相持不下的爭論：腦波，有用嗎？

在大腦中，存在著我們看不見的腦電活動。這些腦波是由在大腦周圍大量存在神經細胞的協調發射而產生的，他們可以從大腦的前部傳到後部，從大腦深處傳到頭皮。

這種腦電活動被稱為神經元振蕩。有意思的是，科學家發現這些信號的出現會伴隨著著特定的心理狀態。當我們進入深度睡眠或麻醉狀態時，腦中遊盪著的是最緩慢的Delta波；稍快於它的是在做夢時或者處理簡單日常問題時的Theta波；冥想的僧人腦中穿過的就是安靜的Alpha波，這是第一個被發現的神經元振蕩；激烈交談時腦中的電波起伏是更快一點的Beta波；最快速的Gamma波則出現在敏銳的思考過程中。

○ 不同類型的腦波。| 圖片來源：C.CHANG

我們不禁好奇，這些波是否有特別的用途？如果有，那用途為何？這一直是研究人員爭論不休的課題。

有些科學家認為它們並沒有什麼用，是單個神經細胞在發送信息時產生的不可避免的副產物，重要的是信號本身而不是腦波。他們相信腦波只是集體神經行為的結果，僅此而已。但越來越多的證據表明情況應該正好相反：腦波才是大腦運作的關鍵，在需要協作的「相隔遙遠的」大腦區域之間傳送信息。

麻省理工學院的神經系統科學家 Earl Miller 就認為腦波是大腦運作的重要組成部分。為此，他開展了多項研究搜集證據以支持自己的觀點。最近，他的一些研究表明，大腦振蕩能用一種讓大腦能選擇要關注或忽略哪些信號的方式，從而巧妙的運送信息。

這個觀點得到了其它研究的支持。例如在一項研究中，科學家在被植入了電極的人腦中發現，腦波及腦波間的相互作用有助於激發人類的情感、語言、以及視覺等功能。

也有研究表明，當腦波異常時，智力也會受到損害。例如，對大腦如何使用腦波的詳細研究，能提高通過微弱電擊以調節大腦內信號的可能性。這種腦波干預措施可以作為治療記憶問題和精神疾病的一種方法，一些早期嘗試已證明這可以提高人們的記憶力。

對腦波的相關見解的產生也得益於神經科學將目光轉向對單個神經細胞（或神經元）行為的研究。這就好比將大腦想像成一個巨大的時鐘，如果能清楚每個齒輪的運作，就能弄懂個大腦。但與此同時，這並非僅僅與這個巨大時鐘里的單個神經元有關，而是它的網路以一種非常動態、流暢的方式進行交互。

Miller 等人認為，這些相互作用的中心是協調一致的腦波。Miller 說：「振蕩是大腦中最強大的信號，進化怎可能不利用這點優勢呢？」

在 Miller 等人最新的三篇論文中，認為當Beta波和Gamma波這兩種不同類型的腦波共同合作時，會對進入工作記憶的信息進行篩選。頻率為30到80赫茲的Gamma波有助於協調來自我們感官的信息流——例如我們感受到的、看到的、和聞到的。相反，頻率在12到30赫茲之間的Beta波是那些通過引導大腦向值得關注的感覺信號來幫助我們保持在任務上的信息。

這兩種類型的大腦振蕩都會參與一場神經的博弈對抗：當Beta波很強時，Gamma波就會變弱，反之亦然。Miller 和他的同事在猴子大腦中植入電極，讓它們完成一項棘手的記憶任務，就是在同一時間內對幾條不同的信息進行處理。在這項任務的進行過程中，研究人員檢測到了這種此消彼長的效應，並將結果發表於1月26日的《自然通訊》期刊上。

研究人員還發現，這兩種腦波產生於大腦的不同部位，為大腦如何自我集中提供了空間線索。在猴子的實驗中表明，由Gamma波組織的感官信息會掠過大腦的表層。但更慢、且更具有目標導向的Alpha和Beta的混合波出現在更深層的大腦中。這種混合腦波實際上可以降低沿著大腦外部起伏的Gamma波的強度。在一篇發表於1月30日《美國國家科學院院刊》的論文提出，更深層的腦波會選擇要予以關注的感官信息。

第三篇相關論文發表在2月7日的《神經元》期刊中，它展示了當猴子進行在計算機屏幕上匹配圖案時，Gamma和Beta波之間會出現相似的相互作用。實驗中的部分圖案明顯不同，但仍然屬於同一類別，這對於貓或狗等動物來說都是一項比較簡單的任務；也有些圖案是更難分類的，例如要識別出同屬於交通工具的火車和自行車，因此對它們的歸類則需要更複雜的腦力工作。當猴子解開一個簡單的歸類問題時，Gamma波會佔主導地位；但當需要進行更高級別的分類時，Beta波就開始慢慢佔上風。

Miller 推測，Gamma和Beta波之間的相互作用可能就是大腦在信息出現超載問題時的解決方式。不斷傳入的感官信息會持續對大腦發起進攻，其中大部分是無意義的內容。大腦需要一種能讓它知曉是否該忽略某些信息，但又抓住另一些信息的方式。這兩種節律可能提供了一種對你在思考的事情進行意志控制的方式，讓人能有意識地選擇想要在意的信息。

在另一項對神經振蕩的不同起伏的研究中，神經系統科學家 Charles Schroeder 發現，當神經振蕩穿過大腦時，它們也可能影響到視覺信息。它很可能涉及到包括Theta波在內的許多不同類型的腦波，而這發生在當你的眼睛落在某個場景時的那一瞬，通常會持續大約0.2秒的時間。

當我們觀察一個場景時，前半段的注視時間主要花在讓視覺信息流入大腦中；但在注視時間的後半段，信息會逆向流動。攜帶著來自大腦指揮中心信號的不同神經元振蕩，已做好將眼睛引向下一個目標的準備。據 Schroeder 稱：「在移動眼睛之前的0.1秒內，大腦前部會出現這種令人難以置信的信號閃動，然後眼睛就移開了。這是一件多麼戲劇性的事。」他們在猴子的大腦中發現了這個活動，並且最近，他們在植入電極用於治療癲癇的人類患者腦內也檢測到了這一現象。

但仍有一部分視覺研究員仍傾向於認為這只是雜訊而無視這些振蕩，他們認為理解大腦的關鍵在於單個神經元的活動，而不是由這些活動引起的集體波。Schroeder 認為，目前要說服人們相信大腦振蕩具有功能仍然很困難。

加州大學伯克利分校的神經科學家 Robert Knight 說，對於腦波功能的爭論可能還會持續很多年。他認為，信息的核心在於被神經元壓縮的信號。但從他的實驗室得到的研究結果讓他相信，振蕩可以幫助這些信號抵達正確的位置，以重要的方式讓大腦的各個區域相連。他說：「必須存在某種能讓不同大腦區域進行溝通的辦法。而振蕩所做的就是提供了一種傳遞機制。」而且振蕩可以很快速地完成這種機制。

Knight 認為，人類大腦的運轉速度非常快——我們可以在亞秒的量級上處理大量的信息，因此必須存在一些能塑造並控制這些信息的方法。而腦波就能通過暫時關閉一些不必要的交流線路，讓大腦對額外信息進行調整。

Knight 和同事最近就發現當人類在進行許多任務時會出現快速的Gamma波，比如重複一些話時、回答與自己相關的問題時、以及區分男性和女性的面孔時。2017年12月，他們在《自然-人類行為》期刊報道了某種特定的Gamma波模式似乎可以預測人們何時能在上述這些任務中得到正確答案。他們推測Gamma波將大腦中需要將目標轉化為行動的領域聯繫了起來。

如果振蕩是大腦中至關重要的信息嚮導，那麼當信息失真或喪失時，對它們進行改變或許就是有益的。在自閉症、帕金森症、抑鬱症和焦慮症，甚至只是正常衰老等癥狀中，科學家都觀察到了被改變的振蕩。

一篇發表在2月6日的《自然通訊》期刊上的研究，暗示了調整這些節律的潛力。賓夕法尼亞大學的神經科學家 Youssef Ezzyat 及其同事研究了25名在大腦植入了電極的癲癇患者的記憶能力。研究人員給了他們一些單詞列表，並開始通過電極監測他們在記憶這些單詞時的神經振蕩。他們使用一種計算機演算法，來算出當某個單詞可能被記住時出現的腦波組合，對不同的人，這種組合也略有不同。

○實驗中，對大腦中某些點（紅點）的精確定時刺激，提高了他們記憶單詞列表的能力；刺激其他位置（藍色）導致更糟的記憶表現。| 圖片來源：Y. EZZYAT ET AL/NATURE COMMUNICATIONS 2018

當那些良好表現的信號喪失時，研究人員就會向大腦發送一個短的電流。而這種微量的激發可以提高他們的表現。

但 Ezzyat 也警告說，我們離通過操縱腦波來治療大腦疾病還有很長的路要走。但他們的研究正在不斷取得進展，並且他與其他許多神經系統科學家的研究結果都強有力的證明了——腦波不僅僅是一種無用的波動。

撰文：LAURA SANDERS

編譯：糖獸

原文首發於https://www.sciencenews.org/article/brain-waves-may-focus-attention-and-keep-information-flowing。中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。

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