新思维状态：重新思考研究人员如何理解大脑活动

了解大脑活动和行为之间的联系是神经科学的核心兴趣之一。更好地掌握这种关系将有助于科学家了解大脑在基本层面上是如何工作的，并揭示神经和心理疾病的具体问题。

研究人员研究这种联系的一种方法是通过所谓的“大脑状态”，即在特定认知任务中出现的神经活动或连接模式，并且在所有个体中都足够普遍，以至于它们变得可预测。另一种较新的方法是研究脑电波，即由细胞间同步引起的脑细胞活动的有节奏、重复的模式。

在一篇新论文中，两位耶鲁大学的研究人员提出，这两种思考大脑活动的方式可能并不代表单独的事件，而是同一事件的两个方面。从本质上讲，他们认为，尽管传统上认为大脑状态是大脑活动的快照，而波浪更像是一部电影，但它们捕捉的是同一故事的一部分。

研究人员说，在这种情况下重新考虑这两种方法，可以帮助两个领域从另一个领域的方法和知识中受益，并促进我们对大脑的理解。

受到生态、保护和土著哲学的启发，生物医学工程系三年级博士生玛雅·福斯特（Maya Foster）在加入耶鲁大学医学院放射学和生物医学成像系副教授达斯汀·谢诺斯特（Dustin Scheinost）的实验室后就开始追求这一想法。

他们是这篇新论文的合著者，该论文于4月5日发表在《认知科学趋势》杂志上。

“我们认为，与其说大脑状态是单一的事物，不如说它是事物的集合，是以可预测的方式及时出现的离散模式的集合，“她说。

在接受耶鲁新闻采访时，福斯特和谢诺斯特描述了他们的建议，并讨论了他们如何帮助研究人员更好地理解大脑的奥秘。本次采访经过编辑和压缩。

你是什么时候开始考虑这些可能是同一事件的两个方面？

玛雅·福斯特： 甚至在我来到这个实验室之前，我就一直在考虑这个问题。我当时正在读一本书——特里·坦佩斯特·威廉姆斯（Terry Tempest Williams）的《侵蚀：毁灭的散文》（Erosion： Essays of Undoing），她谈到了像直升机这样的人造机械如何引起振动，从而中断事物的自然脉搏，并导致岩层等事物分崩离析。与此相关的是，有很多原住民相信一切都有脉搏。这让我想到了大脑，以及我们是否有某种类型的共振或振动可以被破坏。

然后我加入了这个实验室，达斯汀让我尝试了很多不同的东西。在其中一个实验中，我将一些数据输入到特定的分析中，输出看起来像波浪一样，模式出现，然后重复。这让我陷入了研究文献的整个兔子洞，并且有很多证据支持大脑状态中波浪状模式的想法。

将大脑状态视为波状有什么好处？

培养： 我认为它创造了一种协同作用，双方——大脑状态的人和脑电波的人——都通过相互学习而受益。也许我们现在在大脑活动与行为的关系方面的知识空白可以通过两个小组的共同努力来填补。

达斯汀·谢诺斯特（Dustin Scheinost）： 脑电波在这个领域是较新的，而且很复杂。任何时候，只要你能把新的东西和旧的东西联系起来——在这种情况下是大脑状态——它就会给你一个自然的起点。你可以带上你到目前为止学到的一切。这有点像不把婴儿和洗澡水一起扔出去。我们不需要放弃大脑状态。他们已经通知了我们，但我们也可以和他们一起朝着不同的方向前进。

你建议研究人员现在如何考虑大脑状态和脑电波？

培养： 借用物理学，当你分析光时，它可以是一个离散的点——一个光子——也可以是波状的。这是我们思考这个问题的一种方式。同样，根据你分析大脑状态的方式，你可以得到静态模式，就像光子一样，或者如果你更动态地观察活动，随着时间的推移，某些模式开始出现不止一次，有点像波。

因此，我们认为，与其说大脑状态是单一的事物，不如说它是事物的集合，是以可预测的方式在时间中出现的离散模式的集合。

例如，如果我们在某人完成认知任务时测量大脑活动的四种不同模式，那么大脑状态可能是模式一出现，然后是模式三，然后是二，然后是四，并且该系列可能会随着时间的推移而重复。当这种重复停止时，那将是那个特定的大脑状态的终结。

您还可以与被称为“赋格”的音乐技巧进行比较。这与你想象这些现象的方式有什么关系？

培养： 我是一个音乐人，所以这就是它的由来。在赋格曲中，你有一个基本的旋律，然后这个旋律后来以不同的形式和格式出现在音乐中。例如，旋律将播放，然后其他一些音乐进入，然后旋律以相同的节奏和时间顺序返回，但可能处于不同的调中。

赋格曲是循环的和波浪状的，它们有不同的音符组，并且有系统的重复，有时是主旋律的分层。我们认为，大脑状态也是波浪状的，具有独特的大脑活动模式，并显示出系统性的重复和顺序模式的分层。

你希望其他研究人员如何回应你的论点？

培养： 老实说，我很想得到反馈。我们的建议是有证据的，但是当涉及到未来实施这些想法时，就如何运作进行对话会很有帮助。有很多不同的策略，我有兴趣就我们作为研究人员如何研究这个问题进行更广泛的对话。

作为一个在这个领域已经有一段时间的人，让一个学生带着这样的新想法进来是什么感觉？

Scheinost： 作为一名研究人员，你可以按照自己的方式行事，你需要新的想法，新的创造力。有时，当您第一次听到它们时，它们可能听起来很古怪。但随后你反刍，它们开始形成。这很有趣。这就是这份工作的乐趣所在，听到新的想法，看看人们如何讨论和辩论它们。