当你放空时，大脑在忙些什么？
Nora Bradford 开智学堂
作者：Nora Bradford 来源：Quanta Magazine
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每当你专注于某项任务，比如在健身房举重或参加一场艰难的考试，大脑中负责完成这项任务的区域就会“活跃”起来，因为神经元的电活动会显著增加。那么，当你懒散地躺在沙发上发呆时，大脑还会保持活跃吗？
研究表明，答案是肯定的。在过去二十年间，科学家发现了一个被称为默认模式网络 （default mode network）的脑区集合。这些看似彼此无关的脑区会在你“无所事事”时被激活。
默认模式网络的发现不仅揭示了大脑在非任务状态下的运作方式，还促使研究者开始关注大脑网络（而非单个脑区）在管理内在体验中的作用。
20 世纪后期，神经科学家开始利用新型脑成像技术，观察人们在执行任务时的大脑活动。正如预期的那样，某些脑区在任务期间变得更加活跃。然而，令研究人员感到意外的是，另一些脑区的活动却同时减少。更有趣的是，无论参与者执行什么任务，这些脑区的活动总是会一致地下降。
这似乎表明，当人处于放空状态时，这些脑区是活跃的，而当注意力转向外界时，它们的活动就会“关闭”。
研究人员将这些区域称为“任务负区”（task negative）。当这些区域首次被发现时，圣路易斯华盛顿大学医学院的神经学家马库斯·雷奇尔（Marcus Raichle）猜测，这些任务负区可能在大脑的休息状态中起着重要作用。
他回忆道：“这引发了一个问题：‘什么是大脑的基线活动？’”在一项实验中，他要求受试者在扫描仪中闭上眼睛，放松思维，同时记录他们的大脑活动。
雷奇尔发现，在休息状态下，当我们将注意力转向内在思维时，任务负区的能量消耗比大脑其他区域更高。在 2001 年的一篇论文中，他将这种现象称为“大脑的默认模式”（default mode of brain function）。
两年后，斯坦福大学医学院的一支研究团队通过更高分辨率的数据发现，这种任务负活动实际上构成了一个由多个脑区相互协作形成的网络，他们将其命名为“默认模式网络”（default mode network）。
默认模式网络的发现让神经科学家们对大脑在没有专注于外部任务时的活动产生了浓厚兴趣。虽然有研究者认为，这个网络的主要功能是让我们产生心灵漫游或白日梦的体验，但也有其他多种假说。例如，它可能与控制意识流或激活过去的记忆有关。
此外，研究者还提出，默认模式网络的功能异常可能与多种精神和神经系统疾病有关，比如抑郁症、精神分裂症和阿尔茨海默病。
自那以后，关于默认模式的研究如雨后春笋般涌现，这让人们对它的初步认识变得更加复杂。“过去 20 年里，研究人员发现了各种任务和实验范式如何激活默认模式网络，这一过程非常有趣，”加州大学洛杉矶分校的神经科学家露西娜·乌丁（Lucina Uddin）表示。
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默认模式网络是科学家首次描绘的大脑网络之一。它由一些关键的大脑区域组成，包括位于大脑前部的背内侧前额叶皮层和腹内侧前额叶皮层，以及分布在其他部位的后扣带皮层、楔前叶和角回。这些区域与记忆、经验重现、未来预测、行动评估、奖励与惩罚的处理，以及信息整合密切相关。
图中彩色标注的部分显示了默认模式网络激活时，某些大脑外部区域的活动增强。
自从默认模式网络被发现以来，神经科学家还大致确定了其他几个独特的脑网络，这些网络能够激活看似分散的大脑区域。这些区域并不是独立工作的，而是像交响乐团一样协调运作。
“就像你不能把交响乐团只看作小提琴或双簧管的表演，”赖希尔（Raichle）解释道，同样，在大脑网络中，各部分通过协同作用，产生单独无法实现的效果。
根据研究，默认模式网络的功能包括让人走神、回忆过去的经历、揣测他人的心理状态、设想未来以及处理语言。
虽然这些功能看起来彼此毫无关联，维诺德·梅农（Vinod Menon，斯坦福大学认知与系统神经科学实验室主任）最近提出了一个理论，认为这些功能可能都在帮助我们构建内心的自我叙事。在他看来，默认模式网络让我们能思考自己与他人的关系，回忆过去的经历，并将这些内容整合成一个连贯的“自我故事”。
2001 年，神经学家马库斯·雷奇尔发现了一种大脑活动网络，当人们走神时会被激活，他将其称为大脑功能的“默认模式”。
默认模式网络显然参与了许多复杂的认知活动，这些活动很难用简单的方式概括。“要认为某个大脑区域或大脑网络只负责一件事，这种想法有点可笑，”乌丁说。“我不认为大脑是这样运作的。”
乌丁最初研究默认模式网络是因为她对“自我识别”感兴趣。很多与自我识别相关的任务（比如识别自己的面孔或声音）似乎都与默认模式网络有关。近年来，她的研究重点转向了大脑网络之间的交互。
正如大脑的不同区域会彼此协作形成网络一样，不同的网络之间也会以复杂而有意义的方式相互作用。乌丁解释说：“研究网络之间的交互，有时候比单独研究某个网络更能揭示问题，因为这些网络会协同工作，然后分离开来，并随着时间的推移不断调整它们的功能。”
她对默认模式网络（default mode network）与显著性网络（salience network）之间的相互作用特别感兴趣，因为这种相互作用似乎能帮助我们在任何时刻快速识别出最重要的信息。她的研究表明，显著性网络会在发现需要注意的重要信息时发出信号，同时抑制默认模式网络的活动。
神经科学家露西娜·乌丁（Lucina Uddin）专注于研究默认模式网络等不同脑网络的交互机制。
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研究人员还在探索心理健康障碍（如抑郁症）是否与默认模式网络的异常有关。不过，目前的研究结果尚无定论。例如，有研究发现抑郁症患者的网络节点之间连接过于紧密，但也有研究得出了相反的结论——即节点之间连接不足。
此外，还有一些研究表明，默认模式网络本身并没有异常，但它与其他脑网络的交互却存在问题。尽管这些结果看似矛盾，但它们与近期的一个观点一致：抑郁症可能并不是单一疾病，而是由一系列不同的疾病组成，这些疾病有着相似的症状表现。
与此同时，梅农（Menon）提出了一个名为“三重网络理论”（triple network theory）的假说。他认为，默认模式网络、显著性网络和前顶叶网络（frontoparietal network）之间的异常相互作用可能会导致一系列心理健康障碍，包括精神分裂症、抑郁症、焦虑症、痴呆症和自闭症。
通常情况下，当人们专注于外部刺激时，默认模式网络的活动会减弱，而显著性网络和前顶叶网络的活动则会增强。梅农推测，这种网络之间的动态平衡在患有精神或发育障碍的人群中可能会被打破。
圣路易斯华盛顿大学的迪安娜·巴奇（Deanna Barch）专注于研究心理疾病的神经生物学。她对“三网理论”表现出了浓厚的兴趣。她认为，研究心理健康障碍患者的脑网络连接方式有何不同，可以帮助研究人员发现疾病的潜在机制，并开发新的治疗方法。
然而，她也指出，仅靠研究网络之间的相互作用还不足以全面解释心理疾病。“我认为，理解脑网络的连接差异只是一个起点，”巴奇说，“它并不是终点。”
对默认模式网络的研究显然也还远未结束。自其被发现以来，这一领域促使神经科学家从研究单一脑区的功能，转向关注脑网络之间的交互作用。同时，它也让人们意识到，即使在我们发呆或休息时，大脑依然在默默地高效运作。■