Nature：从忙碌中暂停一下，让大脑做做白日梦，有助于学习和记忆

原创 生物世界

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

当你静静地坐着，突然你的大脑仿佛与整个世界断开了连接，完全游离到别处——也许是最近的经历，也许是旧时的记忆，你刚刚做了一个白日梦。然而，尽管这种经历无处不在，但白日梦时大脑中发生了什么？白日梦过程在神经生物学层面上是如何发生的？以及这些安静的思考时刻是否对学习和记忆很重要？这些问题在很大程度上仍然未知。

近日，哈佛大学的研究人员在 Nature 期刊发表了题为：Cortical reactivations predict future sensory responses 的研究论文。

该研究表明，在平静的清醒状态下，小鼠的大脑活动表明其正在白日做梦，而它对最近看到的图像进行的白日梦可以预测大脑在未来对该图像的反应。这些发现表明，白日梦可能在大脑可塑性中发挥作用，或有助于改善学习和记忆能力。

在这项研究中，研究团队在小鼠保持安静的清醒状态时，追踪了它们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白日梦着这幅图像。此外，小鼠白日梦的最初几次活动模式预测了大脑对图像的反应将如何随着时间而改变。

这项研究提供了一个值得关注的初步证据，表明了白日梦可以塑造大脑对所见事物的未来反应，研究团队表示，这种因果关系还需要在进一步的研究中进行证实，但这些研究结果提供了一条有趣的线索，即安静的清醒状态下做白日梦可能在大脑可塑性中发挥作用——大脑对新体验的自我重塑能力。

海马体是一个海马状的大脑区域，在记忆和空间导航中发挥着关键作用。科学家们花费了大量时间研究神经元如何在海马体中重放过去的事件以形成记忆和映射物理环境。相比之下，对其他大脑区域的神经元重放的研究很少，包括视觉皮层。

Mark Andermann 教授

论文通讯作者 Mark Andermann 教授表示，我们实验室对于是否可以记录足够多的视觉皮层神经元来理解小鼠究竟在记忆什么，然后将这些信息与大脑可塑性联系起来，产生了兴趣。

在这项新研究中，研究团队反复向小鼠展示两幅图像（图像一和图像二），每幅图像都由不同的灰色和黑白斑点方格组成的棋盘图案。在图像之间，小鼠花一分钟时间看着一个灰色的屏幕。研究团队同时记录了大脑视觉皮层中约7000个神经元的活动。

研究团队发现，当小鼠看到一幅图像时，神经元会以特定的模式放电，这些模式的差异足以区分它们看到的是图像一还是图像二。更重要的是，当小鼠在图像之间看着灰色的屏幕时，神经元有时会以类似但不同于当小鼠看到图像时的模式放电，这表明它正在对图像做白日梦。这些白日梦只发生在老鼠放松时，表现为平静的行为和小瞳孔状态。

不出所料，小鼠对最近的图像做白日梦的次数更多——而且它们在一天开始时比在一天结束时做白日梦的次数更多。但接下来的发现完全出乎了研究团队的意料。

在一天之内，以及在连续几天中，小鼠看图像时的神经元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，直到每个模式都涉及到几乎完全不同的神经元集。值得注意的是，小鼠在对某幅图像进行最初几次白日梦时看到的模式，可以预测它们在以后看这幅图像时神经元活动模式。也就是说，随着时间的推移，大脑对同一幅图像的反应存在表征漂移，但早期的白日梦可以预测漂移的方向。

最后，研究团队发现，视觉皮层的白日梦与海马体的重放活动同时发生，这表明这两个大脑区域在这些白日梦中相互交流。

根据这些研究结果，研究团队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。这些研究结果表明，白日梦可能通过控制与两个图像相关的神经模式远离彼此来引导这一过程。学习区分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。这些观察结果与啮齿动物和人类的越来越多的证据相一致，这些证据表明，在经历过后进入安静的清醒状态可以改善学习和记忆。接下来，研究团队使用成像工具来可视化视觉皮层中单个神经元之间的连接，并研究当大脑“看到”图像时这些连接如何变化。

人类的白日梦是否涉及到视觉皮层的类似活动模式尚是一个有待解决的问题，答案需要更多的实验来得出。然而，有初步证据表明，当人类回忆视觉图像时，会发生类似的过程。哈佛大学心理学和神经科学教授 Randy Buckner 已经证明，当人们被要求详细回忆一幅图像时，视觉皮层的大脑活动会增加。其他研究也记录了这种回忆过程中视觉皮层和海马体的电活动。

这些结果表明，为平静的清醒时刻留出空间可能很重要，这可能会导致白日梦。对于小鼠来说，这可能意味着从看一系列图像中暂停下来，对于人类来说，这可能意味着从刷智能手机中休息一下。

论文通讯作者 Mark Andermann 教授表示，我们确信，如果你从不给大脑留出平静的清醒时刻，你就不会有那么多白日梦事件，而这些白日梦这可能对大脑的可塑性很重要。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06810-1

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