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瀕死之人的腦電波,首次被深入觀察:可能真在回憶人生

圖片來源:Unsplash

人類奮力思考的時候,和人類快要死去的時候,腦電活動竟然十分相似?

撰文 | 栗子

審校 | Clefable

有些人在死亡邊緣走過一遭,日后回憶起自己的瀕死體驗,會說一生經(jīng)歷的許多事情都在腦海中閃過,就像跑馬燈一樣。

不過除了那些生動的自述,科學(xué)家也很少有機會真正了解,一個人在死去之前到底會經(jīng)歷怎樣的腦活動。所以幾個世紀以來,這一直是個謎。直到最近,終于有一支研究團隊,獲得了一位瀕死人類的連續(xù)腦電圖,并且從中觀察到奇特的景象。

科學(xué)家甚至猜測:在人即將離去時,他的大腦真的在回顧人生。

頻率最高的腦電波

取得垂死之人的腦活動數(shù)據(jù),并不在研究者的計劃之中。

加拿大有一位87歲的老人,在跌倒之后被送進急診室。醫(yī)生發(fā)現(xiàn)他有顱內(nèi)血腫,便為他實施了開顱手術(shù),以去除血腫。手術(shù)之后,患者病情穩(wěn)定了兩天,但隨后出現(xiàn)姿勢異常、偏癱,還有肌躍型抽搐,這些癥狀可以看作神經(jīng)系統(tǒng)功能惡化的表現(xiàn)。

因此,醫(yī)生決定用腦電圖(EEG)持續(xù)監(jiān)測他的病情,并從中確認了12次癲癇發(fā)作。但就在監(jiān)測的過程中,患者突發(fā)心臟病去世。老人生前簽署過放棄急救同意書,所以在通向死亡的旅途中,他的腦電活動得到了更純粹的記錄。

經(jīng)過患者家屬的允許,科學(xué)家們一共取得了連續(xù)900秒的腦電波數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)里包含一次癲癇發(fā)作,在第200秒前后出現(xiàn)。等到第470秒,左腦的神經(jīng)活動受到抑制;第694秒,左右腦的神經(jīng)活動都受到抑制;第720秒,患者出現(xiàn)心臟驟停。

左為左腦神經(jīng)活動情況,右為右腦神經(jīng)活動情況。S(seizure)=癲癇發(fā)作,LS(left-sided suppression)=左腦抑制,BS(bilateral suppression)=左右腦都抑制,CA(cardiac arrest)=心臟驟停(圖片來源:原論文)

通常,當(dāng)患者的心臟停跳持續(xù)超過30秒,他便可以被宣布死亡。于是,心臟驟停(第720秒)的前后各30秒,成了研究者們最關(guān)心的時間段。

科學(xué)家分析了那位老人的腦電波,并驚訝地發(fā)現(xiàn):當(dāng)左右腦的神經(jīng)活動都被抑制(第694秒)之后,伽馬波(gamma wave)沒有立即減弱,反而增強,直到心臟驟停后才回落。這個現(xiàn)象代表什么呢?

我們頭腦里的神經(jīng)元,會依靠電信號相互傳遞信息,而這些信號產(chǎn)生的波形就是腦電波。人類的腦電波,可以按照頻率的高低分為五大類,用德爾塔(delta)、西塔(theta)、阿爾法(alpha)、貝塔(beta)和伽馬(gamma)這五個希臘字母命名。

其中,最慢的是德爾塔波,頻率在4赫茲以下,成年人只有睡眠時才會出現(xiàn)這類腦波;最快的則是伽馬波,頻率在30~150赫茲,與一些高級的腦功能(如認知和記憶)密切相關(guān)。

注意力集中(圖片來源:Pixabay)

通常,當(dāng)人們精神高度集中,忙著處理信息的時候,大腦會制造出更多的伽馬波。也可以說,伽馬波的強盛,意味著大腦正在努力工作。而如果人腦中的伽馬波水平長期偏低,注意力、記憶力和學(xué)習(xí)能力都有可能出現(xiàn)問題。

不過,這些用來執(zhí)行高級任務(wù)的伽馬波,在生命的末尾被召喚出來,是要做些什么呢?

可能在回憶人生

上文提到,人類的腦電波分為五大類。值得注意的是,那些不同頻率的腦波,有時還會相互作用。一種高頻率腦波(小周期,遇上另一種低頻率腦波(大周期)時,它振動的幅度可能會受到后者的影響,就如下圖顯示的那樣。

細密的齒為高頻率,大波浪為低頻率。高頻率腦波的振幅大小,受到低頻率腦波的影響,從波形上不難看出(圖片來源:Mike X Cohen)

不同頻率的腦波相互作用的現(xiàn)象,叫跨頻率耦合(cross-frequency)。上圖只是一個例子,現(xiàn)實中可能出現(xiàn)許多不同的跨頻率耦合方式,有些在調(diào)頻(FM),有些在調(diào)幅(AM),就像收音機。

不同類型的跨頻率耦合(圖片來源:DOI:10.3389/fncom.2013.00078)

而在人類的腦波里,伽馬波頻率最高。從那位87歲老人的腦電圖中,科學(xué)家也觀察到了其他腦波與伽馬波的相互作用:既有阿爾法波伽馬波的跨頻率耦合,也有西塔波伽馬波的跨頻率耦合。其中,阿爾法波跟伽馬波的耦合十分突出。

在患者左腦神經(jīng)活動受到抑制的時期(第470秒開始),阿爾法波和窄頻帶伽馬波(30~60赫茲)的耦合最強;而在心跳驟停后(從第720秒開始),阿爾法波和寬頻帶伽馬波(80~150赫茲)的耦合最強。

團隊說,已知在健康人類的認知過程和回憶(memory recall)過程中,都涉及到了阿爾法波和伽馬波的相互作用。這項研究的通訊作者、路易斯安那大學(xué)的阿杰馬爾·季默(Ajmal Zemmar)博士推測:“瀕死時期的大腦,也許就是依靠那些腦波來提取記憶,在短短數(shù)秒之間,最后一次回顧人生中重要的片段。

電影《釜山行》,主角感染僵尸病毒之后,腦海中便閃回了女兒還是嬰兒時,自己抱著她的那個溫暖場景(圖片來源:《釜山行》)

當(dāng)患者心臟驟停后,每一類腦波的功率都開始下降。但當(dāng)科學(xué)家在五類腦波中做了橫向?qū)Ρ龋桶l(fā)現(xiàn):與高級腦功能最相關(guān)的伽馬波,其功率的占比在心跳停止后依然在增加。

只有人類才這樣嗎?

這應(yīng)該是科學(xué)家第一次在垂死的人類身上,觀察到如此詳盡的腦電活動。

不過,早在2013年就已經(jīng)有科學(xué)家,在實驗室的可控條件下,觀察過瀕死大鼠的腦活動,并發(fā)現(xiàn)有類似的現(xiàn)象:在心臟驟停后的30秒之內(nèi),伽馬波出現(xiàn)了短時的激增,且與阿爾法波和西塔波都出現(xiàn)了緊密的耦合。

至于伽馬波為什么會增加,研究者相信那是心臟停跳前的高碳酸血癥(hypercapnia)和心臟停跳后的腦血流停止造成的。

高碳酸血癥,指血液中二氧化碳水平異常高(圖片來源:pixabay)

結(jié)合新的研究成果,科學(xué)家們認為瀕死的大腦可能執(zhí)行了一種生物過程,而這個過程或許隨著生物演化的歷史長河,在不同物種之間保留了下來。

當(dāng)然,這項新研究還有一些缺陷,比如它用到的人類腦電圖樣本只有一個,且是來自神經(jīng)系統(tǒng)嚴重受損的人類。一個人的瀕死腦電波未必典型,不一定能推廣到更多的人類身上。

另外,英國薩塞克斯大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家阿尼爾·塞斯(Anil Seth)教授認為,只靠伽馬波的增強,以及伽馬波與其他腦電波的相互作用,還無法判定那就是大腦在閃回人生的種種過往。那只是一種可能。

但與此同時他也承認,這項研究成果“既感人又迷人”。畢竟,如果不是患者病情發(fā)展得出人意料,科學(xué)家們也很難獲得那份珍貴的腦電圖數(shù)據(jù)。從倫理上講,有計劃地收集垂死人類的腦活動,幾乎是不可能的。

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