我們稱之為腦電波的電振蕩已經(jīng)讓科學家和公眾們著迷了一個多世紀。但是人們?nèi)匀淮嬖跔幾h的是，它們是否具有功能還是說只是像引擎的嗡嗡聲一樣僅僅代表著大腦的活動。許多神經(jīng)科學家假設，如果腦電波具有功能，也是通過不同位置的同步振蕩實現(xiàn)的。然而隨著研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)許多腦電波事實上是像海浪一樣移動的“行進波”。
現(xiàn)在美國哥倫比亞大學的一個研究團隊進行了一項最新研究，團隊負責人神經(jīng)系統(tǒng)科學家Joshua Jacobs提出，行進波在人類的皮質(zhì)層中是很普遍的，而且會根據(jù)大腦執(zhí)行任務的表現(xiàn)程度顯示不同程度的組織性。這就表明，腦電波是與行為相關的，而且完全符合之前的研究。之前的研究提出，腦電波是重要但卻被忽視的大腦機制，對記憶、知覺、注意力甚至是意識都有著影響。
腦電波最早是通過腦電圖技術發(fā)現(xiàn)。研究人員已經(jīng)留意到一系列不同頻率的腦電波活動。最慢的腦電波出現(xiàn)在深度睡眠狀態(tài)，而且隨著意識和注意力水平的提高不斷提升。破譯腦電圖數(shù)據(jù)是非常困難的，因為很難確定腦電波活動的位置，而且在大腦中的傳遞會讓信號變得模糊。這項最新研究借助了一種名為腦皮層電圖學（ECoG）的新技術。這項技術直接將電極放置在大腦表面，讓信號扭曲最小化而且極大的提高了空間解析度。
科學家們已經(jīng)提出了許多觀點描述腦電波可能扮演的角色。一種主流理論認為，同步振蕩將大腦不同位置的信息捆綁到一起來描述同一事件，比如說一個物體的不同特征（形狀、色彩和運動等）。還有一種類似的觀點認為它們能夠促進不同區(qū)域間的信息傳遞。但是這些假設需要腦電波同步并且產(chǎn)生駐波，而不是行進波。
但這是不可能的，因為行進波有著不同的特性，它們有可能代表著其它大腦區(qū)域過去狀態(tài)的信息。腦電波在大腦中的傳播與聲音在空氣中的傳播類似，這就使它們成為將信息在不同區(qū)域間傳遞的一種潛在機制。
這些觀點已經(jīng)存在了數(shù)十年時間，但是大部分神經(jīng)系統(tǒng)科學家很少在意它們。一種可能的原因是在此之前大多數(shù)行進波的報告僅僅描述了這種波而沒有確定它們的意義。索爾克生物研究所的神經(jīng)系統(tǒng)科學家Terry Sejnowski稱：“如果你詢問一般的神經(jīng)系統(tǒng)科學家的話，他們會說這是一種附帶現(xiàn)象，就像引擎的一種嗡嗡聲。而且由于從未有人將其直接與任何行為或者功能聯(lián)系到一起，因此它并未被認為是一種重要的東西?！?/p>
研究人員所使用的研究工具或許也有一定的關系?，F(xiàn)在的主流神經(jīng)系統(tǒng)科學家借助針狀微電極研究神經(jīng)元行為時探索到腦電波的起源。這一領域的先驅(qū)者們在一項試驗中留意到神經(jīng)元發(fā)送腦電波的時間不同于其它神經(jīng)元。他們推斷這一時間必然是重要的，并且將多項實驗的反應結(jié)合到一起獲得了一個“平均腦電波發(fā)送率”。這也成為量化神經(jīng)活動的標準方式，但是神經(jīng)元的周期循環(huán)可能帶來變異性，因此研究人員習慣性的忽視了揭露行進波所需要的時間信息。
Sejnowski稱，這種概念框架來自于單一神經(jīng)元的活動，但是大腦功能事實上是通過無數(shù)神經(jīng)元的交互作用完成。由于行進波是由大腦中的許多神經(jīng)元活動構成的，應用于單神經(jīng)元的技術是探測不到它們的。但是在過去十年里出現(xiàn)的新技術已經(jīng)能夠讓我們同時監(jiān)測多個神經(jīng)元。Sejnowski稱：“這就為我們打開了另外一扇門。我們第一次有工具和技術了解其中真正發(fā)生的事情，但是想要被已經(jīng)固化的神經(jīng)系統(tǒng)科學領域所接受還需要一代人的努力?！?/p>
壓敏著色等光學方法讓研究人員能夠同時看到數(shù)千神經(jīng)元中的電變化，但是這些方法由于存在風險而無法應用在人類身上。腦皮層電圖技術通常用在癲癇患者身上來檢查癲癇疾病。因此進行這項最新研究的科學家招募了77位植入皮層腦電圖電極的癲癇患者，并且對行進波進行探索。他們首先尋找以相同頻率振動的電極群，然后通過分析振動的時間評估哪些電極群真正代表著行進波。
接下來研究團隊給測試者一項記憶任務，并且當測試者被提示回想記憶信息時，他們額葉和顳葉的行進波變得更具組織性。這些腦電波從向各個方向前進轉(zhuǎn)變成大多數(shù)方向一致。重要的是，這種趨勢變化與他們的反應速度具有相關性。Jacobs稱：“任務表現(xiàn)越好腦電波就更一致。這就表明我們發(fā)現(xiàn)了一種測量大腦活動的新方法，這項研究也有可能帶來新的腦機接口技術?！?/p>
這些發(fā)現(xiàn)應當能夠幫助一些研究人員消除對這種腦電波重要性的懷疑。比利時勒芬大學的一位心理學家David Alexander稱：“這項研究對于皮層行進波的研究是一項巨大的貢獻，增加了我們對它們在人類認知中扮演角色的了解。這項研究真的會讓人們消除這些腦電波只是在頭部傳遞的模糊信號的擔憂。”但是他同時也認為，這篇研究論文的作者對這些發(fā)現(xiàn)的新奇性做出了不正當?shù)呐卸?，而且并未承認之前的一些研究。
他聲稱，之前對行進波的研究已經(jīng)表明它們在記憶任務中能夠被誘發(fā)。他指出2002年的一項腦電波研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)波方向逆轉(zhuǎn)的時間與記憶表現(xiàn)有著相關性。有趣的是，他在2008年的一項腦電波研究中發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)出現(xiàn)一次精神分裂癥的人們與健康個體相比，在記憶任務中，腦電波從前向后移動的數(shù)量更少。這就表明行進波表現(xiàn)的差異與精神癥狀之間存在關聯(lián)。
他也宣稱，研究團隊評估行進波的方法類似于他在2016年一項研究中所使用的方法。Jacobs稱：“Alexander的研究真的非常有趣，但是我們并不清楚他的研究發(fā)現(xiàn)是否與我們的研究涉及的是同一種信號。他的報告稱涉及到整個大腦區(qū)域，而我們的發(fā)現(xiàn)僅局限于特定的區(qū)域?！彼仓赋?，兩項研究的信號記錄技術和記錄的信號特性之間也存在差異。
確定行進波的重要性為神經(jīng)系統(tǒng)科學領域帶來了新的方向。Jacobs稱：“發(fā)現(xiàn)如此廣泛的振蕩源自于行進波，表明它們參與到大腦不同區(qū)域的協(xié)調(diào)活動。這些發(fā)現(xiàn)也為研究打開了新的研究領域，比如說讓我們了解這種協(xié)調(diào)的構成等?！彼J為行進波能夠傳遞信息，至少目前的研究結(jié)論是這樣的。
還有另外一個理論認為，行進波通過不斷的在皮質(zhì)層來回移動，調(diào)節(jié)神經(jīng)元的敏感度，就好像在大腦虛擬信息處理區(qū)域穿梭的注意力探照燈。Sejnowski稱：“行進波的概念與你如何維持皮質(zhì)層對其它輸入信息最敏感的狀態(tài)有關。人們對于行進波的興趣毫無疑問也將繼續(xù)增長。你現(xiàn)在所看到的只是從一個概念框架向另外一種全新框架的轉(zhuǎn)變。這是一種思考模式的轉(zhuǎn)移?！?/p>
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