我们的大脑在清醒状态下的思维活动可以分为两种类型,第一种是需要实时处理外部世界所带来的感官输入刺激的思维活动,比如:打篮球、滑雪、跳街舞等需要多感觉系统参与的活动;第二种则是无需即时的外部输入,仅依赖于大脑内部已有信息的思维“活动”,比如:走神、思考人生意义、回忆最近一次自己的社死现场,或者是一段精神内耗。当然这两种工作模式并不互斥,尤其是对于一些简单重复的劳动,大脑在处理外界输入刺激的同时也会思考晚饭吃什么等一系列活动。但不失一般性的,我们仍可以清晰地基于思维活动是否实时地由外界信息激发来区分两者。
在认知心理学中,前者是以任务为中心的工作模式,而后者则被认为是大脑的静息态。注意这里的静息态并不是指大脑不再运转,而只是不接受外部刺激的状态。因为实验学家并没有方法去控制或消除被试者的自发思维活动(因为来自实验学家的指令也属于外界刺激;另外, 睡眠则是一种完全不同的状态,不在考虑范围内),甚至多数被试者也无法控制自己的胡思乱想(冥想高手除外)。
也正因为静息态下的大脑存在各种复杂的神经活动信号,所以长期以来它仅被作为认知心理学实验中的控制组,而非对照组,其信号数据也因此长期缺乏深入的分析与研究。自1980年起,认知心理学家巧妙地利用实验设计,配合当时的脑成像技术——正电子发射断层扫描(PET),以及后来发展的功能性核磁共振技术(fMRI)量化了大脑活动强度随时空的变化,开展了大量的脑科学研究。但是由于心理学实验中的任务差异性往往涉及多种复杂的神经活动,实验对照组的设计需要尽可能的控制变量,因此也需要完成一些子任务,而不是直接使用大脑的静息态信号。
图1.人类大脑的默认模式网络,摘自(Lu et. al., 2012)
直到1997年,Shulman等人意外发现了PET实验中控制组大脑活动的信号在不同的视觉任务中所展现出的统一规律,并最终在2001年由华盛顿大学医学院的Raichle等人在PNAS(某顶级学术期刊)上发表了一篇重磅研究(被引次数高达1.3万次),指认大脑的静息态的活动信号并不是简单的噪声而是可能在实现一些脑功能。该研究为这类活动信号摘掉了静息态的帽子,并命名为“默认模式”!顾名思义,也就是在没有外界输入情况下的工作模式。不过,大脑的默认工作模式和我们所知道的家电的默认工作模式,或者函数编程中的默认参数的有一个关键不同:我们并不能通过单纯地改变外部输入来获得同样的大脑活动信号,即这个“默认模式”是完全不同于以任务为中心的工作模式的另一种自发式大脑活动。
2001年的这项研究通过对其他多个认知心理学任务研究的大脑活动信号数据进行统计分析发现大脑的一些特定脑区在执行各种新颖的、需要注意力的、等无需自我这个概念参与的任务中的激活程度,要低于其在闭眼或固定视觉输入等“静息态”下的激活程度。随后大量实验重现了这一现象,并通过对不同脑区信号相关性的分析发现这些脑区所组成了一个功能性连接网络,并称之为大脑的“默认模式网络”(Default Mode Network, DMN)。
默认模式网络由大脑双侧对称的一些皮层区域组成,这个功能性脑网络在人类、非人类灵长类动物、猫和啮齿动物中都存在,具体包括内侧和外侧顶叶、内侧前额叶以及内侧和外侧颞叶皮质中的脑区(见图)。这一系列发现重新点燃了人们长期以来对大脑在无外界输入时的内在活动的研究兴趣(虽然这些研究方向的名称仍常被叫做大脑的静息态研究),并已经开始在人类大脑健康和疾病研究中发挥重要作用。所谓“默认模式网络”的存在,也为喜欢胡思乱想的我们提供了思考人类潜意识、自我意识的起源,以及动物会不会走神、有没有自我意识、是否也会进行精神内耗等问题的实实在在的素材。那么,关于默认模式网络更具体的一些研究和发现,我们将留到下一次介绍。
参考文献:
[1]Raichle ME, MacLeod AM, Snyder AZ, Powers WJ, Gusnard DA, Shulman GL. 2001. A default mode of brain function. PNAS 98:676–82.
[2]Shulman GL, Fiez JA, Corbetta M, Buckner RL, Miezin FM, et al. 1997. Common blood flow changes across visual tasks: II. Decreases in cerebral cortex. J. Cogn. Neurosci. 9:648–63.
[3]Lu H, Zou Q, Gu H, Raichle ME, Stein EA, Yang Y. 2012. Rat brains also have a default mode network. PNAS 109:3979–84.