中智正信
近 20 年來，核磁共振掃描技術當屬最前沿的觀測大腦的技術，這項技術在腦科學領域得到越來越廣泛的應用。藉助功能性核磁共振掃描的動態圖像，我們可以看到整個大腦表面會有一陣接著一陣的波動。這個波動就好像海面上此起彼伏的波浪一樣，每幾秒就會起伏一次。
造在幾十年前，就有科學家觀測到大腦這種超級慢的節律，但沒有人知道它究竟是什麼。核磁共振的數據往往包含著很多“噪音”，在早期的研究中，大部分研究者都會把這種超級慢波也當做噪音的一部分，把它簡單地忽略掉。
但就是在今年（2018）3月，發表在《神經元》雜誌上的最新研究中，來自美國華盛頓大學聖路易斯分校的研究者發現，超級慢波不僅不是噪音，而且可能是動物意識的體現。
這種超級慢波就好像是大海中的海浪一樣，就像關注大海上的船隻一樣，此前的研究關注點往往在於神經元本身的變化。之前科學家們就從來沒有想過，承載著這些船隻的海浪意味著什麼。而這個新的研究表明，大腦中的“海浪”其實在大腦協調自身複雜活動中扮演了關鍵性的角色，並且可能和意識直接相關。
我們的大腦擁有超過 1000 億個神經元，而這些數量龐大的神經元之間則有著相當精細的協調互動。
在千禧年剛剛開始時，Raichle 及其同事就發現了一個前人從來沒有注意過的現象——在人們在休息時，大腦會有大幅度的活動，這個活動就是現在被我們稱為的“大腦靜息態網絡活動”。
當時的發現讓科學家們明白，原來我們的大腦在不做特定的任務的時候也是高度活躍的。也就是說，當你在發呆，白日做夢或者休息的時候，你的大腦並沒有真正的也跟著閒下來。相反，這個時候大腦消耗的能量和你在做一道非常棘手的數學題時的消耗量是差不多的。
靜息態的大腦活動被揭開後，科學家們還觀測到了精神病人的大腦活動和普通人是有所不同的。儘管如此，無論是精神分裂症還是病人老年痴呆症病人，他們大腦活動無一例外的都出現了這種超級慢波。超級慢波不僅存在於人腦，科學家在猴子和老鼠的大腦掃描中，也發現了類似的慢波。
所以這種慢波究竟是不是核磁共振掃描特有的噪音呢？
在最新的這個研究中，Anish Mitra 博士和 Andrew Kraft 博士的團隊採用了兩種技術來觀測老鼠大腦的慢波活動：一種技術用來觀測單個神經元的活動；另外一種技術則用來觀測小老鼠大腦皮層逐層的電活動。
結果發現，小老鼠大腦皮層中的超級慢波發源於皮層的深處，並且這種慢波會以一種可預測的方式逐漸擴散開來。當慢波經過部分大腦區域時，這些區域的神經元的放電現象就會增強，而當慢波離開之後，神經元的放電又會減弱下來。更驚奇的是，即使小老鼠處於麻醉狀態，它們大腦的超級慢波仍舊存在著，但它的擴散方向變反了！
圖源：Spontaneous Infra-Slow Brain Activity has Unique Spatiotemporal Dynamics and Laminar Structure
Mitra 博士表示，超級慢波在大腦中的擴散方式和大量的行為有關，這其中就包括大腦的意識狀態。超級慢波在大腦中的這個緩慢移動過程能給大腦信號遠距離傳輸創造出短暫的機會，大腦中的超級慢波則可以在大尺度上協調大腦不同區域之間的活動。
超級慢波傳播路徑在意識狀態和無意識狀態中存在著如此巨大的改變，這很可能就意味著超級慢波是大腦運行的基礎。假如大腦的腦區可以是起伏大海上漂泊的小船，那麼大海的漣漪和洋流的方向自然就會影響到小船之間的信息傳遞以及船與船之間的協同合作。
參考文獻：
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
