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生活需要小变化,大脑也是

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  文献:Waschke, Leonhard, et al. "Behavior needs neural variability." Neuron (2021).

  DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.01.023

  作者:Veronica

  封面:Little Red Ants SG - Lra Mogra

  2020年的一场瘟疫改变了我们每一个人的生活方式,也改变了我们的认知:原本以为不可克服的困难,最终都是可以想办法解决的。人类强大的适应能力让我们能游刃有余地应对生活中不期而至的变化。你或许不喜欢改变,但你是否知道,我们对外界变化的适应能力,在很大程度上归功于大脑的变化本身。

  
在神经生物学的研究中,大致存在三种基于变化的描述:1)基于方差的,比如神经信号在一段时间内方差,标准差;2)基于频率的,比如脑波震荡在数学上可以理解为频率上的变化量;3)基于信息论的,比如熵值——相比之下,不断重复出现的神经信号熵值小,不可预测的神经信号熵值大。

  

  
越来越多的研究表明,这些神经信号的波动(neural variability)并不一定是噪声,它们与我们的行为息息相关。在工作记忆有关的试验中,神经信号的波动越大,往往认知行为的表现越好。比如在一个脸部识别任务中,McIntosh等人发现,神经信号波动越大,受试者识别面部的准确性越高,反应时间越稳定。

  有意思的是,同一个受试者神经信号的波动情况在不同的任务中表现很一致,呈现特质(trait-like)一般的反应。在另一组试验中,年长、表现不稳定的受试者通过功能性磁共振所测得的BOLD信号标准差都小于年轻、表现稳定的受试者,而且他们的信号标准差的大小在不同组的试验中都保持一致的趋势,就好比人不同的特质,有的沉静内敛,有的开朗活泼。

  当然,神经信号的波动也随不同情况的变化而变化,呈现特定状态时(state-like)的反应,比如不同的唤醒(arousal)水平,不同的注意程度,不同的任务需求,和不同的行为策略都会影响神经波动。最典型的例子是,高唤醒水平的受试者常常伴有低频脑电波信号强度的降低。不仅如此,受试者注意力集中时也伴有低频脑电波信号强度的降低,这种低频脑波信号降低的现象常常被称为“去同步化(desynchronization)”,可以理解为神经信号的波动值增大。我们常说的alpha-脑波就是一种低频脑波,当你不同脑区的alpha脑波的同步增强,神经信号波动变小的时候,我敢肯定你一定是走神了。除此之外,如果一个任务需要你处理更多的感官信息,造成更大的认知负荷时,神经信号的波动值也会相应增高。

  

  - Waschke et al., Neuron -

  神经信号的波动与行为的联系到底是如何产生的?目前我们依然无从得知。它们的相关性研究很多,因果关系却很少被建立。无论如何,这些研究证明了大脑的波动并不是“噪音”,相反,这甚至是件好事,证明你“更年轻,更专注,有更强的工作记忆力”

  

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