大脑有什么工作原理（人类大脑如何运作）

肖晓 x 澎湃问吧

大脑左右着生命个体对于自身、外界、空间和时间等各个维度的感知，神经系统损伤则可能带来不同类型的困扰。当我们感知五彩缤纷的世界时，当我们沉浸在喜怒哀乐的情绪中或回溯记忆时，当抑郁、焦虑、成瘾、强迫症、自闭症困扰我们时，背后都有大脑运作的机理。

如何理解和应对这些令人感到棘手的脑疾病？情绪和记忆可以控制和编码吗？心灵感应什么时候会实现？本期问吧邀请复旦大学类脑智能科学与技术研究院博导肖晓，聊一聊关于人类大脑的奥秘。

大脑运作中的奥秘

@吃了睡睡了吃：睡着的时候，大脑还在运转吗？

肖晓：没错，睡着的时候，大脑还在运转。睡眠除了可以帮助记忆整理归档以外，还可以帮助抑制负面情绪。

有一个很有名的睡眠剥夺实验，科学家把受试者分成两组，一组正常睡眠，另一组进行睡眠剥夺，然后让受试者们回忆之前看到的词汇。研究人员发现正常睡眠的人大部分能够完整回忆出之前记得的词汇，但睡眠剥夺的受试者却只能回忆出60%的词汇，说明充足的睡眠有利于学习和记忆。

研究者还发现睡眠剥夺的受试者和睡眠充足的受试者相比，会遗忘大部分正面的词汇（如幸福、开心、欢笑）和中性词汇（如桌子、椅子、空调），而这些睡眠剥夺后的受试者对于负面词汇（如生气、咆哮、伤心、哭泣）的记忆能力与充足睡眠的受试者相比并没有显著差异，也就是说没得到充分睡眠会让人更容易记得负面的东西。

睡眠的意义还在于可以让不同的脑区之间实现相互沟通。在清醒时期，大脑会接受到很多来自外界的信息，这些信息本身是一种记忆，而信息还可能会引起我们产生正能量（正面的情绪）和负能量（负面的情绪），而这些正能量和负能量是属于另一种记忆，我们又称为情绪记忆。大脑中的杏仁核脑区（Amygdala）就是负能量的主要处理站之一，当大脑接收到恐惧情绪和厌恶情绪时候，杏仁核就会被激活。大脑中还有另一个区域叫做前额叶皮层（Prefrontal cortex, PFC），这个区域主要是帮助大脑处理来自外界的信息本身，比如工作记忆等等，属于大脑中负责理性的区域。

研究发现，当人睡眠的时候，理性的前额叶皮层会被激活，并且开放一个叫下行抑制的通路（inhibitory top-down control），来负责抑制杏仁核脑区的活性，让杏仁核处理的负面情绪不要继续发酵放大，形成长时程记忆。所以睡眠的过程其实就是理智和情感的博弈，就是大脑增强理性记忆并且抑制负面情感的一个过程。前一晚睡不着觉时胡思乱想辗转反侧心痛到无法呼吸，美美地睡一觉以后顿觉神清气爽，就是这个道理。

@宛宛啊：脑部是否也会释放出垃圾？大脑怎样完成清洁？

肖晓：大脑和我们身体的其他器官一样，由各种各样的细胞组成，这些细胞随时都在活动，它们分解能量、进行新陈代谢。在代谢的过程中会产生很多代谢产物，这些产物就需要通过一些途径在大脑里原地分解掉，或者运送出大脑。除了细胞每天的新陈代谢外，细胞也会生老病死。生病的细胞会释放出来一些有害的物质，也需要及时地处理，否则就会堆积产生更坏的效果。死亡的细胞一般会由另一些细胞进行分解和吞噬，在这个过程中也会产生一些碎片和杂质，这些都是需要进行清理的。所以我统一把它们称为“脑部垃圾”。大脑内有一类细胞叫做胶质细胞，属于大脑内的免疫系统，负责主要的清洁任务。大脑还有血管、淋巴管和大脑外的系统相连，可以通过这些途径把废物运送出去。还有大脑和脊髓中还有一种体液叫做脑脊液，他们在我们睡眠的时候会快速渗入脑细胞间隙，进行脑内废物的运输和清除。

@澎湃网友3UbMrm：人类大脑真的只被开发或者使用了10%吗？

肖晓：在脑科学领域，大脑是没有开发度这一说的。人类大脑只被开发或使用了10%，这是一个确认的伪科学，大家千万不要相信。之所以会传出这个谣言，最早是出自Karl Lashley的脑损伤研究，他用小动物做实验，让它们在迷宫里面找出口，然后发现他切除脑区虽然会影响小鼠走迷宫的效率，但并不影响小鼠存活，这个实验逐渐谣传就变成了大脑只使用了10%。

实际上，大脑的每个部分我们都在使用，现代科学已经明确证实，每一个脑部区域都有其特定的功能，一点微小的损伤都会影响大脑的运作和正常功能。而且大脑基本上没有休息的时候，就像我在睡眠问题的回答所说的，就算是睡觉的时候，大脑都有一定程度的活跃性，有些脑区的活跃性还非常强。

不过大脑也有一定的可塑性，所谓可塑性就是大脑为了主动适应和反映外界环境的各种变化，会发生一些结构和功能的改变，并维持一定时间。一般来说幼年大脑比成年大脑有更强的可塑性，更容易学习和记忆。

所以，在专业神经科学中，大脑可以通过可塑性进行微调，但并不存在还可以开发90%、变得有超能力这种情况。

怎样保护脑健康

@澎湃网友YRzyUz：请问缺觉真的会变笨吗？是什么原理呢？

肖晓：这个问题可以分解成三个部分：缺觉，变笨，两者相关性及其解释。缺觉大致可以分为失眠（被动性）和睡眠剥夺（主动性）。

失眠专业上讲叫睡眠障碍，有临床诊断标准。美国精神医学协会在第五版精神障碍诊断手册（Diagnostic and statistical manual of mental disorders-5，DSM-5）中的临床的诊断标准为：1、睡眠质量不佳导致睡眠障碍，其中包括：入睡困难，睡眠维持困难或者醒来无法入睡，每天无法持续入睡4个小时以上；2、睡眠障碍引起其他方面的不适，比如无法正常社交、工作、学习等；3、每周至少三天有睡眠障碍并且持续三个月以上；4、无法用其他睡眠障碍做出解释，比如嗜睡症、呼吸障碍等；5、不是因为使用药物产生的生理效应。觉得自己失眠的朋友们可以自检一下，看看是不是真的达到了这个标准。

另一种就是使用一些手段达到不睡觉或睡眠不足的状态，就是睡眠剥夺。睡眠剥夺虽然听上去不太人道，但实际上是一个很好的控制变量的方法，运用于很多科学研究。可能还有不少朋友常常不眠不休的追剧、刷手机、打游戏，也有意无意地对自己进行了睡眠剥夺。

接下来，再谈谈变笨。变笨专业点说就是智能（智力）降低，智力是个比较复杂的维度，包括很多不同的方面，测量的手段也很多。我们这里就简单粗暴的用认知能力来替代。认知能力就可以说得很具体了，主要包括感知能力、注意力、记忆力、反应力、思维能力、想像能力、情绪控制能力等等。

最后，就谈谈睡眠对认知能力的影响。已经有大量的实验证据表明长时间的睡眠剥夺会导致多种生理状态的改变，比如在动物实验里会产生饮食量增加、抵抗力下降、兴奋性提高、攻击性增强、学习和记忆能力下降等等。对于人类，会表现出喜怒无常、情绪失控、注意力缺失、记忆力下降、反应力下降等等一系列认知障碍。所以针对你的问题，简单的结论就是缺觉会变笨。

关于原理，因为涉及到多种认知功能，所以其神经机制有一些差别。但简单来说，睡眠的时候大脑并没有闲着，是在进行各种归档整理工作。以记忆能力举例，睡眠中的快速眼动（REM）期（我们睡醒后能回忆出的栩栩如生的梦就产生在这个阶段）在睡眠时进行记忆存储过程起到重要的作用。当人进入REM睡眠时，大脑分泌大量抑制性的胆碱类神经递质（Cholinergic Transmitter），这些胆碱类递质会增强海马脑区（Hippocampus）和皮层脑区（Cortex）的联系，把暂存在海马脑区中的短期信息记忆，移送到皮层进行长期储存。这样我们在日常生活中的记忆，就被储存下来，可以供我们随时调用。

@澎湃网友iia6Vz：如何长期保持脑部健康？

肖晓：这个问题很大，又很重要，我们大部分脑研究的目的，就是希望能够让人类长期保持脑部健康。保持脑健康的方法既简单又不简单，除了遗传因素外，最关键就是保持良好的生活状态。

首先是保持规律的生活方式，比如按时吃饭、睡觉。足够而健康的饮食才能保障大脑供能、补充营养，充足的睡眠能保证大脑有时间去清除脑部垃圾；其次是坚持运动，特别是户外运动，以保证大脑获得充足的氧气，阳光照射也有益于维持大脑节律和生物钟；然后尽量保证一定量的社交，增加与他人的沟通，不但能够获得情绪支持，多聊天多说话也能够刺激大脑的活性；另外要保持积极乐观的心态，减少压力，压力过大会分泌一些不健康的神经递质损伤大脑，适当减负有益于大脑健康；最后要勤思考、多动脑，大脑越用越好，总是闲置的大脑就会越来越消极怠工。所以，家里有老年人的，鼓励他们多打打麻将、打打牌，多和他们聊聊天，都是让他们大脑激活起来的有效方式。

责任编辑：鞠文韬

校对：张艳