大腦的重塑

兩歲時，本（Ben）左眼開始看不見東西，被母親帶去醫(yī)院。醫(yī)生查出他的雙眼均發(fā)生了視網(wǎng)膜癌變。在放療和化療失敗后，外科醫(yī)生摘除了他的雙眼。從此，本永遠地失去了視覺。

(資料圖片僅供參考)

不過，在七歲的時候，本發(fā)明了一個解碼周圍世界的技巧：用嘴巴發(fā)出類似鎖門時的“咔噠”聲，并傾聽回聲。通過這個方法，本可以定位出門廊、人們、停靠的車和垃圾桶等物體的位置。他的這種行為被稱作回聲定位（echolocating）：向環(huán)境中的物體發(fā)射聲波，并捕捉反射的回聲，來建立一個周邊環(huán)境的心理模型。

雖然回聲定位聽起來像是一門人類不可能掌握的技能，但目前已有數(shù)千名盲人和本一樣熟練掌握了這一技巧。這一現(xiàn)象早在20世紀40年代便有記錄——發(fā)表于《科學》的一篇名為《盲人、蝙蝠和雷達的回聲定位》（Echolocation by Blind Men, Bats, and Radar）的文章，首次提出“回聲定位”這個詞。

失明是如何讓一個人產生用雙耳理解周邊環(huán)境的驚人能力的？答案就藏在演化賦予人類大腦的一項天賦中——極強的適應性（adaptability）。

-Pablo Ruiz T.-

每當我們學習新知識，掌握新技能，或培養(yǎng)新習慣時，我們大腦的生理結構會隨之改變。神經(jīng)元是大腦中負責快速處理信息的細胞，數(shù)以千計地相互連接，但就像每個小團體中人們的友誼一樣，它們之間的連接也在不斷變化：會增強，會減弱，也會找到新的伙伴。在神經(jīng)科學中，我們把這種現(xiàn)象稱作“大腦可塑性”（ brain plasticity），指的是大腦可以像塑料一樣呈現(xiàn)出新的形狀并保持下去的能力。不過，最新的研究發(fā)現(xiàn)，大腦的靈活性遠比它維持某個形狀的能力更為細微復雜。為描述這一特征，我們用“活線”（livewiring）來形容腦可塑性，以突出體現(xiàn)大腦這個由860億神經(jīng)元和200萬億個連接組成的龐大系統(tǒng)，是如何無時無刻不在重塑（rewire）的。

神經(jīng)科學家們曾一度認為，大腦的不同區(qū)域生來就是用于執(zhí)行特定的功能的，但這個舊范式現(xiàn)已被新的發(fā)現(xiàn)推翻。大腦的某個區(qū)域最初可能被分配來處理某個特定的任務。比如，我們的大腦后部就因為經(jīng)常處理視覺，所以被稱作“視覺皮層”（visual cortex），但這個區(qū)域也可以被重新指派給別的任務。視覺皮層的神經(jīng)元并沒有什么特別的，在視覺正常的人身上，它們只是恰好被用來處理形狀或色彩，但在失明者身上，同樣的神經(jīng)元可以重塑，以處理其他形式的信息。

大自然賦予人類大腦充分的靈活性，以適應環(huán)境。大腦這種可以重新配置（reconfigure）的能力，就像鋒利的牙齒和飛跑的雙腿一樣，是很有利于生存的。大腦的活線使我們有可能學習、記憶和開發(fā)新的技能。

-Vova Brown-

在本的例子中，由于大腦的靈活重塑，視覺皮層轉而用來處理聲音。于是，本有了更多的神經(jīng)元可以用來處理聽覺信息，而這一增強的處理能力，也讓本得以解讀聲波中的驚人細節(jié)。本的超級聽力顯示出一個更具一般性的規(guī)律：某項特定感官所占據(jù)的腦區(qū)越多，則該感官的表現(xiàn)也越佳。

近幾十年來出現(xiàn)了一些關于活線的重要發(fā)現(xiàn)，但最令人驚喜的也許要數(shù)其快速性（rapidity）。大腦回路的重組不只發(fā)生在剛剛失明的人身上，也發(fā)生在短暫性失明的視力正常者身上。在一項研究中，視力正常的參與者在短期內突擊學習如何閱讀布萊葉盲文（Braille），在這個過程中，有半數(shù)參與者被蒙上了雙眼。經(jīng)過五天的學習，蒙住眼睛的參與者比沒有蒙住眼睛的參與者更能分辨出盲文符號之間的細微差別。更引人注意的是，蒙住眼睛的參與者大腦的視覺區(qū)域，能對觸摸和聲音產生反應，被它們所激活。當視覺皮層的活動暫時被打斷，蒙住眼睛的參與者的盲文閱讀優(yōu)勢也不復存在。換句話說，蒙住眼睛的參與者在涉及到觸摸的任務中表現(xiàn)得更好，是因為他們的視覺皮層被征募過來提供幫助。眼罩取下后，視覺皮層在一天之內就恢復了正常，不再對觸摸和聲音產生反應。

但這樣的變化并不一定要花五天，那只是剛好是去測量的時間。當我們對蒙住眼睛的參與者進行持續(xù)的測量，大約一個小時內，就在視覺皮層中觀察到了涉及到觸摸的活動。

-Tang Yau Hoong-

做夢——視覺區(qū)保衛(wèi)戰(zhàn)

大腦的靈活性和皮層的快速接管又和做夢有什么關系呢？這其中的關聯(lián)也許比我們以前認為的更多。顯然，通過把視覺皮層重新分配給其他感官，本受益匪淺，因為他永久地失去了雙眼，但對實驗中的蒙眼參與者來說呢？如果我們的某項感官缺失只是暫時的，那么，其它感官對腦區(qū)的快速占領也許就沒那么有益。

而我們認為，這就是我們做夢的原因。

在無止休的腦區(qū)爭奪中，視覺系統(tǒng)面對著一個獨特的問題：由于地球自轉，每隔24小時，所有動物平均都會有12個小時被籠罩在黑暗中（當然，這是指演化過程中的大部分時間，不包括我們當下的電氣化世界）。我們的祖先們在一生當中的每個夜晚，實際上都成了不知情的蒙眼實驗參與者。

那么，祖先們大腦的視覺皮層，如何在雙眼缺乏信息輸入的情況下，守衛(wèi)住自己的領土呢？

我們認為，大腦守住視覺皮層腦區(qū)的方式，是讓它在夜間保持活躍。根據(jù)我們的“防御性活躍理論”（defensive activation theory），有夢睡眠（dream sleep）的存在是為了使視覺皮層的神經(jīng)元保持活躍，從而抗擊鄰近感官的占領。從這個角度來看，夢境以視覺為主，正是因為視覺是唯一被黑暗置于不利地位的感官。因此，只有視覺皮層在某種程度上是脆弱的，有必要通過內部生成的活動來守住它的腦區(qū)。

-Dan Gartman-

證據(jù)

1. 隨著年齡增長，人的大腦靈活度逐漸減少，而快速眼動睡眠比例也隨之減少

在人類的睡眠中，每隔90分鐘就會出現(xiàn)一段快速眼動（REM）睡眠，大多數(shù)夢境就發(fā)生在這個時候（雖然在非REM睡眠中也會出現(xiàn)某些形式的夢境，但這些夢境是抽象的，缺乏REM夢境的視覺生動性）。

快速眼動睡眠由一組能直接激活大腦視覺皮層的特定神經(jīng)元觸發(fā)，讓我們即使閉上眼睛也能體驗到視覺?？梢酝茰y，視覺皮層的這種活動，就是夢境如繪畫般和電影般的原因（在快速眼動睡眠狀態(tài)下，激發(fā)夢境的回路也會麻痹你的肌肉，這樣大腦在模擬視覺體驗的同時就不會移動身體）。這些回路在解剖學上的精確性，意味著有夢睡眠具有生物學上的重要性——如果沒有重要的功能，像這樣精確而普遍的回路是很難演化出來的。

關于夢境，防御性活躍理論做出了一些明確的預測。例如，大腦的靈活度會隨著年齡增長而減弱，那么，在人的一生中，快速眼動睡眠在整個睡眠周期所占的比例也應該逐年減少。而事實也正是如此：人類嬰兒的快速眼動睡眠約占睡眠時間的50%，但在老年人身上這個比例下降到了約18%。隨著大腦的靈活度降低，快速眼動睡眠似乎也變得不再那么必要。

-Veronika Stehr-

2. 大腦靈活度越高的物種，每晚用于快速眼動睡眠的時間也越長

當然，這兩者之間的聯(lián)系并不足以證明防御性活躍理論。為進一步驗證該理論，我們將調查范圍擴大到人類以外的動物。防御性活躍理論做出了一個明確的預測：某種動物的大腦靈活度越高，為保護睡眠狀態(tài)下的視覺系統(tǒng)，其所需的快速眼動睡眠也就應該越多。因此，我們研究了25種靈長類動物的大腦在出生時的“預編程”（pre-programmed）程度和與之相對的靈活度。預編程程度該如何測量呢？我們研究了這幾種動物發(fā)展所需的時間：多長時間斷奶、多長時間學會走路，以及進入青春期需要多少年。某種動物的發(fā)展速度越快，大腦的預編程程度越高，也就是說，靈活度越差。

研究發(fā)現(xiàn)，大腦靈活度越高的物種，每晚用于快速眼動睡眠的時間也越長，這與預測結果相一致。大腦靈活度和快速眼動睡眠，這兩個最初看似不相關的指標，事實上是有所關聯(lián)的。

順帶一提，在我們研究的靈長類動物中，有兩種是夜行動物。但這并不改變假說：動物無論是在晚上還是在白天睡覺，視覺皮層都有被其他感官接管的風險。夜行性靈長類動物配備了強大的夜視能力，在夜間運用視覺尋找食物和躲避捕食。但之后當它們在白天睡覺時，雙眼緊閉，無法再有視覺輸入，因此，它們的視覺皮層也需要防御。

-Dominik Mayer-

3. 先天失明（或幼年失明）的人不會在夢中體驗到視覺圖像

夢境回路有著根本意義上的重要性，以至于先天失明的人也會做夢。但先天失明（或幼年失明）的人不會在夢中體驗到視覺圖像，而是有其他的感官體驗，例如摸索著走過一間重新布置過的客廳，或是聽見奇怪的狗叫聲。這是因為其他感官已經(jīng)占據(jù)了他們的視覺皮層。也就是說，盲人和視力正常的人在做夢時活躍的腦區(qū)是一樣的，只是兩者在該腦區(qū)中所處理的感官有所不同。值得注意的是，比起幼年失明的人，7歲以后失明的人做夢時有更多的視覺內容。這也與防御性活躍理論相一致：大腦的靈活度隨年齡增長而降低，因此，如果失明時年齡較大，非視覺感官就不能完全征服視覺皮層。

4. 被剝奪視覺輸入就會出現(xiàn)視覺幻覺

如果夢境是因為缺乏視覺輸入而引發(fā)的視覺幻覺，那么可以預料到，類似的視覺幻覺，在那些清醒時被慢慢剝奪了視覺輸入的人身上，也可能發(fā)現(xiàn)。而對于眼球退化的人、被固定在鐵肺（tank-respirator）*里的病人和被單獨關禁閉的囚犯來說，事實也正是如此。在所有這些情況下，人們都會看見并不存在的東西。

*譯者注

tank-respirator：又稱iron lung，即鐵肺，是一種協(xié)助喪失自行呼吸能力的病人進行呼吸的醫(yī)療設備。使用者大多數(shù)是患上脊髓灰質炎和重肌無力癥等病患而引起呼吸肌肉麻痹的病人。鐵肺是一個連接著泵的嚴密封閉金屬筒，病人躺在筒內，只剩下頭部露于外面。當鐵肺的泵吸入及抽出空氣時，由于筒內氣壓的改變，使病人的胸廓產生相應膨脹或壓縮，令病人能夠進行被動性呼吸運動。

我們發(fā)展了防御性活躍理論，以解釋長時間處于黑暗中所出現(xiàn)的視覺幻覺，但該理論可能代表著一個更普遍的原則：大腦已演化出特定的回路，會在輸入被剝奪的時間段產生活動以作為補償。這在幾種情況下可能發(fā)生：（1）剝奪有規(guī)律且可預測（如睡覺時做夢）；（2）感官輸入通路受損（如耳鳴或幻肢綜合征）；（3）剝奪不可預測（如由感官剝奪引起的幻覺）。從這個角度來看，在剝奪時期出現(xiàn)幻覺實際上可能是系統(tǒng)的一個特征，而不是故障。

-lipika S-

當前研究與結論

我們現(xiàn)在正努力完成對整個動物王國的各個物種進行系統(tǒng)性對比。目前來說，證據(jù)是振奮人心的。有些哺乳動物出生時還未成熟，無法調節(jié)自己的體溫，也不能獲取食物或是自我保護（比如小貓、小狗和雪貂）；而有些哺乳動物一出生就已成熟，在子宮里就長出了牙齒和毛發(fā)，可以睜眼，并有能力調節(jié)體溫，出生后不到一小時就會走路，能吃固體食物（比如豚鼠、綿羊和長頸鹿）。出生時未成熟的動物的快速眼動睡眠比出生時成熟的動物多達8倍。這是為什么？因為當幼仔的大腦高度靈活時，該系統(tǒng)需要更多的活動來保護睡眠中的視覺系統(tǒng)。

從人類有語言以來，夢便一直令哲學家、牧師和詩人困惑不解。夢有什么意義？夢境是否預示著未來？近幾十年來，作為神經(jīng)科學領域的核心未解之謎之一，夢一直備受神經(jīng)科學家們的關注。夢是否具有更實際的、功能性的目的？我們認為，有夢睡眠的存在，至少在一定程度上，是為了防止在視覺不被使用時，其他感官將大腦視覺皮層占領。夢是對大腦靈活度過高的平衡。因此，盡管長期以來，夢一直都是歌謠和故事的主題，但也許，夢也可以被更好地理解為，是大腦可塑性和地球自轉的奇異的愛之結晶。

作者：David Eagleman & Don Vaughn

翻譯：牙牙|審校：Sixin |封面：lipika S

編輯：山雞

原文：https://time.com/5925206/why-do-we-dream/