7 月 3 日消息，我們稱之為腦電波的電振蕩已經(jīng)讓科學(xué)家和公眾們著迷了一個(gè)多世紀(jì)。但是人們?nèi)匀淮嬖跔?zhēng)議的是，它們是否具有功能還是說(shuō)只是像引擎的嗡嗡聲一樣僅僅代表著大腦的活動(dòng)。許多神經(jīng)科學(xué)家假設(shè)，如果腦電波具有功能，也是通過(guò)不同位置的同步振蕩實(shí)現(xiàn)的。然而隨著研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)許多腦電波事實(shí)上是像海浪一樣移動(dòng)的“行進(jìn)波”。
現(xiàn)在美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)最新研究，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家 Joshua Jacobs 提出，行進(jìn)波在人類的皮質(zhì)層中是很普遍的，而且會(huì)根據(jù)大腦執(zhí)行任務(wù)的表現(xiàn)程度顯示不同程度的組織性。這就表明，腦電波是與行為相關(guān)的，而且完全符合之前的研究。之前的研究提出，腦電波是重要但卻被忽視的大腦機(jī)制，對(duì)記憶、知覺(jué)、注意力甚至是意識(shí)都有著影響。
腦電波最早是通過(guò)腦電圖技術(shù)發(fā)現(xiàn)。研究人員已經(jīng)留意到一系列不同頻率的腦電波活動(dòng)。最慢的腦電波出現(xiàn)在深度睡眠狀態(tài)，而且隨著意識(shí)和注意力水平的提高不斷提升。破譯腦電圖數(shù)據(jù)是非常困難的，因?yàn)楹茈y確定腦電波活動(dòng)的位置，而且在大腦中的傳遞會(huì)讓信號(hào)變得模糊。這項(xiàng)最新研究借助了一種名為腦皮層電圖學(xué)（ECoG）的新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)直接將電極放置在大腦表面，讓信號(hào)扭曲最小化而且極大的提高了空間解析度。
科學(xué)家們已經(jīng)提出了許多觀點(diǎn)描述腦電波可能扮演的角色。一種主流理論認(rèn)為，同步振蕩將大腦不同位置的信息捆綁到一起來(lái)描述同一事件，比如說(shuō)一個(gè)物體的不同特征（形狀、色彩和運(yùn)動(dòng)等）。還有一種類似的觀點(diǎn)認(rèn)為它們能夠促進(jìn)不同區(qū)域間的信息傳遞。但是這些假設(shè)需要腦電波同步并且產(chǎn)生駐波，而不是行進(jìn)波。
但這是不可能的，因?yàn)樾羞M(jìn)波有著不同的特性，它們有可能代表著其它大腦區(qū)域過(guò)去狀態(tài)的信息。腦電波在大腦中的傳播與聲音在空氣中的傳播類似，這就使它們成為將信息在不同區(qū)域間傳遞的一種潛在機(jī)制。
這些觀點(diǎn)已經(jīng)存在了數(shù)十年時(shí)間，但是大部分神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家很少在意它們。一種可能的原因是在此之前大多數(shù)行進(jìn)波的報(bào)告僅僅描述了這種波而沒(méi)有確定它們的意義。索爾克生物研究所的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家 Terry Sejnowski 稱：“如果你詢問(wèn)一般的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家的話，他們會(huì)說(shuō)這是一種附帶現(xiàn)象，就像引擎的一種嗡嗡聲。而且由于從未有人將其直接與任何行為或者功能聯(lián)系到一起，因此它并未被認(rèn)為是一種重要的東西�！�
研究人員所使用的研究工具或許也有一定的關(guān)系。現(xiàn)在的主流神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家借助針狀微電極研究神經(jīng)元行為時(shí)探索到腦電波的起源。這一領(lǐng)域的先驅(qū)者們?cè)谝豁?xiàng)試驗(yàn)中留意到神經(jīng)元發(fā)送腦電波的時(shí)間不同于其它神經(jīng)元。他們推斷這一時(shí)間必然是重要的，并且將多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)結(jié)合到一起獲得了一個(gè)“平均腦電波發(fā)送率”。這也成為量化神經(jīng)活動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)方式，但是神經(jīng)元的周期循環(huán)可能帶來(lái)變異性，因此研究人員習(xí)慣性的忽視了揭露行進(jìn)波所需要的時(shí)間信息。
Sejnowski 稱，這種概念框架來(lái)自于單一神經(jīng)元的活動(dòng)，但是大腦功能事實(shí)上是通過(guò)無(wú)數(shù)神經(jīng)元的交互作用完成。由于行進(jìn)波是由大腦中的許多神經(jīng)元活動(dòng)構(gòu)成的，應(yīng)用于單神經(jīng)元的技術(shù)是探測(cè)不到它們的。但是在過(guò)去十年里出現(xiàn)的新技術(shù)已經(jīng)能夠讓我們同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)神經(jīng)元。Sejnowski 稱：“這就為我們打開了另外一扇門。我們第一次有工具和技術(shù)了解其中真正發(fā)生的事情，但是想要被已經(jīng)固化的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域所接受還需要一代人的努力�！�
壓敏著色等光學(xué)方法讓研究人員能夠同時(shí)看到數(shù)千神經(jīng)元中的電變化，但是這些方法由于存在風(fēng)險(xiǎn)而無(wú)法應(yīng)用在人類身上。腦皮層電圖技術(shù)通常用在癲癇患者身上來(lái)檢查癲癇疾病。因此進(jìn)行這項(xiàng)最新研究的科學(xué)家招募了 77 位植入皮層腦電圖電極的癲癇患者，并且對(duì)行進(jìn)波進(jìn)行探索。他們首先尋找以相同頻率振動(dòng)的電極群，然后通過(guò)分析振動(dòng)的時(shí)間評(píng)估哪些電極群真正代表著行進(jìn)波。
接下來(lái)研究團(tuán)隊(duì)給測(cè)試者一項(xiàng)記憶任務(wù)，并且當(dāng)測(cè)試者被提示回想記憶信息時(shí)，他們額葉和顳葉的行進(jìn)波變得更具組織性。這些腦電波從向各個(gè)方向前進(jìn)轉(zhuǎn)變成大多數(shù)方向一致。重要的是，這種趨勢(shì)變化與他們的反應(yīng)速度具有相關(guān)性。Jacobs 稱：“任務(wù)表現(xiàn)越好腦電波就更一致。這就表明我們發(fā)現(xiàn)了一種測(cè)量大腦活動(dòng)的新方法，這項(xiàng)研究也有可能帶來(lái)新的腦機(jī)接口技術(shù)�！�
這些發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)能夠幫助一些研究人員消除對(duì)這種腦電波重要性的懷疑。比利時(shí)勒芬大學(xué)的一位心理學(xué)家 David Alexander 稱：“這項(xiàng)研究對(duì)于皮層行進(jìn)波的研究是一項(xiàng)巨大的貢獻(xiàn)，增加了我們對(duì)它們?cè)谌祟愓J(rèn)知中扮演角色的了解。這項(xiàng)研究真的會(huì)讓人們消除這些腦電波只是在頭部傳遞的模糊信號(hào)的擔(dān)憂�！钡撬瑫r(shí)也認(rèn)為，這篇研究論文的作者對(duì)這些發(fā)現(xiàn)的新奇性做出了不正當(dāng)?shù)呐卸�，而且并未承認(rèn)之前的一些研究。
他聲稱，之前對(duì)行進(jìn)波的研究已經(jīng)表明它們?cè)谟洃浫蝿?wù)中能夠被誘發(fā)。他指出 2002 年的一項(xiàng)腦電波研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 波方向逆轉(zhuǎn)的時(shí)間與記憶表現(xiàn)有著相關(guān)性。有趣的是，他在 2008 年的一項(xiàng)腦電波研究中發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)出現(xiàn)一次精神分裂癥的人們與健康個(gè)體相比，在記憶任務(wù)中，腦電波從前向后移動(dòng)的數(shù)量更少。這就表明行進(jìn)波表現(xiàn)的差異與精神癥狀之間存在關(guān)聯(lián)。
他也宣稱，研究團(tuán)隊(duì)評(píng)估行進(jìn)波的方法類似于他在 2016 年一項(xiàng)研究中所使用的方法。Jacobs 稱：“Alexander 的研究真的非常有趣，但是我們并不清楚他的研究發(fā)現(xiàn)是否與我們的研究涉及的是同一種信號(hào)。他的報(bào)告稱涉及到整個(gè)大腦區(qū)域，而我們的發(fā)現(xiàn)僅局限于特定的區(qū)域�！彼仓赋�，兩項(xiàng)研究的信號(hào)記錄技術(shù)和記錄的信號(hào)特性之間也存在差異。
確定行進(jìn)波的重要性為神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了新的方向。Jacobs 稱：“發(fā)現(xiàn)如此廣泛的振蕩源自于行進(jìn)波，表明它們參與到大腦不同區(qū)域的協(xié)調(diào)活動(dòng)。這些發(fā)現(xiàn)也為研究打開了新的研究領(lǐng)域，比如說(shuō)讓我們了解這種協(xié)調(diào)的構(gòu)成等�！彼J(rèn)為行進(jìn)波能夠傳遞信息，至少目前的研究結(jié)論是這樣的。
還有另外一個(gè)理論認(rèn)為，行進(jìn)波通過(guò)不斷的在皮質(zhì)層來(lái)回移動(dòng)，調(diào)節(jié)神經(jīng)元的敏感度，就好像在大腦虛擬信息處理區(qū)域穿梭的注意力探照燈。Sejnowski 稱：“行進(jìn)波的概念與你如何維持皮質(zhì)層對(duì)其它輸入信息最敏感的狀態(tài)有關(guān)。人們對(duì)于行進(jìn)波的興趣毫無(wú)疑問(wèn)也將繼續(xù)增長(zhǎng)。你現(xiàn)在所看到的只是從一個(gè)概念框架向另外一種全新框架的轉(zhuǎn)變。這是一種思考模式的轉(zhuǎn)移�！保ㄟ^(guò)客）
原標(biāo)題：“Traveling” Brain Waves May Be Critical for Cognition