缺乏“留白”可能会降低大脑可塑性

创作时间:

2025-01-22 02:32:04

作者:

@小白创作中心

缺乏“留白”可能会降低大脑可塑性

Via：Pixabay

你正静静地坐着，突然，你的大脑不受外界影响，完全进入了另一个世界--也许是最近的一段经历，也许是一段陈年往事。

以上描述的经历都暗示着你刚刚做了一个白日梦。然而，尽管这种体验无处不在，神经科学家们却一直无法了解在白日梦时大脑内部发生了什么。

如今，一项发表在《自然》杂志上的由哈佛大学医学院的研究人员领导小鼠研究，使我们在解答这个问题上又向前迈进了一步。

研究人员追踪了小鼠在安静清醒状态时大脑视觉皮层神经元的活动。他们发现，这些神经元偶尔会以类似于小鼠观察实际图像时的模式进行活动，这表明小鼠可能在思考某些图像，换言之，它们可能正在做白日梦。此外，研究还发现，小鼠在一天中最初几次做白日梦时的神经活动模式，能够预测大脑对图像的反应如何随时间变化。

这项研究提供了令人兴奋的初步证据，显示白日梦可能塑造了大脑对未来遇到的事物的反应。研究小组提醒，这种联系还需要更多研究来证实，但研究结果提供了一个耐人寻味的线索：在安静清醒的状态下做白日梦可能在大脑的可塑性中发挥作用，也就是说大脑具有重塑自己以适应新体验的能力。

“我们想知道这种白日梦过程是如何在神经生物学层面上发生的，以及这些安静思考的时刻是否会对学习和记忆产生重要影响。”哈佛大学医学院布拉瓦特尼克研究所的神经生物学博士生、研究的第一作者Nghia Nguyen如是说。

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一个被忽视的大脑区域

科学家们花费大量时间研究海马体中的神经元是如何重放过去的事件以形成记忆和绘制物理环境地图的。海马体是大脑中形状像海马的区域，在记忆形成和空间导航中扮演着关键角色。

相比之下，对包括视觉皮层在内的其他脑区神经元重放的研究却很少。这些研究将为我们了解视觉记忆是如何形成的提供有价值的见解。

本研究的资深作者、贝斯以色列女执事医疗中心医学教授兼哈佛大学医学院神经生物学教授马克·安德曼（Mark Andermann）说："我的实验室开始关注我们能否从视觉皮层中记录足够多的神经元，以了解小鼠究竟在记忆什么，然后将这些信息与大脑可塑性联系起来。"

在这项新研究中，研究人员反复向小鼠展示两幅图像中的一幅，每幅图像都由不同的灰色方格和黑白斑驳的方格组成。在两幅图像之间，小鼠要花一分钟时间观察灰色屏幕。研究小组同时记录了视觉皮层中大约 7000 个神经元的活动。

研究人员发现，当小鼠观察图像时，神经元会以特定的模式发射信号，这些模式的不同足以让小鼠分辨出图像一和图像二。更重要的是，当小鼠注视图像之间的灰屏时，神经元有时会以类似但不完全相同的模式发射，就像小鼠注视图像时一样，这表明小鼠正在对图像做白日梦。这些白日梦只有在小鼠放松时才会出现，表现为小鼠的行为平静，瞳孔较小。

不出所料，小鼠对最近看到的图像做的白日梦更多。在一天开始时，它们做的白日梦比一天结束时更多，因为它们已经观看过每幅图像多次。

但研究人员接下来的发现完全出乎意料。

在一天当中，以及在不同的日子里，小鼠观看图像时的活动模式发生了变化--神经科学家称之为 "表象漂移"。然而，这种漂移并不是随机的。随着时间的推移，与图像相关的模式变得更加不同，直到每种模式都涉及到几乎完全独立的一组神经元。值得注意的是，小鼠在一天中最初几次做白日梦时观察到的图像模式，预示了它们未来观看图像时的神经活动模式。

马克·安德曼教授解释说：“随着时间的推移，大脑对同一图像的反应会发生漂移，而这些早期的白日梦活动可以预测这种漂移的方向。”

最后，研究人员发现，视觉皮层的白日梦与海马体的重放活动同时发生，这表明这两个大脑区域在白日梦中进行了交流。

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坐着做白日梦

根据这项研究的结果，Nghia Nguyen提出了一个假设，认为这些白日梦可能积极参与了大脑的可塑性过程。

他解释道：“当你多次看到两种不同的图像时，区分它们变得非常重要。我们的研究结果表明，白日梦可能会引导与这两幅图像相关的神经模式相互远离，从而促进这一区分过程。”

Nguyen补充说，学会区分不同的图像对小鼠来说应该有助于将来对每幅图像做出更具体的反应。

这些发现与越来越多关于啮齿动物和人类的证据相一致，这些证据表明，在经历某种体验后进入安静清醒状态，可以提高学习和记忆能力。

研究人员接下来的计划是使用他们的成像工具来观察视觉皮层中单个神经元之间的连接，研究当大脑“看到”图像时，这些连接是如何变化的。

安德曼教授表示：“我们一直在追寻那99%尚未被探索的大脑活动。结果发现视觉皮层中有如此丰富的内容，却鲜少为人所知。”

人的白日梦是否涉及视觉皮层的类似活动模式是一个未决问题，答案需要更多的实验来揭晓。不过，有初步证据表明，人类在回忆视觉图像时会发生类似的过程。

哈佛大学索斯兰家族心理学和神经科学教授兰迪·巴克纳（Randy Buckner）的研究表明，当人们被要求回忆一幅图像的细节时，视觉皮层的大脑活动会增加。其他研究也记录了在这种回忆过程中视觉皮层和海马体的电活动。