人類的大腦被稱為已知宇宙中最複雜的結構，這塊重約1.4公斤的果凍狀組織，包含了大約860億個神經元，平均每一個神經元都有數以千計的突觸，每一個突觸又有幾百上千個蛋白質，神經元之間通過生物電進行異常複雜的信息交換和處理，進而產生了我們的思想、行為、記憶、感覺以及對世界的體驗。
儘管我們目前對大腦仍然知之甚少，但科學家們對大腦的研究卻一直在進行之中，根據近日發表在《自然·人類行為》上的一項研究，在掃描了100名年輕人的大腦之後，科學家發現一種神秘的螺旋信號，下面我們來看看這具體是怎麼回事。
這項研究來自一個由復旦大學和雪梨大學的科學家組成的團隊，其研究主要目的是探索大腦皮層上的活動，以及這些活動如何影響人類複雜的認知功能，研究人員表示，這100名年輕人都是年齡在22歲到35歲之間志願者，之所以選擇他們，是因為這個年齡段的人類，其大腦皮層相對很穩定，基本上不會受到生長發育或衰老的影響。
這種神秘的螺旋信號其實是一種腦電波信號，是研究人員在對志願者進行功能性磁共振成像 (fMRI) 腦部掃描時發現的，它們在二維平面上以螺旋形狀進行擴散和移動。
簡單來講，這種螺旋信號就像湍流中的旋渦一樣，它們會會沿著一個方向移動，直到遇到其他的腦電波信號或抵達邊界。研究人員發現，這種螺旋信號的出現並不是隨機的，而是與研究對象的不同狀態有關。
例如，在研究對象睡眠時，大腦皮層會產生很多的螺旋信號，清醒時，這種信號卻相對很少，但是更有規律，當研究對象回憶或記憶某些事情時，大腦皮層會產生更多、更複雜的螺旋信號，而當研究對象情緒化的時候，則會產生不同位置和數量的螺旋信號 。
實際上，在過去的日子裡，科學家也發現過大腦皮層中其他類型的神經活動模式，這些模式都可以反映大腦皮層中信息傳輸和處理的方式，比如振蕩和行波，其中振蕩是指神經元群體以一定的頻率同步地激活和抑制，形成一種周期性的變化，而行波則是指神經元群體以一定的速度沿著一個方向連續地激活和抑制，形成一種線性的移動。
但與振蕩和行波不同的是，螺旋信號具有更高的靈活性和複雜性，它們彼此之間似乎會進行複雜的相互作用，可以在不同的頻率、速度、方向、位置、數量等方面變化，並且可以與其他模式相互作用和轉換，所以這種螺旋信號可能是一種更高級的神經活動模式。
研究人員認為，這種神秘的螺旋信號可能是一種調節大腦信息流動和整合的機制，可以在不同的時間尺度和空間尺度上實現信息的同步和異步，從而實現信息的選擇、增強、抑制、轉換、組合等功能，而這些功能對於我們的認知功能是至關重要的，因為它們可以幫助我們適應不同的環境和任務，處理不同的信息和信號，形成不同的知識和經驗。
比如說當我們需要集中注意力時，螺旋信號會從後向前傳播，即從感覺區域向認知區域傳播，這可能有助於我們抑制無關的信息，增強相關的信息，而當我們需要記憶或回憶某些事情時，螺旋信號會從前向後傳播，即從認知區域向感覺區域傳播，這可能有助於我們激活和重建記憶的痕跡。
又比如說當我們感受到愉悅或恐懼等情緒時，螺旋信號會在大腦皮層的特定區域出現，這些區域與情緒處理有關，並且螺旋信號的數量也會反映我們的情緒強度，越多的螺旋信號可能意味著越強烈的情緒，它們可能是一種將情緒信號從下層的邊緣系統傳遞到上層的皮層系統的方式，從而實現情緒的認知化和調節。除此之外，這種信號的傳播速度也會影響我們的反應速度和準確度，越快的螺旋信號可能意味著更高的效率和精度。
參與該研究的科學家表示，這種神秘的螺旋信號很可能是我們認知功能的關鍵因素之一，但目前我們對它們的研究還處於初級階段，未來我們還需要更多的實驗和理論來探索它們的本質，進而揭開其中的奧秘。
參考資料：Xu, Y., Long, X., Feng, J. et al. Interacting spiral wave patterns underlie complex brain dynamics and are related to cognitive processing. Nat Hum Behav (2023).
doi.org/10.1038/s41562-023-01626-5