神经科学：闲散的思想（2012）

对于志愿者来说，脑扫描实验可能非常苛刻。研究人员通常要求参与者做某事 - 解决数学问题，搜索面孔的场景或考虑他们的青睐 - 他们的大脑正在成像。

但在过去的几年里，一些研究人员已经向他们的学习协议增加了一些停机时间。虽然受试者仍然躺在功能磁共振成像（FMRI）扫描仪中，但研究人员要求他们试图清空他们的思想。目的是找出大脑闲置时会发生什么。答案是：很多。

一些电路必须保持活跃;它们控制自动功能，如呼吸和心率。但是，由于杂志自然地通过杂货名单，恢复对话，并且通常是白日梦，因此大脑的大部分大部分都会继续追赶。此活动已被称为静止状态。神经科学家已经看到证据表明，它接合的网络看起来很像在任务期间处于活动状态的网络。

如果致力于它的能量是任何指示，休息状态是重要的。在休息期间对大脑的血液流量通常比任务的实验1低于5-10％。并在休息时研究大脑应该有助于展示活跃的大脑如何工作。休息状态网络的研究在于通过显示例如大脑更喜欢与哪些区域交谈的哪个区域以及这些模式如何在疾病方面讨论的内部连接来映射脑和＃39; S内在连接。

但是这项活动是什么？询问神经科学家 - 甚至那些研究休息状态的人 - 以及许多人都会感叹或耸耸肩。 “我们＆＃39;真的很开始。它主要是假设，“加拿大蒙特利尔麦吉尔大学脑成像专家Amir Shmuel说。休息活动可能会保持大脑和＃39;在不使用时运行的连接。或者它可能有助于大脑响应未来的刺激，或者保持经常共同努力执行任务的地区之间的关系。它甚至可以在正常活动中巩固存储器或信息。

“现在对这种方法的热情，这么少的基本理解，”斯坦福大学的神经科学家Michael Greicius Michael Greicius迈克尔格雷西斯表示，这是十年前开始学习休息国网络。

在20世纪90年代中期的一套实验首先表明大脑从未真正休息。然后，Bharat Biswal将于Milwaukee的威斯康星医学院博士学生试图找到从FMRI扫描的识别和消除背景信号的方法，希望它能够改善来自任务的信号的解释。 “假设是，这是所有噪音，”Biswal说，他现在是纽瓦克新泽西理工学院的生物医学工程师。但是，当他在扫描仪中休息时，他看到扫描时，他看到了大脑中的定期低频波动2. Biswal＆＃39; S实验表明神经元活动导致这些波动。

当Kerri Smith浏览两个神经科学家的帮助时，让你的思绪徘徊。

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在休息状态的早期研究中，有些人确信他们已经发现了一些深刻的事情。 “当我第一次开始看这些网络时，我确信我们正在分手进入意识的流，这是实时的持续意识加工，”格里西亚说。但是，他说，“我相对迅速地废弃了那个概念”。活动网络也出现在改变的意识状态，例如睡觉时或在麻醉3,4下，所以它们不一定与有意识的加工相关联。

但他们也不毫无意义地＆＃39。比斯瓦尔＆＃39;发现，在自己的权利中研究休息状态开始出现。由Marcus Raichle领导的团队在Misston大学的神经科学家，密苏里州圣路易斯，在一个这样的网络中为大脑进行了5个活动，作为大脑＆＃39; s默认模式 - 他们认为其基线设置是什么。在任务期间，默认模式活动实际上丢弃，当大脑不再关注如此强烈5时，在线返回。

默认模式网络已加入几十个其他休息状态网络 - 其中一些类似于有助于注意力，视觉，听力或运动的电路。跨学习参与者似乎非常相似，但也是动态的，随着时间的推移而变化。纽约儿童思想学院发展中国家中心主任Michael Milham表示，它始终存在但始终存在但似乎展示了它的重要性。

尽管如此，一些研究人员仍然质疑这些休息模式是否代表任何真实的。毕竟，FMRI直接衡量脑电活动：它监测血液流量。低级空闲活动可能是人工制品。 “人们怀疑它是糟糕的扫描仪或呼吸噪音，”法国国家健康和医学研究所研究所的研究主任Andreas Kleinschmidt说，Gif-sur-yvette的认知神经影像学单位研究主任Andreas Kleinschmidt。但是使用FMRI和脑电图（EEG）录音，Kleinschmidt及其团队确认了6，各种休息状态网络与真正的神经活动相关。

美国国家心理健康研究所的神经生理学家Shmuel和David Leopold在马里兰州，在拍摄动物时，在猴子时休息的州休息状态差不多;电气脑活动使用探针在视觉皮层中深入植入。他们发现休息状态网络与电气活动之间的相关性在40赫兹左右的频带中。 ＆＃39;γ活动＆＃39;与遥远的大脑区域之间的沟通相关联，并看到它相信Shmuel认为休息状态网络代表实际的大脑活动。 “我坚信有一种神经生理机制，是我们称之为休息状态网络的整个事情，”他说。

这是一种可能在脑疾病中出发的机制。例如，具有早期迹象的人，例如，疾病的早期迹象具有不寻常的休息状态签名，即使在痴呆症水平上也可以检测到，并且随着疾病的进展而变化8.在患有自闭症谱系障碍的儿童中，休息 - 国家网络可以是＆＃39;超连接＆＃39;，显示更多的链接而不是没有条件9的孩子。这些差异的原因尚不清楚，他们对有兴趣寻找疾病标记的临床医生可能并不重要。 “从临床的角度来看，你＆＃39;重复并不总是明白为什么生物标志物在那样为那样的生物标志物，”Milham说。但是一些神经科学家对这些波动的氛围深感好奇。 “它在晚上让我保持警惕，”休斯顿德克萨斯州德克萨斯州卫生科学中心大学的Timothy Ellmore说，他正在帕金森＆＃39;疾病的人们学习休息的大脑活动。

一些研究人员现在认为休息状态网络可能会使大脑进行响应刺激。 “系统没有坐在那里无所作为等待，”Kleinschmidt说。这些网络中的循环活动可能有助于大脑使用过去的经验来告知其决策。 “它＆＃39;令人难以置信地计算着急需计算一切，”华盛顿大学医学院的圣路易斯大学Maurizio Corbetta说。他一直使用磁性脑图研究休息状态，这是一种测量与神经元的电活动相关的磁场的技术。 “如果我有正在进行的模式，这些模式猜测了我的生命中接下来会发生的事情，那么我不得不计算一切。”他将活动与车辆的怠速。 “如果你的车准备好了，你可以留下比你必须打开发动机的速度更快。”

但怠速网络可能不仅可以节省时间。他们也可能影响感知 - 尽管无意识。为了研究自发的休息活动如何影响感知，Kleinschmidt和他的同事们扫描了10个看着可以被视为脸部或花瓶的照片的大脑。研究报告的参与者在梭形面积中看到脸部具有更多的自发性活动 - 在它们显示图片之前处理面的大脑区域。 Kleinschmidt怀疑大脑在背景中运行了几个型号，为他们中的一个转变为现实。 “理想情况下，你＆＃39;始终准备好接下来的事情，”他说。

Corbetta发现了脑损伤的人的证据，即休息活动可以改变行为。在未发表的工作中，他发现暗示暗中大脑地区的病变 - 例如 - 例如 - 可以引起遥远地区的自发脑活动的变化。更重要的是，静止活动的变化与行为赤字相关联。 “这是明确的证据表明休息状态障碍正在影响网络在任务期间招募的方式，”他说。

Raichle有利于休息状态中活动有助于大脑保持有组织的想法。神经元之间的连接随着人们的年龄和学习而持续转移，但人类在整个动荡中保持着自我意识。自发活动可能会在保持连续性方面发挥作用。 “神经元之间的连接在几分钟，小时，天和几周内翻转，”Raichle说。 “大脑的结构明天将是不同的，但我们仍然记得我们是谁。”

或者也许活动是重塑过程的一部分，在我们空闲时调整连接。几个团队报告了语言和内存任务和电机学习后休息连接的变化。克里斯麦尔（Chris Miall）是英国伯明翰大学的行为脑科学家，他的同事表明，休息的自发活动可能会受到刚刚发生的11。球队在休息时扫描志愿者，然后让他们学习一项任务涉及使用操纵杆跟踪移动目标。当参与者再次休息时，该团队可以看到电机学习在休息网络中的影响。这项研究和随后的工作沿着同一条线，表明“大脑不仅在考虑晚餐即将到来，而且它也处理了最近的过去并将其中一些转化为长期记忆”，Miall说。网络更改特定于执行的任务。

努力在动物的内记忆巩固。结论。它曾经认为，在夜间的睡眠期间，这一天的回忆得到了加强。然而，与大鼠旧金山大学的神经科学家劳伦弗兰克和马特里亚卡尔森（Loren Frank和Mattias Karlsson）发现12位大脑重放并在任何机会上巩固新的回忆 - 即使在清醒时也是如此。 “这些事件发生在当它不像动物的情况下发生的时候发生了很多，”弗兰克说。

他推测，休息活动可能在人类大脑中做同样的事情 - 再激活与过去经历相对应的模式。与此同时，网络中的活动也可能具有正常化，管家功能。 “你如何保持大脑灵活？”弗兰克问。 “如果您通过网络洗涤的随机活动模式，那么这些可能有助于降低与您刚刚学习的途径相关的途径的力量。”这将阻止大脑频繁地加强相同的途径。 “也许迟发时期对此也很重要，”他说。

Shmuel说，仍然无法排除这项活动只是大脑活着的副产品的想法。电流可能会流过这些电路“仅仅因为存在电流 - 大脑未死亡 - 并且存在有解剖连接，使得该电流是非随机结构”。但是，他承认，“我希望这不是这种情况。然后它＆＃39;非常不感兴趣。“

鉴于休息状态科学的本质使得假设难以测试，缩小有趣的可能性范围可能需要时间。当研究员将某人驶入扫描仪并指示他们特别思考没有特别的事情时，没有任何任务，并且没有假设来解决。因此，研究人员必须在他们携带时生成数据和绑定假设的阵容。 “休息状态开辟了发现科学，”在承认之前，米尔姆热情地说，因为他被训练为一个假设驱动的认知神经科学家，“它＆＃39;像异教徒一样，我进入了这个。

无论休息活动在做什么，它的存在肯定证明了一件事。 miall直言不讳：“大脑只在你死去的时候休息。”

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