大腦的奧秘①|人類大腦如何運作?真的只被使用了10%?

原標題:大腦的奧秘①|人類大腦如何運作?真的只被使用了10%?

大腦左右著生命個體對於自身、外界、空間和時間等各個維度的感知,神經系統損傷則可能帶來不同類型的困擾。當我們感知五彩繽紛的世界時,當我們沉浸在喜怒哀樂的情緒中或回溯記憶時,當抑鬱、焦慮、成癮、強迫症、自閉症困擾我們時,背後都有大腦運作的機理。

如何理解和應對這些令人感到棘手的腦疾病?情緒和記憶可以控制和編碼嗎?心靈感應什麼時候會實現?

本期問吧邀請復旦大學類腦智能科學與技術研究院博導肖曉,聊一聊關於人類大腦的奧秘。

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大腦運作中的奧秘

@吃了睡睡了吃:

睡著的時候,大腦還在運轉嗎?

肖曉:

沒錯,睡著的時候,大腦還在運轉。睡眠除了可以幫助記憶整理歸檔以外,還可以幫助抑制負面情緒。

有一個很有名的睡眠剝奪實驗,科學家把受試者分成兩組,一組正常睡眠,另一組進行睡眠剝奪,然後讓受試者們回憶之前看到的詞彙。研究人員發現正常睡眠的人大部分能夠完整回憶出之前記得的詞彙,但睡眠剝奪的受試者卻只能回憶出60%的詞彙,說明充足的睡眠有利於學習和記憶。

研究者還發現睡眠剝奪的受試者和睡眠充足的受試者相比,會遺忘大部分正面的詞彙(如幸福、開心、歡笑)和中性詞彙(如桌子、椅子、空調),而這些睡眠剝奪后的受試者對於負面詞彙(如生氣、咆哮、傷心、哭泣)的記憶能力與充足睡眠的受試者相比並沒有顯著差異,也就是說

沒得到充分睡眠會讓人更容易記得負面的東西。

睡眠的意義還在於可以讓不同的腦區之間實現相互溝通。在清醒時期,大腦會接受到很多來自外界的信息,這些信息本身是一種記憶,而信息還可能會引起我們產生正能量(正面的情緒)和負能量(負面的情緒),而這些正能量和負能量是屬於另一種記憶,我們又稱為情緒記憶。大腦中的杏仁核腦區(Amygdala)就是負能量的主要處理站之一,當大腦接收到恐懼情緒和厭惡情緒時候,杏仁核就會被激活。大腦中還有另一個區域叫做前額葉皮層(Prefrontal cortex, PFC),這個區域主要是幫助大腦處理來自外界的信息本身,比如工作記憶等等,屬於大腦中負責理性的區域。

研究發現,當人睡眠的時候,理性的前額葉皮層會被激活,並且開放一個叫下行抑制的通路(inhibitory top-down control),來負責抑制杏仁核腦區的活性,讓杏仁核處理的負面情緒不要繼續發酵放大,形成長時程記憶。所以睡眠的過程其實就是理智和情感的博弈,就是大腦增強理性記憶並且抑制負面情感的一個過程。前一晚睡不著覺時胡思亂想輾轉反側心痛到無法呼吸,美美地睡一覺以後頓覺神清氣爽,就是這個道理。

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@宛宛啊:

腦部是否也會釋放出垃圾?大腦怎樣完成清潔?

肖曉:

大腦和我們身體的其他器官一樣,由各種各樣的細胞組成,這些細胞隨時都在活動,它們分解能量、進行新陳代謝。在代謝的過程中會產生很多代謝產物,這些產物就需要通過一些途徑在大腦里原地分解掉,或者運送出大腦。除了細胞每天的新陳代謝外,細胞也會生老病死。生病的細胞會釋放出來一些有害的物質,也需要及時地處理,否則就會堆積產生更壞的效果。死亡的細胞一般會由另一些細胞進行分解和吞噬,在這個過程中也會產生一些碎片和雜質,這些都是需要進行清理的。所以我統一把它們稱為「腦部垃圾」。大腦內有一類細胞叫做膠質細胞,屬於大腦內的免疫系統,負責主要的清潔任務。大腦還有血管、淋巴管和大腦外的系統相連,可以通過這些途徑把廢物運送出去。還有大腦和脊髓中還有一種體液叫做腦脊液,他們在我們睡眠的時候會快速滲入腦細胞間隙,進行腦內廢物的運輸和清除。

@澎湃網友3UbMrm:

人類大腦真的只被開發或者使用了10%嗎?

肖曉:在腦科學領域,大腦是沒有開發度這一說的。人類大腦只被開發或使用了10%,這是一個確認的偽科學,大家千萬不要相信。

之所以會傳出這個謠言,最早是出自Karl Lashley的腦損傷研究,他用小動物做實驗,讓它們在迷宮裡面找出口,然後發現他切除腦區雖然會影響小鼠走迷宮的效率,但並不影響小鼠存活,這個實驗逐漸謠傳就變成了大腦只使用了10%。

實際上,大腦的每個部分我們都在使用,現代科學已經明確證實,每一個腦部區域都有其特定的功能,一點微小的損傷都會影響大腦的運作和正常功能。而且大腦基本上沒有休息的時候,就像我在睡眠問題的回答所說的,就算是睡覺的時候,大腦都有一定程度的活躍性,有些腦區的活躍性還非常強。

不過大腦也有一定的可塑性,所謂可塑性就是大腦為了主動適應和反映外界環境的各種變化,會發生一些結構和功能的改變,並維持一定時間。一般來說幼年大腦比成年大腦有更強的可塑性,更容易學習和記憶。

所以,在專業神經科學中,大腦可以通過可塑性進行微調,但並不存在還可以開發90%、變得有超能力這種情況。

怎樣保護腦健康

@澎湃網友YRzyUz:

請問缺覺真的會變笨嗎?是什麼原理呢?

肖曉:

這個問題可以分解成三個部分:缺覺,變笨,兩者相關性及其解釋。缺覺大致可以分為失眠(被動性)和睡眠剝奪(主動性)。

失眠專業上講叫睡眠障礙,有臨床診斷標準。

美國精神醫學協會在第五版精神障礙診斷手冊(Diagnostic and statistical manual of mental disorders-5,DSM-5)

中的臨床的診斷標準為:1、睡眠質量不佳導致睡眠障礙,其中包括:入睡困難,睡眠維持困難或者醒來無法入睡,每天無法持續入睡4個小時以上;2、睡眠障礙引起其他方面的不適,比如無法正常社交、工作、學習等;3、每周至少三天有睡眠障礙並且持續三個月以上;4、無法用其他睡眠障礙做出解釋,比如嗜睡症、呼吸障礙等;5、不是因為使用藥物產生的生理效應。覺得自己失眠的朋友們可以自檢一下,看看是不是真的達到了這個標準。

另一種就是使用一些手段達到不睡覺或睡眠不足的狀態,就是睡眠剝奪。睡眠剝奪雖然聽上去不太人道,但實際上是一個很好的控制變數的方法,運用於很多科學研究。可能還有不少朋友常常不眠不休的追劇、刷手機、打遊戲,也有意無意地對自己進行了睡眠剝奪。

接下來,再談談變笨。變笨專業點說就是智能(智力)降低,智力是個比較複雜的維度,包括很多不同的方面,測量的手段也很多。我們這裏就簡單粗暴的用認知能力來替代。認知能力就可以說得很具體了,主要包括感知能力、注意力、記憶力、反應力、思維能力、想像能力、情緒控制能力等等。

最後,就談談睡眠對認知能力的影響。已經有大量的實驗證據表明長時間的睡眠剝奪會導致多種生理狀態的改變,比如在動物實驗里會產生飲食量增加、抵抗力下降、興奮性提高、攻擊性增強、學習和記憶能力下降等等。對於人類,會表現出喜怒無常、情緒失控、注意力缺失、記憶力下降、反應力下降等等一系列認知障礙。

所以針對你的問題,簡單的結論就是缺覺會變笨。

關於原理,因為涉及到多種認知功能,所以其神經機制有一些差別。但簡單來說,睡眠的時候大腦並沒有閑著,是在進行各種歸檔整理工作。以記憶能力舉例,睡眠中的快速眼動(REM)期(我們睡醒后能回憶出的栩栩如生的夢就產生在這個階段)在睡眠時進行記憶存儲過程起到重要的作用。當人進入REM睡眠時,大腦分泌大量抑制性的膽鹼類神經遞質(Cholinergic Transmitter),這些膽鹼類遞質會增強海馬腦區(Hippocampus)和皮層腦區(Cortex)的聯繫,把暫存在海馬腦區中的短期信息記憶,移送到皮層進行長期儲存。這樣我們在日常生活中的記憶,就被儲存下來,可以供我們隨時調用。

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@澎湃網友iia6Vz:

如何長期保持腦部健康?

肖曉:

這個問題很大,又很重要,我們大部分腦研究的目的,就是希望能夠讓人類長期保持腦部健康。保持腦健康的方法既簡單又不簡單,除了遺傳因素外,最關鍵就是保持良好的生活狀態。

首先是保持規律的生活方式,比如按時吃飯、睡覺。足夠而健康的飲食才能保障大腦供能、補充營養,充足的睡眠能保證大腦有時間去清除腦部垃圾;其次是堅持運動,特別是戶外運動,以保證大腦獲得充足的氧氣,陽光照射也有益於維持大腦節律和生物鍾;然後盡量保證一定量的社交,增加與他人的溝通,不但能夠獲得情緒支持,多聊天多說話也能夠刺激大腦的活性;另外要保持積極樂觀的心態,減少壓力,壓力過大會分泌一些不健康的神經遞質損傷大腦,適當減負有益於大腦健康;

最後要勤思考、多動腦,大腦越用越好,總是閑置的大腦就會越來越消極怠工。所以,家裡有老年人的,鼓勵他們多打打麻將、打打牌,多和他們聊聊天,都是讓他們大腦激活起來的有效方式。

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