大腦「嗡嗡作響」的腦電波，竟有意想不到的作用
我們看不見它，但是大腦嗡嗡作響了電子活動。腦電波是由聚集在大腦周圍的大量神經細胞協同放電而產生的。這些波可以從大腦的前部跳到後部，或者從深層結構一直跳到頭皮，然後再彈回來。
這些信號被稱為神經元波動，伴隨著特定的精神狀態。安靜的α波在冥想僧侶的大腦中舒緩地蕩漾著。β波在激烈的談話中起伏不定。快速γ波伴隨著敏銳的洞察力。緩慢的δ波使沉睡者安靜下來，而做夢者則轉換成稍快的θ波。
長期以來，研究人員一直在爭論這些波是否有目的，以及這些目的可能是什麼。一些科學家認為，波是不可避免的，但卻是無用的，是由單個神經細胞發出的真正重要的信號的副產品。波僅僅是集體神經行為的結果，僅此而已，這一觀點是成立的。但越來越多的證據表明恰恰相反：腦電波不是重要信號的副產品，而是決定大腦如何運作的關鍵，它將信息傳遞給需要協同工作的遙遠的大腦區域。
麻省理工學院(MIT)的厄爾·米勒(Earl Miller)是神經科學家，他收集的證據表明，波是大腦運作方式的重要組成部分。他最近的研究表明，大腦的波動巧妙地傳遞信息，使大腦能夠選擇注意世界上哪些信號，忽略哪些信號。
其他研究也支持這一觀點。對植入大腦電極的人進行的研究表明，腦電波及其相互作用有助於激發情感、語言、視力等等。研究發現，當這些波不正常時，腦力就會受到影響。對大腦如何使用這些波的詳細觀察，增加了用電推動來調整信號的可能性--例如，這種干預可能用於治療，從而糾正記憶問題和精神疾病。早期的嘗試已經改善了人們的記憶力。
這些關於腦電波的見解與神經科學的一種轉變相吻合，神經科學從把大腦縮小到單個神經細胞或神經元的行為的觀點轉向了另一種觀點。這就像把大腦想像成「一個巨大的時鐘，如果你計算出每一個齒輪，你就會發現大腦。」米勒說，「但是這不僅僅是一個巨大時鐘中的單個神經元。它是網路以一種非常動態、流暢的方式相互作用。」
米勒和其他人認為，這些互動的核心是協調的腦電波。米勒說：「波動振蕩是大腦中最強大的信號。進化怎麼可能沒有利用這一點呢？」
在最近的三篇論文中，米勒和他的同事認為，兩種不同類型的腦電波--β波和γ波--一起工作，有選擇地選擇使其進入工作記憶的信息。每秒循環30到80次（30到80赫茲）的γ波有助於協調從我們的感官中流進來的信息--我們感覺、看到和聞到的東西。相反，較慢的12到30赫茲的β波是通過引導大腦朝著值得注意的感官信號來幫助我們完成任務的信息。
這兩種類型的大腦波動都會引起神經波動：當β波強時，類似於有立體感的爆破聲，γ波就會弱，就像音量被調下來一樣，反之亦然。米勒和他的同事們在植入電極的猴子的大腦中看到了這種推拉動作，因為這些猴子完成了一項棘手的記憶任務，一項需要猴子同時在大腦中記住幾條信息的任務。這些結果於1月26日在《自然通訊》上進行了描述。米勒說：「在所有這些複雜的決定點上，你都可以看到β波和γ波在以一種你所期望的方式在控制工作記憶。」
研究人員還發現，這兩種波是在大腦的不同部位產生的，為大腦如何聚焦自身提供了空間線索。猴子的實驗顯示，由γ波組織的感官信息，會掠過大腦的淺層。但是更慢、更有目標導向的波，也就是α波和β波的混合波，更深地存在於大腦中。而那些速度較慢、更深的波實際上可以降低γ波的強度。研究人員在1月30日的「美國國家科學院院刊」上提出，更深層的波正在選擇哪些感官信息予以關注。
第三篇論文發表在2月7日的「神經元」(Neuron)上，當猴子在電腦屏幕上匹配圓點圖案時，它顯示了γ波和β波之間的類似相互作用。有些圖案是明顯不同的，但仍然屬於同一類別，一個簡單的任務類似於知道狗和貓都是動物的類型。其他時候，這些模式更難分類，需要更複雜的腦力勞動，類似於知道火車和自行車都是交通工具。當猴子們想出一個簡單的類別時，γ波就出現了。但當需要更高層次的分類時，β波開始滾動。
米勒猜測，γ波和β波之間的相互作用可能是大腦解決信息過載問題的方式。傳入的感官信息不斷轟擊大腦，其中大部分內容毫無意義。大腦需要一種方法來弄清楚它是否應該忽略磨損的襯衫的感覺，但是要注意電話鈴響。米勒說，這兩種節奏可能提供了一種「意志控制你思考的方式」，允許一個人有意識地選擇要帶給你的信息。
位於紐約州奧蘭治堡的內森·S·克萊恩精神病學研究所的神經科學家查爾斯·施羅德(Charles Schroeder)說，波動也可能在大腦中影響視覺信息。他和同事們正在研究一種與米勒最近描述的不同的波動起伏。這可能涉及到許多不同種類的波，包括θ波，並且發生在瞬間，當你的眼睛停留在一個場景--暫停通常持續約200毫秒。
當你看一個場景時，盯著看的前一半時間都花在了流入大腦的視覺信息上。但在這段時間接近尾聲時，「信息流逆轉了，」施羅德說。不同的神經元波動攜帶來自大腦指揮中心的信號，準備引導眼睛到下一個點。施羅德說：「實際上，在你移動眼睛前十分之一秒內，大腦前部就會出現令人難以置信的網路活動閃光，然後眼睛就會移動。這真的是一件戲劇性的事情。」施羅德和他的同事已經在猴子的大腦中發現了這種作用，最近，在作為癲癇治療的一部分而植入電極的人中也發現了這種現象。
但是一些視覺研究人員仍然認為這些波動是噪音，他們相信單個神經元的活動是理解大腦的關鍵，而不是這種活動所產生的集體波。施羅德說：「仍然很難讓人們相信大腦波動是有功能的。」
加州大學伯克利分校的神經學家和神經學家羅伯特·奈特(Robert Knight)說，未來幾年，研究人員可能會就腦電波的功能展開爭論。他認為，信息的核心是神經元發出的信號。但他在實驗室的工作使他確信，振動有助於這些信號到達正確的位置，以重要的方式連接大腦的各個區域。他說：「你必須有一種讓大腦區域進行交流的方法。波動所起的作用是提供一種路由機制。」
他說，波動能很快做到這一點。人類的大腦速度快得令人難以置信。奈特說：「我們正在處理大量的亞秒級時間段的信息。你必須有一些方法來塑造它，控制它。」他說，波通過暫時關閉不必要的通訊線路，給大腦提供了一種排除無關信息的方法。
奈特和他的同事最近在工作中發現了快速γ波，因為人們做了各種各樣的工作，包括重複單詞，回答關於自己的問題，以及區分男性和女性的面孔。2017年12月，研究小組在「自然-人類行為」(NatureHumanBehavior)雜誌上報告說，某種γ波模式似乎可以預測人們何時能在這些任務上得到正確答案。研究小組懷疑，γ波將大腦中將目標轉化為行動所需的區域連接起來。
如果波動是大腦中重要的信息路由器，那麼當信息被扭曲或丟失時，改變它們可能是有益的。在自閉症、帕金森氏症、抑鬱症和焦慮症等疾病中，甚至在正常的衰老過程中，都觀察到了波動的改變。
2月6日發表在「自然通訊」上的一項研究暗示了調整這些規律的潛力。賓夕法尼亞大學的神經學家Youssef Ezzyat和他的同事研究了25人的記憶能力，他們將電極植入大腦作為癲癇治療的一部分。
當研究人員給出要記住的單詞列表時，電極監測神經波動。然後，計算機演算法計算出哪些腦電波可以指示一個人何時可能記住這個詞，這是一個人與人之間略有不同的分類。
Ezzyat說：「當這些良好的表現信號缺失時，研究人員給大腦帶來了短暫的電流，一點微調修正方向。」而這些微調提高了性能。
Ezzyat警告說，具體而言，操縱腦電波來治療大腦還有很長的路要走。但他和同事們正在取得一些進展。與此同時，他的研究結果和其他人的研究結果都是一個強有力的信號，表明腦電波不僅僅是一種無聊的嗡嗡聲。
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