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當人什麼都不做的時候，大腦在做什麼

知友：楊釩

（900+ 贊同，基礎心理學博士，喬治城大學神經科學博士後，心理學、神經科學，話題的優秀回答者，知乎編輯推薦，收錄於知乎圓桌）

看到這個問題，普通讀者的第一反應會是：人都在休息了，那麼大腦肯定也在休息唄。

二十一世紀以前的科學家們多數也是這麼認為的。當時對大腦的功能存在兩個觀點，一種是大腦是反應性的（reflexive），大腦活動是對內外界環境的即時需求做出的反應（

即大腦沒有任務的時候就在休息

另一種觀點認為大腦的活動是內在的、固有的（intrinsic），包括保持信息以對信息做出解釋和反應，及預測環境的需求（

即大腦從不休息

然而隨著神經成像技術的進步，第二種觀點成為了目前的主流。正電子發射斷層掃描（PET）和功能性核磁共振成像（fMRI）技術的發展可以讓我們觀察到大腦在不同狀態下的新陳代謝水平和腦血流量的變化（這兩個指標與能量消耗有關）。

結果發現，大腦雖然只佔體重的 2%，卻要消耗 20% 的能量，而且由於環境需要引起的能量消耗只佔其中的 5%。即在無外界刺激的條件下，大腦仍要消耗大量能量（Raichle, 2006）。

從神經生理的角度上說，約有 60% 到 80% 的大腦能量消耗用於神經元及相關細胞之間的信息傳遞，神經元間的信號傳遞主要是在突觸中完成的，然而有研究表明，在大腦中僅有 10% 的突觸用來處理來自外部世界信息。

這一結果進一步印證了大腦能量消耗的主要來源不是由外界刺激引起的。

那麼這些能量都用到哪裡去了呢？關於大腦的內在活動的研究仍在進行當中，目前可以推斷的是其中一大部分的能量用在維持功能相似的腦區之間的信息傳遞。下面是相關的研究結果。

1.

fMRI 研究發現，大腦中存在一個默認狀態網路（default mode network, DMN），這個網路在休息狀態下是持續激活的，但是在任務狀態下它的活性卻比休息狀態下低。

Raichle（2001）認為這個網路當中的扣帶後回和楔前葉持續性的收集我們身邊的信息，但是當需要完成任務的時候，這種廣泛的信息收集就被消減了。

這兩個腦區接收到信息需要在內側前額皮層中接受評估以確定這些信息的重要性，所以內側前額皮層在休息狀態也是激活的。

也就是說，

人們即使是在「無任務狀態（靜息態）時，大腦也會隨時接受並評估周圍的信息，以及時面對即將到來的危險（具有進化意義）。

2.

通過功能連接性研究發現（fMRI 研究的一種分析方法：通過腦區之間的活性變化的相關性來衡量這些腦區是否能構成一個功能相似網路，見下圖B，C。圖片來自（Raichle，2011），除了 DMN 之外，靜息態大腦中還存在一些其它功能相關的腦區組成的腦網路（見下圖 D）。

且這些腦網路與相關任務狀態下激活的腦網路是一致的。這一結果表明靜息態的腦功能連接也許能幫助人們在任務狀態下更好的完成任務，靜息態的這種大腦活動模式可能是一種準備狀態。

3.

上述這些腦區網路甚至在無意識狀態下（麻醉狀態和睡眠早期）也是存在的，這也從側面證明了這一內在活動與潛意識、白日夢無關。

4.

這些腦區網路內的連接性強弱與經驗、年齡以及疾病有關。相關經驗甚至是行為表現都與相應的腦區網路的連接強度成正相關，Di（2012）研究發現專業羽毛球運動員靜息態的小腦功能連接和額-頂控制網路功能連接比普通人強，這與運動員平衡能力和手眼協調能力的增強有關。

另外大腦的功能連接性隨著個體進入老年期而下降，且 DMN 連接異常被證實是老年痴呆症的主要特徵之一。

5.

Finn（2015）的研究非常炫酷，該研究發現雖然人類的大腦網路是大致相同的，但是個體的大腦激活模式中有部分是特異於其他人的。這一特異性甚至可以當作「指紋」來用。

該研究的數據來自與人類大腦連接組計劃（the Human Connectome Project），這份數據中有 126 個被試的 2 次靜息態（R1，R2）以及 4 個不同任務態（WM，工作記憶；Mt，運動任務；Lg，語言任務；Em，情緒任務）下的大腦功能連接性數據（下圖a）。

該研究結果是：給予計算機任一狀態下單個被試大腦的功能連接性矩陣，計算機都可以在其它狀態下的矩陣資料庫中找出這個被試（準確率在 54% 到 94% 之間，R1 中找 R2 或者 R2 中找 R1 準確率最高）。

除此之外，該研究還發現大腦連接狀態還與個體的認知行為表現甚至流體智力有關。

總結：即使人在什麼都不做的情況下，大腦也沒有在休息，

大腦中的功能網路仍然保持著它們固有的功能連接性並消耗了大量的能量，且功能連接性的強弱與個體的認知行為表現有關。可以預見的是，通過足夠的訓練可以改變大腦網路的功能連接性

。

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