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W公司无论你是在积极地执行任务,还是在健身房举重,或是做一次严格的检查,当神经元增强其电活动时,你大脑中执行任务所需的部分就会变得“活跃”。但是,即使你坐在沙发上,你的大脑也在活动吗?

研究人员发现,答案是肯定的。在过去的二十年里,他们定义了所谓的默认模式网络,一个大脑中看似无关的区域的集合,当你根本不做什么时,这些区域就会被激活。它的发现揭示了大脑在明确任务之外的功能,也促进了对大脑网络作用的研究,而不仅仅是大脑区域在管理我们的内部经验中的作用。

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20世纪末,神经科学家开始使用新技术拍摄人们在扫描仪中执行任务时的大脑图像。正如预期的那样,在任务执行期间,某些大脑区域的活动增加,而令研究人员惊讶的是,其他大脑区域的活性同时下降。神经学家们很感兴趣的是,在各种各样的任务中,同样的大脑区域不断地减少他们的活动。

就好像这些区域在人什么都不做的时候是活跃的,而当大脑不得不专注于外部事物时,这些区域就关闭了。

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你不能把交响乐团看作小提琴或双簧管。

研究人员称这些区域为“消极任务”马科斯·雷克利圣路易斯华盛顿大学医学院的神经学家,怀疑这些负任务区域在休息时的大脑中起着重要作用。“这引发了一个问题,‘什么是大脑的基线活动?’”莱奇勒回忆道。在一次实验中,他要求扫描仪中的人闭上眼睛,在他测量他们的大脑活动时,让他们的大脑随意走动。

他发现,在休息期间,当我们向内思考时,任务负区比大脑其他部分消耗更多的能量。在2001年的一篇论文中,他将这一活动称为“大脑功能的默认模式两年后,斯坦福大学医学院的一个团队在生成高分辨率数据后发现,这种负任务的活动定义了一个相互作用的大脑区域的连贯网络,他们称之为默认模式网络.

默认模式网络的发现引发了神经科学家对大脑在没有外向任务的情况下会做什么的好奇。尽管一些研究人员认为网络的主要功能是产生我们走神或做白日梦的体验,但还有很多其他猜测。也许它控制了意识流或激活了对过去经历的记忆。默认模式网络中的功能障碍被认为是几乎所有精神和神经疾病的潜在特征,包括抑郁症、精神分裂症和阿尔茨海默病。

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从那时起,对违约模式的一系列研究使最初的理解变得复杂起来。他说:“在过去20年里,看到默认模式网络所涉及的不同任务和范式的类型非常有趣。”卢西娜·乌丁他是洛杉矶加州大学的神经科学家。

默认模式是最早以科学为特征的大脑网络之一。它由少数大脑区域组成,包括一些位于大脑前部的区域,如背侧和腹侧内侧前额叶皮质,以及散布在器官各处的其他区域,如后扣带回、楔前叶和角回。这些区域与记忆、经验回放、预测、行动考虑、奖惩和信息整合有关。

身体内图像
点亮它:图中的彩色突出显示表明,当默认网络连接时,一些外部大脑区域变得更加活跃。信贷:Merrill Sherman/Quanta Magazine.

自发现以来,神经科学家大致确定了少数几个额外的不同网络,每个网络都激活大脑中看似不同的区域。这些被激活的区域并不是独立活动的,而是相互同步协调的。“你不能只把交响乐团看作小提琴或双簧管,”雷奇勒说。同样,在大脑网络中,各个部分相互作用,产生只能一起产生的效果。

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根据研究,默认模式网络的影响包括思维漫游、记忆过去的经历、思考他人的心理状态、展望未来和处理语言。虽然这看起来像是一个与认知无关的抓包梅农斯坦福认知与系统神经科学实验室主任最近提出理论,所有这些功能都可能有助于构建内部叙事在他看来,默认模式网络有助于你思考自己与他人的关系,回忆过去的经历,然后将所有这些总结成连贯的自我叙述。

身体内图像
默认检测器:2001年,神经学家马库斯·雷奇勒(Marcus Raichle)发现了大脑活动网络,这种网络在大脑游荡时激活,称之为大脑功能的“默认模式”。由马库斯·雷奇勒提供。

默认模式显然有点复杂;它涉及到许多不同的过程,无法准确描述。乌丁说:“认为我们会像‘这一个大脑区域或一个大脑网络只做一件事’这样的想法有点愚蠢。”。“我不认为它是这样工作的。”

Uddin开始研究默认模式网络,因为她对自我认知感兴趣,许多自我认知任务,例如识别自己的脸或声音,似乎都与该网络有关。近年来,她已将注意力转移到大脑网络之间的交互上。乌丁说,正如不同的大脑区域相互作用形成网络一样,不同的网络也以有意义的方式相互作用。“网络交互在某些方面比孤立的网络更能说明问题,因为它们确实一起工作,然后分裂,然后随着时间的推移改变它们正在做的事情。”

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她对默认模式网络如何与显著性网络,这似乎有助于我们在任何给定的时间识别最相关的信息。她的工作表明,显著性网络检测到什么时候有重要的事情需要注意,然后充当默认模式网络的关闭开关。

身体内图像
网络专家:神经科学家卢西娜·乌丁(Lucina Uddin)研究了不同的大脑网络(包括默认模式网络)是如何相互作用的。由Lucina Uddin提供。

研究人员还一直在研究抑郁等心理健康障碍是否与默认模式网络的问题有关。到目前为止,研究结果尚未得出结论。例如,在抑郁症患者中,一些研究人员发现网络节点连接过度,而其他人则发现相反的情况,即节点无法连接。在一些研究中,默认模式网络本身并没有异常,但它与其他网络的交互是异常的。这些发现可能看起来不相容,但它们与最近的研究结果一致,即抑郁症可能一系列不同的疾病出现类似症状的。

与此同时,梅农开发了他称之为三重网络理论它认为,默认模式网络、突显网络和第三种称为额顶网络的网络之间的异常交互可能导致精神健康障碍,包括精神分裂症、抑郁、焦虑、痴呆和自闭症。通常,当有人关注外部刺激时,默认模式网络的活动会减少,而其他两个网络的活动则会增加。梅农怀疑,这种网络间的推拉作用在患有精神病或发育障碍的人身上可能不一样。

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迪安娜·巴赫他在圣路易斯华盛顿大学研究精神疾病的神经生物学,对三重网络理论很感兴趣。她说,研究心理健康障碍患者的网络连接方式如何不同,可以帮助研究人员找到潜在的机制并开发治疗方法。然而,她认为网络互动本身并不能完全解释精神疾病。巴赫说:“我认为理解连通性差异是一个起点。”。“这不是终点。”

目前对默认模式网络的理解也肯定不是其终点。自发现以来,它促使神经科学家超越单个大脑区域的责任,思考大脑网络之间相互作用的影响。它促使许多人欣赏以内心为中心的思维活动——即使在我们做白日梦或休息时,我们的大脑也在努力工作,使之发生。

这篇文章是最初出版的在上  量子抽象博客。 

主要图片:Kristina Armitage/Quanta Magazine

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