Nature：做白日梦时大脑发生了什么?

对小鼠的观察暗示了白日梦在重塑大脑中的作用

　　

• 在安静醒着的时候，小鼠的大脑活动表明它们在做白日梦，梦到了最近的一幅图像。

• 对最近看过的图像做白日梦，可以预测大脑未来对该图像的反应。

• 这一发现为白日梦可能在大脑可塑性中发挥作用提供了线索。

你正静静地坐着，突然你的大脑把世界抛在脑后，完全转到了别的事情上——也许是最近的经历，也许是过去的记忆。你只是做了个白日梦。

然而，尽管这种体验无处不在，但白日做梦时大脑中发生了什么，这在很大程度上是神经科学家无法解决的问题。

现在，12月13日发表在《自然》(Nature)杂志上的一项对小鼠的研究，让哈佛医学院(Harvard Medical School)的研究人员领导的一个团队离解决这个问题又近了一步。

当小鼠处于安静的清醒状态时，研究人员追踪了小鼠大脑视觉皮层神经元的活动。他们发现，这些神经元偶尔会以一种类似于小鼠看到实际图像时发生的模式放电，这表明小鼠正在思考——或者做白日梦——这幅图像。此外，小鼠一天中最初几个白日梦的活动模式预测了大脑对图像的反应将如何随着时间的推移而变化。

这项研究提供了诱人的初步证据，证明白日梦可以塑造大脑对所见事物的未来反应。研究小组提醒说，这种因果关系需要在进一步的研究中得到证实，但研究结果提供了一个有趣的线索，即在安静清醒时做白日梦可能在大脑可塑性中发挥作用——大脑在应对新体验时重塑自身的能力。

“我们想知道这种白日做梦的过程是如何在神经生物学水平上发生的，以及这些安静的反思时刻是否对学习和记忆很重要，”HMS布拉瓦尼克研究所神经生物学博士生Nghia Nguyen说。

被忽视的大脑区域

科学家们花了相当多的时间研究神经元如何重放过去的事件来形成记忆，并在海马体中绘制物理环境图。海马体是一个海马形状的大脑区域，在记忆和空间导航中起着关键作用。相比之下，对包括视觉皮层在内的其他大脑区域的神经元的重放研究却很少。这样的努力将为视觉记忆的形成提供有价值的见解。

资深作者、贝斯以色列女执事医疗中心的医学教授、HMS的神经生物学教授Mark Andermann说:“我的实验室对我们能否从视觉皮层中记录足够多的神经元来了解小鼠到底在记忆什么产生了兴趣，然后将这些信息与大脑的可塑性联系起来。”

在这项新研究中，研究人员反复向小鼠展示两幅图像中的一幅，每幅图像都由不同的灰色棋盘图案和斑驳的黑白方块组成。在图像之间，小鼠花一分钟看一个灰色的屏幕。研究小组同时记录了视觉皮层约7000个神经元的活动。

研究人员发现，当小鼠看到图像时，神经元会以一种特定的模式放电，这种模式的差异足以区分图像一和图像二。更重要的是，当小鼠看图像之间的灰色屏幕时，神经元有时会以与小鼠看图像时相似但不完全相同的模式放电，这表明它在做关于图像的白日梦。这些白日梦只有在小鼠放松时才会发生，这种放松的特点是行为平静，瞳孔小。

不出所料，小鼠对最近的图像做了更多的白日梦——而且它们在一天开始的时候比在一天结束的时候做了更多的白日梦，而在一天结束的时候，它们已经看过每张图像几十次了。

但研究人员接下来的发现完全出乎意料。

整整一天，甚至好几天，当小鼠看到这些图像时，它们的活动模式发生了变化——神经科学家称之为“表征漂移”。然而，这种漂移并不是随机的。随着时间的推移，与图像相关的模式变得更加不同，直到每个图像都涉及几乎完全独立的一组神经元。值得注意的是，在小鼠最初的几次关于图像的白日梦中看到的模式预测了小鼠随后看到图像时的模式。

Andermann说:“随着时间的推移，大脑对同一图像的反应会发生漂移，而这些早期的白日梦可以预测这种漂移的走向。”

最后，研究人员发现，视觉皮层的白日梦与海马体的回放活动同时发生，这表明在这些白日梦中，两个大脑区域是在交流的。

坐着，偶尔做做白日梦

根据研究结果，研究人员怀疑这些白日梦可能积极参与大脑的可塑性。

“当你多次看到两个不同的图像时，区分它们变得很重要。我们的研究结果表明，白日梦可能会引导与两幅图像相关联的神经模式，从而引导这一过程，”Nguyen说，同时指出这种关系需要进一步证实。

Nguyen补充说，学习区分这些图像应该有助于小鼠在未来对每个图像做出更具体的反应。

这些观察结果与越来越多的啮齿动物和人类的证据一致，即在经历后进入安静的清醒状态可以改善学习和记忆。

接下来，研究人员计划使用他们的成像工具来可视化视觉皮层中单个神经元之间的连接，并检查当大脑“看到”图像时这些连接是如何变化的。

Andermann说:“我们一直在追踪这99%未被探索的大脑活动，并发现视觉皮层中有如此丰富的东西，而人们对此一无所知。”

人类的白日梦是否涉及视觉皮层类似的活动模式是一个悬而未决的问题，答案需要更多的实验。然而，有初步证据表明，当人类回忆视觉图像时，也会发生类似的过程。

哈佛大学索斯兰家族心理学和神经科学教授Randy Buckner指出，当人们被要求回忆一幅图像的细节时，大脑视觉皮层的活动会增加。其他研究记录了在这种回忆过程中视觉皮层和海马体的脑电活动。

对于研究人员来说，他们的研究结果和其他研究结果表明，为安静清醒的时刻留出空间可能很重要，因为这会导致白日梦。对于鼠标来说，这可能意味着要暂停观看一系列图像，对于人类来说，这可能意味着要暂停在智能手机上滚动。

Andermann说:“我们非常确信，如果你从不给自己任何清醒的休息时间，你就不会有那么多的白日梦事件，这可能对大脑的可塑性很重要。”

Cortical reactivations predict future sensory responses