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科技報導

2019年十項重要的大腦研究:腦脊液可清除有毒蛋白質



北京時間12月27日消息,大腦告訴我們應該做什麼,怎麼做,怎麼想,以及怎麼說。大腦甚至能記住街上陌生人的臉,營​​造出奇怪的夢境,在睡覺時娛樂我們。我們依靠大腦生存和學習,但這個器官對我們來說仍然像黑洞內部一樣神秘。每年都有新的發現,讓我們對這個奇妙的器官有了更多的了解,2019年同樣如此。科學家發現,大腦有一種奇怪的能力,可以保護自己不受死亡的影響;孤獨的南極探險會讓大腦萎縮,等等。下面就讓我們來盤點一下今年這些關於大腦的偉大發現吧。

憤怒的夢

人們在睡覺的時候會經歷很多情緒,甚至是憤怒。研究人員通過分析大腦活動發現,可以通過大腦額葉的腦波來判斷一個人是否做了憤怒的夢。額葉是幫助控制情緒表達和解決問題的區域。具體而言,睡覺時和睡覺前大腦額葉的不對稱活動可能表明一個人做了憤怒的夢。

當我們放鬆時,大腦會釋放出阿爾法腦電波,頻率在8到12赫茲之間。大腦某個區域釋放的阿爾法波越多,其參與的工作就越少。如果兩個額葉之間的阿爾法波活動不匹配,則表明這個人正試圖控制他/她的憤怒。有17名參與者在睡眠實驗室中度過了兩個晚上(間隔一周),在對他們的腦波進行分析後,研究小組發現,當參與者睡著時,大腦中出現了類似的情況。大腦額葉阿爾法波不對稱的人報告稱,他們在睡覺時做了更多有關憤怒的夢。

孤獨的南極探險

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對大腦而言,孤獨會產生負面的影響

人類是社會性生物,即使是內向的人也是如此,而對大腦而言,孤獨會產生負面的影響。一項研究發現,9名探險人員在空曠的南極洲呆了一年多之後,他們的大腦體積縮小了。研究人員比較了探險者在前往南極大陸之前和回家後的大腦掃描結果,發現在探險者返回後,其大腦的海馬體等部分區域的體積變小了。海馬體是大腦中負責學習和記憶的區域。這項研究發表在12月初。

更重要的是,這些探險者的腦源性神經營養因子(BDNF)水平降低了,這種蛋白質能支持新神經元的生長和存活,是在大腦中建立新連接所必需的。現在,研究人員正試圖尋找一些方法,比如日常鍛煉或虛擬現實,來幫助探險者們在這種孤獨、無刺激的環境中防止大腦萎縮。

消失的嗅球

如果一個人不用手就能拿起蘋果,那將是多麼令人費解的場景。類似地,研究人員發現,有少數人即使缺少與嗅覺有關的關鍵大腦區域,也仍然具有嗅覺。嗅球位於大腦的前部,負責處理來自鼻子的氣味信息。研究人員在對一名29歲的女性進行腦部掃描時偶然發現了這一現象。後來,他們又發現了另外兩名女性也出現了同樣的情況。她們也缺失了嗅球,但聲稱自己仍然有嗅覺。研究人員對這些女性進行了腦部掃描和嗅覺測試,證實了她們的說法。

研究人員尚不清楚是什麼導致了這種神奇的嗅覺能力,但他們認為,大腦的其他部分可能扮演了嗅球的角色,這顯示了大腦改造自身的強大能力。另一種可能是,以往的觀點是錯的,我們並不需要嗅球來分辨和識別氣味——這意味著嗅球可能具有其他的功能。

磁場

有些動物能利用環繞地球的無形磁場作為天然的導航系統。事實證明,有些人可能也能感覺到地球的磁場,而其中原因尚不清楚。在3月份發表的一項研究中,研究人員掃描了34名受試者的大腦活動。這些受試者被要求坐在一個有人工磁場的黑暗測試室內,對他們大腦的分析顯示,其中有4人對磁場從東北向西北的變化表現出強烈的反應,但相反的改變則反應不大。

這4個人的腦電波出現了下降,這表明他們的大腦接收到了一個信號,很可能是磁信號。目前還不清楚為什麼一些人對磁場有反應,而另一些人沒有,我們也不清楚大腦是如何探測到這些信號的。但研究人員表示,此前的研究發現,人類大腦中含有大量微小的磁性顆粒,這可能與此有關。

死亡的概念

死亡和生命、愛情一樣,都是自然的現象,但最近的一項研究表明,大腦會保護我們不去思考自己的死亡,會讓我們遠離自己總有一天會與別人一樣長眠的想法。在日常生活中,大腦會不斷使用舊的信息來預測未來類似場景中會發生什麼,因此從理論上,大腦應該也能夠預測我們總有一天會死去。

但事實證明,我們對自己終將死亡的想法打破了大腦的這一機制。研究人員通過觀察24個人的大腦在面對與死亡相關的詞彙時的反應,發現了這一點。對大腦活動的測量顯示,當人們想到自己的死亡時,大腦的預測機制就失靈了。目前還不清楚為什麼會發生這種情況,但根據理論學者的說法,對自己死亡過於清醒的認識會降低一個人想要生育的可能性,因為恐懼會成為他們尋找配偶的阻礙。

腦脊液“洗腦”

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腦脊液會有節律地流入睡眠中的大腦

研究人員很早就知道,我們睡覺時的大腦活動非常有節奏,會產生起伏的神經元活動波。但今年,研究人員首次發現了與這種節律週期有關的另一種物質:腦脊液。這種液體在任何時候都包圍著大腦和脊髓,起著保護作用。以往的研究表明,腦脊液還能在我們睡覺時清除大腦中的有毒蛋白質。

研究人員使用核磁共振成像儀掃描了13名睡眠參與者的大腦,發現腦脊液確實能有節律地流入睡眠中的大腦。先是大腦活動舒緩下來,然後血液流出大腦,之後腦脊液再湧入大腦。事實上,腦脊液的流動是穩定且可以預測的,只要觀察腦脊液的流動,就可以知道一個人是睡著了還是醒著。這些發現可能會對衰老過程中與大腦相關的問題提供新的見解。

消失的一半大腦

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對於大腦半球被切除的患者,其不同大腦網絡之間的連接性更強

大腦具有非凡的改變和適應能力,比如少數人在孩童時期為了減少癲癇發作而切除了一半大腦之後,還能夠維持正常的功能。根據一項新的研究,儘管這些人的大腦少了整整一半,但仍然運轉良好,因為剩下的一半得到了強化。有6名20多歲和30多歲的成年人參與了這項研究,他們在3個月到11歲之間時切除了一半大腦。研究人員分析了他們的大腦活動,並與大腦完好的人進行了比較。

腦部掃描顯示,這些只有一個大腦半球的參與者,其大腦中涉及同一網絡(如視覺)的區域,具有與大腦完好的人相同的協同效果。他們還發現,對於大腦半球被切除的患者,其不同大腦網絡之間的連接性更強,這表明大腦能夠彌補自身很大一部分的缺失。

學習語言

今年3月發表的一項研究顯示,為了掌握母語,大腦需要相當於一張軟盤的存儲空間。一般講英語的成年人可能需要學習大約1250萬比特與該語言有關的信息,相當於1.5兆字節的存儲(研究作者只是以“比特”舉例,實際大腦不會以比特或0和1的形式存儲信息)。但是,在這數百萬比特的語言信息中,大部分與語法和句法關係不大,更多的是與詞義有關。在最好的情況下,一個成年人一天能記住1000到2000比特的母語;而在最壞的情況下,他們一天能記住大約120比特。

復活已死的大腦

科學家在豬的大腦死後數小時內恢復了其血液循環和細胞活動。這個激進的實驗挑戰了一個主流觀點,即大腦死後會遭受突然的、不可逆轉的損傷。研究表明,大腦細胞死亡的時間要比以往認為的更長,在某些情況下,甚至可以推遲或逆轉。研究人員開發了一種名為“BrainEx”的死後大腦研究系統,將人造血液替代品注入大腦的動脈。在32頭豬死亡4小時後,研究人員將這種溶液注入它們的大腦,並讓溶液在大腦中停留6小時。結果發現,該系統保留了腦細胞結構,減少了細胞死亡,並恢復了一些細胞活動。

儘管研究人員強調,他們沒有觀察到任何表明大腦有意識的活動,但這些發現已經讓一些科學家開始質疑:活著究竟意味著什麼?更重要的是,這項研究是在豬身上進行的,而不是在人身上。不過,豬的大腦比囓齒類動物的大腦更類似於人腦。

隱藏的意識

根據6月份發表的一項研究,一些處於昏迷或植物人狀態的病人表現出了“隱藏意識”的跡象。研究人員分析了100多名腦損傷後沒有反應的患者的腦電波。他們發現,在受傷後的幾天內,七分之一的患者在被告知要移動他們的手時,會出現一種明顯的大腦活動模式,或稱“隱藏意識”。這表明病人能理解指令但不能移動。一年後,出現這些初級隱藏意識跡象的患者中,有44%可以每天至少有8小時可以自理,而沒有表現出初級隱藏意識跡象的患者中,可以自理的只有14%。換句話說,根據研究人員的說法,有這些“隱藏意識”跡象的患者比沒有這些跡象的患者更有可能康復。 (任天)