对小鼠的观察暗示了白日梦在重塑大脑中的作用
哈佛医学院最近领导的研究揭示了白日梦的神经学基础。这项针对小鼠进行的研究发现，视觉皮层中的神经元以类似于观看图像时看到的模式放电，表明正在做白日梦。这些模式在早期的白日梦中尤其明显，被发现可以预测未来大脑对视觉刺激的反应，这表明白日梦在大脑可塑性中发挥着作用。该研究还强调了白日梦在小鼠和人类学习和记忆过程中的重要性。图片来源：SciTechDaily.com
对小鼠的观察暗示了白日梦在重塑大脑中的作用。
在安静的清醒状态下，小鼠的大脑活动表明它们正在对最近的图像做白日梦。
对最近查看的图像进行白日梦可以预测大脑将来如何对图像做出反应。
这些发现提供了一条线索，表明白日梦可能在大脑可塑性中发挥作用。
了解白日梦期间的大脑
你静静地坐着，突然你的大脑脱离了这个世界，完全转向了别的事情——也许是最近的经历，或者是旧的记忆。你只是做了一个白日梦。
然而，尽管这种经历无处不在，但做白日梦时大脑中发生的事情在很大程度上却一直困扰着神经科学家。
现在，12 月 13 日发表在《自然》杂志上的一项小鼠研究，让哈佛医学院研究人员领导的团队离弄清楚这一问题又近了一步。
研究人员追踪了小鼠大脑视觉皮层神经元的活动，而这些小鼠仍处于安静的清醒状态。他们发现，这些神经元偶尔会以类似于小鼠观看实际图像时发生的模式放电，这表明小鼠正在思考或做白日梦。此外，小鼠一天中最初几次白日梦的活动模式可以预测大脑对图像的反应将如何随着时间的推移而变化。
这项研究提供了诱人的（尽管是初步的）证据，证明白日梦可以塑造大脑未来对其所见事物的反应。研究小组警告说，这种因果关系需要在进一步的研究中得到证实，但结果提供了一个有趣的线索，即安静清醒时的白日梦可能在大脑可塑性中发挥作用，即大脑根据新经历进行自我重塑的能力。
探索白日梦和大脑可塑性
“我们想知道这种白日梦过程在神经生物学层面上是如何发生的，以及这些安静反思的时刻是否对学习和记忆很重要，”该研究的主要作者、英国皇家医学院布拉瓦尼克研究所的神经生物学博士生 Nghia Nguyen 说。
科学家们花费了大量时间研究神经元如何重播过去的事件以形成记忆并绘制海马体中的物理环境图，海马体是一个海马形状的大脑区域，在记忆和空间导航中发挥着关键作用。
关注视觉皮层
相比之下，对其他大脑区域（包括视觉皮层）神经元重放的研究却很少。这些努力将为视觉记忆如何形成提供有价值的见解。
贝斯以色列女执事医疗中心的医学教授、资深作者马克·安德曼 (Mark Andermann) 表示：“我的实验室开始感兴趣的是，我们是否可以记录视觉皮层中足够多的神经元，以了解小鼠到底记住了什么，然后将这些信息与大脑可塑性联系起来。”中心，HMS 神经生物学教授。
在实验过程中，小鼠反复观看此处所示的两张图像中的一张，中间休息一分钟。这些图像的选择是基于它们引起视觉皮层神经元强烈反应的能力。图片来源：安德曼实验室
在这项新研究中，研究人员反复向小鼠展示两张图像中的一张，每张图像都由不同的灰色棋盘图案和斑驳的黑白方块组成。在图像之间，小鼠花了一分钟时间观看灰色屏幕。研究小组同时记录了视觉皮层中约 7,000 个神经元的活动。
研究人员发现，当小鼠观看图像时，神经元会以特定模式放电，并且这些模式的差异足以区分图像一和图像二。更重要的是，当老鼠看着图像之间的灰屏时，神经元有时会以类似但不完全相同的模式放电，就像老鼠看着图像时一样，这表明它正在对图像做白日梦。这些白日梦只有在老鼠放松时才会发生，其特点是行为平静和瞳孔小。
毫不奇怪，老鼠对最近的图像做的白日梦更多——而且它们在一天开始时的白日梦比在结束时更多，因为它们已经看过每张图像数十次。
但研究人员接下来的发现完全出乎意料。
在图像之间，小鼠会花一分钟时间观看灰色屏幕。在此期间，大脑视觉皮层中的神经元（如图所示）偶尔会以类似于小鼠观看图像时看到的模式放电，这表明小鼠正在对图像做白日梦。图片来源：安德曼实验室
在一天中，甚至在接下来的几天里，小鼠观看图像时看到的活动模式发生了变化——神经科学家称之为“表征漂移”。然而这种漂移并不是随机的。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一组几乎完全独立的神经元。值得注意的是，小鼠在最初几次关于图像的白日梦中看到的模式可以预测当小鼠稍后查看图像时该模式会变成什么。
安德曼说：“随着时间的推移，大脑对同一图像的反应会出现偏差，而这些早期的白日梦可以预测这种偏差的走向。”
最后，研究人员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期间进行了交流。
坐下来，或许做白日梦
根据研究结果，研究人员怀疑这些白日梦可能积极参与大脑可塑性。
“当你多次看到两个不同的图像时，区分它们就变得很重要。我们的研究结果表明，白日梦可能会引导与两张图像相关的神经模式远离彼此，”Nguyen 说，同时指出这种关系需要得到证实。
Nguyen 补充说，学习区分图像应该有助于小鼠将来对每个图像做出更具体的反应。
这些观察结果与啮齿类动物和人类身上越来越多的证据相一致，即在体验后进入安静的清醒状态可以改善学习和记忆。
接下来，研究人员计划使用他们的成像工具来可视化视觉皮层中各个神经元之间的连接，并检查当大脑“看到”图像时这些连接如何变化。
安德曼说：“我们正在追踪这 99% 未经探索的大脑活动，结果发现视觉皮层中有如此丰富的内容，以至于没有人知道。”
人们的白日梦是否涉及视觉皮层的类似活动模式是一个悬而未决的问题，答案需要额外的实验。然而，有初步证据表明，当人类回忆视觉图像时，也会发生类似的过程。
哈佛大学索斯兰家族心理学和神经科学教授兰迪·巴克纳（Randy Buckner）表明，当人们被要求详细回忆图像时，视觉皮层的大脑活动会增加。其他研究记录了在这种回忆过程中视觉皮层和海马体的电活动。
对于研究人员来说，他们的研究结果和其他研究结果表明，为安静醒来的时刻腾出空间可能很重要，因为这些时刻会导致白日梦。对于鼠标来说，这可能意味着暂停查看一系列图像，而对于人类来说，这可能意味着在智能手机上滚动时暂停一下。
安德曼说：“我们非常有信心，如果你从不给自己任何清醒的休息时间，你就不会发生那么多的白日梦事件，这对于大脑的可塑性可能很重要。”
参考文献：
Nghia D. Nguyen、Andrew Lutas、Oren Amsalem、Jesseba Fernando、Andy Young-Eon Ahn、Richard Hakim、Josselyn Vergara、Justin McMahon、Jordane Dimidschstein、Bernardo L. Sabatini 和 Mark L 的“皮质重新激活预测未来的感觉反应” . 安德曼，2023 年 12 月 13 日，《自然》。
DOI：10.1038/s41586-023-06810-1
该论文的其他作者包括 Andrew Lutas、Oren Amsalem、Jesseba Fernando、Andy Young-Eon Ahn、Richard Hakim、Josselyn Vergara、Justin McMahon、Jordane Dimidschstein 和 Bernardo Sabatini。
该研究得到了国防科学与工程奖学金、霍华德休斯医学研究所吉列姆奖学金、美国国立卫生研究院（F32 DK112589；DP2 DK105570；DP1 AT010971-02S1；R01 MH12343）、戴维斯家庭基金会奖、麦克奈特奖的支持学者奖、哈佛心脑行为跨院系倡议教师研究奖、哈佛脑科学倡议双相情感障碍种子基金，由 Kent 和 Liz Dauten 颁发。