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【习惯生理基础】大脑默认模式网络DMN

 lly717 2023-03-02 发布于广西

大脑默认模式网络,是习惯行为体系最重要的神经基础之一。大脑默认模式网络的失控,是众多不良习惯产生并维系的神经生理因素。如何对抗大脑默认模式网络,并让其成为大脑网络均衡系统的一部分,是科学地建立习惯体系的重要组成部分。为此,我需要深入了解大脑默认模式网络。

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参考资料:

(1)文章《Nature子刊:当你感到孤独时,你的大脑到底在干什么?》,链接:https://www.cn-healthcare.com/articlewm/20210107/content-1178446.html)

(2)文章《神经科学家告诉你 当你发呆时大脑在做什么?》,链接:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1642613884864979184&wfr=spider&for=pc

(3)文章《大脑之默认模式 默认网络DMN活动一致性有其结构连接的基础》,链接:https://zhuanlan.zhihu.com/p/43350155

(4)百科《默认模式网络》,链接:https://baike.baidu.com/item/%E9%BB%98%E8%AE%A4%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E7%BD%91%E7%BB%9C/24185984?fr=aladdin

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大脑默认模式网络(default mode network,DMN),指的是人在静息、没有执行特定任务的状态(有别于睡眠状态)下,大脑自发性的运作模式网络。

1.DMN的特点是:

(1)高能耗。这种高能耗可能是在DMN模式下,大脑需要为不确定的反应做出全方面的准备。在特定任务开启、DMN关闭后,因“待机”的程序减少而降低了能耗。

当我们有意识地做事时,大脑所耗能量却仅为“背景活动”的1/20。大脑的暗能量“无论来自对照组还是试验组,大脑成像图总是显示,多个脑区都处于相当忙碌的状态。进一步分析发现,在执行特定任务时,大脑消耗能量的上升幅度不会超过基础神经活动的5%。在神经回路中,大部分神经活动都与外部事件无关,这些活动消耗的能量占大脑总消耗能量的60%~80%。因此我们借鉴天文学家的说法,把这些固定存在的神经活动称为大脑的暗能量——正如看不见的暗能量占据了宇宙中物质能量的绝大多数。”

推测大脑暗能量可能存在的另一个理由是,研究发现只有极少的感官信息能够真正抵达大脑的中枢处理区域。视觉信息从眼睛传向视觉皮层的过程中,信号强度会大幅衰减。

我们周围存在无数信息,每秒约有上百亿比特的信息抵达视网膜,但与之相连的视觉输出神经连接只有100万个,每秒钟视网膜传向大脑的信息只有600万比特,最终能到达视觉皮层的信息只有1万比特。

经过进一步处理,视觉信息才能进入负责产生意识知觉的脑区。令人惊讶的是,最终形成意识知觉的信息每秒钟不足100比特。如果这些是大脑所能利用的全部信息,如此少的信息量显然不大可能形成知觉,因此固定存在的大脑神经活动必定在此过程中发挥了某种作用。(所以我们认为很客观的亲眼所见“看”,主体还是脑子在看,“看”的过程本就是信息进一步加工的过程。)

神经突触的数量也暗示大脑暗能量可能存在。突触是神经元间的连接点。在视觉皮层中,负责传递视觉信息的突触数量还不到全部突触的10%。因此,大部分突触肯定是用于建立视觉皮层内部神经元间的联系。

(禅定状态下对“色声香味触法”各种信息敏锐度地大幅度提高,如通天眼、蚁斗如雷的听力等,是不是说明禅定是因为抑制住了大脑的DNM?)

(2)与老年痴呆症发作脑区非常相似。

大脑成像研究已经发现,在阿尔茨海默病、抑郁症、自闭症和精神分裂症患者的默认模式神经网络内,脑细胞之间的连接已发生改变。实际上,阿尔茨海默症将来可能被归为默认模式神经网络相关疾病。在大脑成像图上,阿尔茨海默症患者的病变脑区与组成默认模式神经网络的脑区完全吻合。这一模式不仅可作为诊断阿尔茨海默症的生物学标志,还有助于我们深入了解疾病成因,寻找治疗方法。

(关于阿尔茨海默症,我们应该意识到(1)都是上了年龄人的症状。虽然不能说明其与DMN有关系,但和DMN的表现是类似的:婴幼儿没有DMN,因为此时没有自我意识;青少年DMN联系不明显,因为还在成长,生理、心理都不稳定(幼态持续几乎是DMN的克星,而科学家就是一类幼态持续的人);成年之后DMN开始稳定,因为成年人的身心和工作、生活都处于稳定状态,DMN是一个很好的调节网络;老年之后急剧变化,因为大脑认知退化,DMN理应也和其它大脑网络一样随之退化,但由于老年人因退休等工作、生活环境的变化,导致其有很多独处的情境,并提供了大量可回忆的素材供DMN使用,DMN不仅不退化,反而进一步占据主导地位。所以,其实不妨大胆设想,是因为DMN的过度使用导致了阿尔茨海默症。(2)经常用脑的人,很少患有阿尔茨海默症。这是由DMN的激活机制所决定的:DMN在认知需求低的任务或状态中被激活。)

(3)特定目标任务会对默认模式网络产生影响,这种影响与所执行的目标任务需要的认知程度相关;在完成一些不需要认知参与的一般运动、感觉及知觉等任务时,如:“简单的手动、简单视觉任务等”,默认模式网络的活动几乎不会受到影响。但在执行有难度的认知任务时,该网络的活动会发生一些变化。比如,在执行回忆过去和预想将来、记忆任务和工作记忆、语言流畅性测试和语义记忆提取等任务时,相关脑活动对该网络的活动会产生影响,认知难度越大,影响越明显,两者呈负相关性。

(4)默认模式网络会随着年龄的增长而发生变化:婴儿脑中几乎不存在该网络;幼年儿童脑内的该网络连接不明显;但随着年龄的增长,该网络的连接有所增强;到成年时期,网络表现出最稳定状态;到老年时,由于大脑认知功能下降,该网络的连接会发生明显的变化。因此,默认模式网络不是大脑对随机任务的反应,而是随年龄变化同时又具有稳定性的大脑功能结构,反映的是大脑神经细胞自发活动的组织模式,可能会与大脑的学习、记忆及认知等功能相关。

2.DMN的作用:自我意识;回忆过去,展望未来;评价他人。回忆过去、预想未来或思考假想的现在时会使用默认网络。这似乎应该是一种反刍现象。

2.1它是自我的神经基础:

2.1.1自传信息:收集有关一个人的事件和事实的记忆

2.1.2自我指称:指自我的特质和描述

2.1.3自我情感:反映自己的情感状态

2.2他人认知的神经基础:

2.2.1心理理论:思考他人的思想以及他们可能知道或可能不知道的东西

2.2.2他人的情感:了解他人的情感并同情他们的感受

2.2.3道德推理:确定某项行动的公正和不公正结果

2.2.4社会评价:关于社会观念的好坏态度判断

2.2.5社会类别:反映重要的社会特征和群体地位

2.3回顾过去,思考未来:

2.3.1回忆过去:回顾过去发生的事件

2.3.2想象未来:设想未来可能发生的事件

2.3.3情景记忆:与特定事件相关的详细记忆

2.3.4故事理解:理解并记住叙事

2.3DMN是让人凝神聚气、虚位以待的状态,是维持既定反应和即时需求反应之间的平衡状态。

每个具有独立功能的大脑系统,比如控制视觉活动和控制肌肉运动的系统,都有自己的皮层慢电位发放模式。由于每个系统都不相同,因此有效地避免了混乱。各个系统的电信号发放也有先后之分,排在最前面的,就是默认模式神经网络,它就像一个总指挥,保证各个系统发出的电信号不会相互干扰,因为大脑并非相互独立的神经系统集群,而是由各个相互联系的系统组成的联盟。

与此同时,这些复杂的固有神经活动有时必须给外界需求让步。为了实现这种调节,当我们由于新的或意外的感觉信息输入大脑(比如开车回家的路上突然记起要买盒牛奶回去)而需要保持警觉时,默认模式神经网络的皮层慢电位会有所减弱。但在需要集中精力处理的事情做完以后,皮层慢电位又会恢复至原有水平。我们的大脑每时每刻都在努力维持既定反应和即时需求反应之间的动态平衡。

默认模式神经网络的状态起伏,让我们有机会窥探大脑最深处的秘密。它已经让科学家对意识活动的基本组成——注意力的本质有了新的认识。2008年,一个跨国研究小组报道称,通过监测默认模式神经网络,他们可以提前30秒预测接受扫描的受试者会不会在一个计算机测试中犯错——如果默认模式神经网络控制了大脑,注意力相关脑区的神经活动减弱,受试者就会犯错。

3.DMN的生理基础。

这些脑区包括这些脑区有后扣带回/前楔叶(PCC/Precuneus), 内侧前额叶(MPFC), 双侧角回(bilateral AG), 双侧外侧 颞叶 (bilateral lateral temporal cortex, LTC), 双 侧 海 马 (bilateral hippocampus, HF+) (Fox et al., 2005; Raichle et al., 2001)——在很多认知任务实验条件下几乎不激活。

Shulman 等人(1997)综述了相关正电子发射断层扫描(PET)的研究, 发现这些脑区的大部分在安静条件下的活动比主动任务条件下高, 被试在进行认知任务时, 这些脑区总是表现出负激活(deactivation)——即默认网络的活动和注意网络 (attention network)的活动相互拮抗(anticorrelation)

Greicius, Krasnow, Reiss和 Menon (2003) 首次使用静息态功能连接分析发现以默认网络的重要脑区后扣带回/前楔叶为种子点, 其与剩下的脑区都存在功能连接, 说明这些脑区具有同步活动的特性, 证实默认网络的存在。

独立成分分析的研究证明默认网络的存在, 研究发现对大脑低频血氧信号进行独立成分分析, 可以分离出几个不同的成分, 其中一个成分就是默认网络, 其覆盖脑区与任务诱发的负激活脑区类似(Greicius,Srivastava, Reiss, & Menon, 2004; Damoiseaux et al., 2006)。

默认网络活动一致性有其结构连接的基础,这可视为默认模式网络为何如此强大

研究发现DMN脑区间存在结构连接(Greicius, Supekar,Menon, & Dougherty, 2009; Uddin et al., 2010)。Greicius 等人(2009)研究发现PCC 和双侧的MTL,PCC 和MPFC 存在神经纤维连接。van den Heuvel等人(2009)使用神经纤维追踪的方法研究DMN内部的纤维连接, 结果和Greicius 等人(2009)的发现一致, 另外还发现MPFC 通过上额枕(superiorfrontal-occipitalfasciculus)和双侧角回相连。Uddin等人 (2010)发现DMN的角回部分存在结构连接分离, 角回后部更多地和DMN相连。

在使脑区行为同步方面,默认模式神经网络可能也发挥了重要作用——让各个脑区就像赛跑运动员一样,在发令枪打响的一刹那都处于合理的“预备”状态。这能理解为什么DMN大脑的耗氧要显著高于多数执行任务状态。

大脑放空时的功能和记忆密切有关,大脑中负责记忆的海马可能正在为我们提供日常生活的种种记忆片段,并让我们产生看似无意义的“白日梦”,再由默认网络——大脑内侧前额叶对这些记忆片段进行整合,以便为未来的行为提供参考。

孤独者的大脑默认网络联结得更为紧密,而且令人惊讶的是,他们的默认网络区域的灰质容积更大。孤独还与穹窿——即把信号从海马输送到默认网络的神经纤维束——的差异存在相关性:在孤独者的大脑中,这条纤维束的结构得到更好的保护。

默认模式网络的各个结点脑区作用存在差异,其中扣带回后部在网络中起着很关键的作用。

4.DMN的训练

在表面上,DMN随着年龄的增长而不断地变化。在婴儿时期,没有DMN,可见婴儿没有自我意识和对他人/社会的评价体系。在儿童时期,DMN连接不明显,但随着年龄的增长,连接加强。成年时期,DMN开始稳定。而在中老年之后,随着大脑功能的下降,DMN也会发生明显的变化。

但实质上,年龄只是影响DMN的一个要素。基因的表达不仅受时间的控制,而且也受环境/情境的影响。对DMN来说,年龄提供了DMN的生理基础,但DMN最终受环境因素的塑造。我们经常会看到现象是:(1)一些很有天赋的人,因为挫折、失败陷入苦闷而不能自拔的现象。(2)一些成功人士,在失败后,即便天时地利人和,却也不能像以前一样东山再起。(3)同样是心理敏锐的孩童时期,有些人成为世事洞察皆学问的精英,有些人却成为脆弱敏感的代名词。虽然,我们都知道在这些失败的情境中,DMN肯定都是很活跃的。但我们应该知道在DMN活跃的背后是独处/独断这一情境。即DMN的发育成熟于基因表达时间轴,却最终成型于自己所适应的环境:(1)独处情境下的DMN。这是DMN最根本的成长土壤。(2)独断情境下的DMN。有些人习惯于以独断的思维工作、社交,所谓刚愎自用,仍可视为是DMN的延伸。(3)独处与独断的本质:独处,容易导致对自己的独断,由此,慎独成为儒家处世之道的根本;独断,是众人之下的独处,是社会组织学的天然克。他们最终的归宿,很大概率便是阿尔茨海默症。

DMN是一把双刃剑。它时刻为人的应急任务而准备着。但如果一直处在应急任务中,或是一直在DMN却没有应急任务状态中,导致的DMN过少或过多,都会带来问题。所以,DMN需要针对性的训练。

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