刊中，它展示了當(dāng)猴子進(jìn)行在計(jì)算機(jī)屏幕上匹配圖案時(shí)，Gamma和Beta波之間會(huì)出現(xiàn)相似的相互作用。實(shí)驗(yàn)中的部分圖案明顯不同，但仍然屬于同一類別，這對(duì)于貓或狗等動(dòng)物來(lái)說(shuō)都是一項(xiàng)比較簡(jiǎn)單的任務(wù)；也有些圖案是更難分類的，例如要識(shí)別出同屬于交通工具的火車和自行車，因此對(duì)它們的歸類則需要更復(fù)雜的腦力工作。當(dāng)猴子解開一個(gè)簡(jiǎn)單的歸類問(wèn)題時(shí)，Gamma波會(huì)占主導(dǎo)地位；但當(dāng)需要進(jìn)行更高級(jí)別的分類時(shí)，Beta波就開始慢慢占上風(fēng)。

Miller推測(cè)，Gamma和Beta波之間的相互作用可能就是大腦在信息出現(xiàn)超載問(wèn)題時(shí)的解決方式。不斷傳入的感官信息會(huì)持續(xù)對(duì)大腦發(fā)起進(jìn)攻，其中大部分是無(wú)意義的內(nèi)容。大腦需要一種能讓它知曉是否該忽略某些信息，但又抓住另一些信息的方式。這兩種節(jié)律可能提供了一種對(duì)你在思考的事情進(jìn)行意志控制的方式，讓人能有意識(shí)地選擇想要在意的信息。

在另一項(xiàng)對(duì)神經(jīng)振蕩的不同起伏的研究中，神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家CharlesSchroeder發(fā)現(xiàn)，當(dāng)神經(jīng)振蕩穿過(guò)大腦時(shí)，它們也可能影響到視覺信息。它很可能涉及到包括Theta波在內(nèi)的許多不同類型的腦波，而這發(fā)生在當(dāng)你的眼睛落在某個(gè)場(chǎng)景時(shí)的那一瞬，通常會(huì)持續(xù)大約0.2秒的時(shí)間。

當(dāng)我們觀察一個(gè)場(chǎng)景時(shí)，前半段的注視時(shí)間主要花在讓視覺信息流入大腦中；但在注視時(shí)間的后半段，信息會(huì)逆向流動(dòng)。攜帶著來(lái)自大腦指揮中心信號(hào)的不同神經(jīng)元振蕩，已做好將眼睛引向下一個(gè)目標(biāo)的準(zhǔn)備。據(jù)Schroeder稱：“在移動(dòng)眼睛之前的0.1秒內(nèi)，大腦前部會(huì)出現(xiàn)這種令人難以置信的信號(hào)閃動(dòng)，然后眼睛就移開了。這是一件多么戲劇性的事。”他們?cè)诤镒拥拇竽X中發(fā)現(xiàn)了這個(gè)活動(dòng)，并且最近，他們?cè)谥踩腚姌O用于治療癲癇的人類患者腦內(nèi)也檢測(cè)到了這一現(xiàn)象。

但仍有一部分視覺研究員仍傾向于認(rèn)為這只是噪聲而無(wú)視這些振蕩，他們認(rèn)為理解大腦的關(guān)鍵在于單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，而不是由這些活動(dòng)引起的集體波。Schroeder認(rèn)為，目前要說(shuō)服人們相信大腦振蕩具有功能仍然很困難。

加州大學(xué)伯克利分校的神經(jīng)科學(xué)家RobertKnight說(shuō)，對(duì)于腦波功能的爭(zhēng)論可能還會(huì)持續(xù)很多年。他認(rèn)為，信息的核心在于被神經(jīng)元壓縮的信號(hào)。但從他的實(shí)驗(yàn)室得到的研究結(jié)果讓他相信，振蕩可以幫助這些信號(hào)抵達(dá)正確的位置，以重要的方式讓大腦的各個(gè)區(qū)域相連。他說(shuō)：“必須存在某種能讓不同大腦區(qū)域進(jìn)行溝通的辦法。而振蕩所做的就是提供了一種傳遞機(jī)制。”而且振蕩可以很快速地完成這種機(jī)制。

Knight認(rèn)為，人類大腦的運(yùn)轉(zhuǎn)速度非?？?mdash;—我們可以在亞秒的量級(jí)上處理大量的信息，因此必須存在一些能塑造并控制這些信息的方法。而腦波就能通過(guò)暫時(shí)關(guān)閉一些不必要的交流線路，讓大腦對(duì)額外信息進(jìn)行調(diào)整。

Knight和同事最近就發(fā)現(xiàn)當(dāng)人類在進(jìn)行許多任務(wù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)快速的Gamma波，比如重復(fù)一些話時(shí)、回答與自己相關(guān)的問(wèn)題時(shí)、以及區(qū)分男性和女性的面孔時(shí)。2017年12月，他們?cè)凇蹲匀?人類行為》期刊報(bào)道了某種特定的Gamma波模式似乎可以預(yù)測(cè)人們何時(shí)能在上述這些任務(wù)中得到正確答案。他們推測(cè)Gamma波將大腦中需要將目標(biāo)轉(zhuǎn)化為行動(dòng)的領(lǐng)域聯(lián)系了起來(lái)。

如果振蕩是大腦中至關(guān)重要的信息向?qū)?，那么?dāng)信息失真或喪失時(shí)，對(duì)它們進(jìn)行改變或許就是有益的。在自閉癥、帕金森癥、抑郁癥和焦慮癥，甚至只是正常衰老等癥狀中，科學(xué)家都觀察到了被改變的振蕩。

一篇發(fā)表在2月6日的《自然通訊》期刊上的研究，暗示了調(diào)整這些節(jié)律的潛力。賓夕法尼亞大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家YoussefEzzyat及其同事研究了25名在大腦植入了電極的癲癇患者的記憶能力。研究人員給了他們一些單詞列表，并開始通過(guò)電極監(jiān)測(cè)他們?cè)谟洃涍@些單詞時(shí)的神經(jīng)振蕩。他們使用一種計(jì)算機(jī)算法，來(lái)算出當(dāng)某個(gè)單詞可能被記住時(shí)出現(xiàn)的腦波組合，對(duì)不同的人，這種組合也略有不同。

○實(shí)驗(yàn)中，對(duì)大腦中某些點(diǎn)（紅點(diǎn)）的精確定時(shí)刺激，提高了他們記憶單詞列表的能力；刺激其他位置（藍(lán)色）導(dǎo)致更糟的記憶表現(xiàn)。|圖片來(lái)源：Y.EZZYATETAL/NATURECOMMUNICATIONS2018

當(dāng)那些良好表現(xiàn)的信號(hào)喪失時(shí)，研究人員就會(huì)向大腦發(fā)送一個(gè)短的電流。而這種微量的激發(fā)可以提高他們的表現(xiàn)。

但Ezzyat也警告說(shuō)，我們離通過(guò)操縱腦波來(lái)治療大腦疾病還有很長(zhǎng)的路要走。但他們的研究正在不斷取得進(jìn)展，并且他與其他許多神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家的研究結(jié)果都強(qiáng)有力的證明了——腦波不僅僅是一種無(wú)用的波動(dòng)。