人类大脑,这一约 1.4 公斤重的果冻状组织,堪称已知宇宙里最为复杂的结构。约 860 亿个神经元在其中 “安营扎寨”,平均每个神经元都有着数以千计的突触,而每个突触又包含几百上千个蛋白质。神经元间借助生物电,进行着超乎想象的复杂信息交换与处理,进而催生了我们的思想、行为、记忆、感觉,以及对世界的种种体验。虽说目前我们对大脑的了解还相当有限,可科学家们对大脑的探索脚步从未停歇。最近,一项发表于《自然・人类行为》的研究成果引发了广泛关注 —— 科学家在扫描 100 名年轻人的大脑后,发现了一种神秘的螺旋信号,这究竟是怎么回事呢?咱们一起来一探究竟!
这项研究由复旦大学与悉尼大学的科学家团队共同开展,主要聚焦于探索大脑皮层的活动,以及这些活动对人类复杂认知功能的影响。研究人员挑选了 100 名年龄在 22 岁到 35 岁之间的志愿者,为啥选这个年龄段呢?原来是因为此阶段人类的大脑皮层相对稳定,基本不会受到生长发育或者衰老因素的干扰。
这个神秘的螺旋信号,本质上属于脑电波信号,是研究人员在运用功能性磁共振成像(fMRI)对志愿者进行脑部扫描时发现的。它们在二维平面上,呈现出螺旋状向外扩散、移动的态势。打个比方,这种螺旋信号就如同湍流里的旋涡,会朝着一个方向持续移动,直至碰上其他脑电波信号,或者抵达边界才 “罢休”。研究人员还发现,螺旋信号的出现并非毫无规律,而是与研究对象所处的不同状态紧密相关。
就比如说,当研究对象进入睡眠状态时,大脑皮层会 “冒出” 大量螺旋信号;而处于清醒状态时,这种信号的数量相对较少,不过却更具规律性。当研究对象回忆往事或者努力记忆某些信息时,大脑皮层产生的螺旋信号不仅数量增多,还变得更为复杂。要是研究对象情绪波动较大,情绪化的时候,大脑皮层产生螺旋信号的位置和数量也会发生相应变化 。
其实在过往,科学家们也曾发现大脑皮层中存在其他类型的神经活动模式,像振荡和行波,它们都能在一定程度上反映大脑皮层信息传输与处理的方式。振荡指的是神经元群体按照特定频率,同步地进行激活和抑制,呈现出一种周期性的变化;行波则是神经元群体以一定速度,沿着一个方向依次激活和抑制,形成线性移动。但螺旋信号和它们相比,有着更高的灵活性与复杂性。螺旋信号彼此之间会展开复杂的相互作用,在频率、速度、方向、位置、数量等多个方面都能灵活变化,并且还能与其他模式相互影响、转换。由此可见,螺旋信号很可能是一种更为高级的神经活动模式。
研究人员推测,这种神秘的螺旋信号或许是大脑调节信息流动与整合的一种机制。它能够在不同的时间尺度和空间尺度上,实现信息的同步与异步,从而完成信息的选择、增强、抑制、转换、组合等一系列关键功能。而这些功能对我们的认知功能起着至关重要的作用,能助力我们适应多样的环境与任务,处理各类信息与信号,积累丰富的知识和经验。
举个例子,当我们需要全神贯注、集中注意力时,螺旋信号会从大脑的后部,也就是感觉区域向前部的认知区域传播。这一过程或许能帮我们屏蔽无关信息,强化与当前任务相关的信息。再比如,当我们努力记忆或者回忆某些事情时,螺旋信号又会反其道而行之,从前部的认知区域向后部的感觉区域传播,这可能有助于激活并重建记忆痕迹。还有,当我们体验到愉悦、恐惧等情绪时,大脑皮层中与情绪处理相关的特定区域就会出现螺旋信号,并且信号数量还能体现情绪的强烈程度,信号越多,往往意味着情绪越强烈。这些螺旋信号可能充当了一座桥梁,将来自下层边缘系统的情绪信号传递到上层的皮层系统,实现情绪的认知化与调节。另外,螺旋信号的传播速度也会对我们的反应速度和准确度产生影响,传播速度越快,我们处理信息的效率和精度可能就越高。
参与研究的科学家表示,这种神秘的螺旋信号极有可能是影响我们认知功能的关键因素之一。但不得不说,目前我们对它的研究才刚刚起步,后续还得依靠大量的实验以及深入的理论研究,去进一步探索其本质,揭开隐藏在其中的奥秘。
大脑里这些神秘的螺旋信号,就像一把神秘的钥匙,或许能为我们打开深入了解大脑认知功能的大门。随着研究的不断深入,说不定未来某一天,我们真能彻底破解大脑的奥秘,那将会是多么令人震撼的事情啊!
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