神经系统科学家对人们的大脑进行了为期一周的观察,他们发现了大脑的混乱和稳定。
这项研究表明,我们的大脑处于混乱和稳定之间,这一发现可以用来帮助调整它们。

我们的大脑处于一种介于稳定和混乱之间的状态,因为它们帮助我们理解这个世界,根据志愿者在一周内的大脑活动记录。例如,当我们从读书到与朋友聊天时,我们的大脑从一种半稳定状态转换到另一种状态,但只是在以一种看起来完全随机的模式混乱地快速穿越多种其他状态之后。
了解我们的大脑如何在混乱之后恢复某种程度的稳定性,可以帮助我们找到如何治疗这两种疾病的方法。这项研究背后的神经科学家说,当一个人癫痫发作时,可能会发生太多的混乱,而太多的稳定性可能会让一个人陷入昏迷。
更好地理解正在发生的事情,有朝一日我们可以利用大脑刺激,使大脑进入两极之间的最佳位置。
脑部一周
大脑成像技术已经揭示了大脑如何工作的许多方面ーー但通过让一个人静静地躺在大脑扫描仪上半个小时,你能学到的东西有限。匹兹堡大学的阿夫尼埃尔•古曼(Avniel Ghuman)和麦克斯韦尔•王(Maxwell Wang)想知道长期内会发生什么。王说,毕竟,许多神经系统疾病的症状可以在数小时或数天内发展。为了更好地了解可能发生的情况,两人设计了一个实验,让他们观察大脑活动约一周。
Ghuman,Wang 和他们的同事求助于正在接受脑部手术的癫痫患者。一些患有严重或无法治疗的癫痫的人选择将触发癫痫发作的小部分大脑通过手术切除。在任何手术之前,他们可能会在大脑中植入电极一周左右。在此期间,这些电极监测大脑活动,以帮助外科医生精确定位他们的癫痫发作开始,并确定哪一部分大脑应该被切除。
研究人员招募了20名这样的志愿者参加他们的研究。每个人都被植入了10到15个电极,植入时间在3到12天之间。
两人收集了整个时期电极的录音。这些志愿者都在医院接受观察,但他们仍然每天做一些事情,比如吃饭、和朋友聊天、看电视或者读书。“我们对大脑在现实世界中的这些真实的、自然的行为所做的知之甚少,”古曼说。

混乱的边缘
研究小组在一周的时间里发现了一些令人惊讶的大脑活动模式。去年在圣地亚哥举行的神经科学学会年会上,研究人员展示了他们的发现。他们说,特定的大脑网络似乎在一种“舞蹈”中相互交流,一个区域似乎在“倾听”,而另一个区域似乎在“说话”。
虽然随着时间的推移,志愿者的大脑似乎在不同的状态之间传递,但他们是以一种奇怪的方式传递的。他们的大脑不是简单地从一种活动模式转移到另一种活动模式,而是在两种活动模式之间的几个其他状态之间快速移动,显然是随机的。当大脑从一个半稳定状态转移到另一个半稳定状态时,它似乎接受了混乱。
伦敦大学学院(UniversityCollegeLondon)的精神病学家和神经科学家里克•亚当斯(RickAdams)说,这是有道理的,他没有参与这项工作。“可能没有中央节点告诉大脑的其他部分该做什么,”他说。“这有点像摇动一个雪球ーー你引入一些随机变量,并相信如果它经历一系列配置,最佳配置会以某种方式出现。”
牛津大学的神经学家 Hayriye Cagnan 没有参与这项研究,他说: “有稳定的状态,也有不可预测的、不稳定的转变。”。她说,如果我们能够找出与健康大脑相关的模式,我们也许能够利用电刺激来治疗神经系统疾病。
这正是古曼所希望的。他说,大脑活动的健康模式“处于有序和无序的边缘”。“这可能是大脑的最佳位置。”
研究结果还没有告诉我们在自然环境中健康的大脑是什么样子的。毕竟,所有的志愿者都在医院里,等待脑部手术来治疗他们严重的癫痫。但是研究小组希望他们的研究能为解决这个问题提供第一步。
这种方法也可以帮助我们开发出更好的癫痫治疗方法。一些人选择在他们的大脑中植入电极,这种电极可以感知癫痫何时开始,并传递电脉冲来阻止癫痫发作。但这些设备并不完美。德克萨斯州休斯顿贝勒医学院的神经科学家凯利 · 比扬基(Kelly Bijanki)认为,如果它们能够识别这些混乱的转变,并将大脑推进到混乱与稳定之间,那么效果可能会更好。
在未来,Ghuman 和 Wang 希望使用同样的方法来发现儿童大脑中发生了什么,以及它是否与成年人的大脑活动有所不同。他们还希望更多地了解我们的大脑如何在一天或一周内发生变化,以及这种变化与我们身体的生理节奏有何关联。

脑电设备
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