意外复杂的脑波揭示大脑的内部运作
文章摘要
这是 Quanta Magazine 特约撰稿人 Conor Feehly 在 2026 年 9 月 30 日发表的一篇神经科学报道，主题是大脑皮层上的”行波”（traveling waves）。文章从一个日常场景切入：早上起床、穿过昏暗的走廊、想着冰箱里有什么可以当早饭，短短几秒里大脑就完成了导航、调取记忆、评估身体能量状态。大脑能做到这些，一部分要靠电。它大约一半的能量都花在维持电化学梯度上，让神经元始终处于随时可以放电的状态。大量神经元的集体电活动会像球场观众席上的人浪一样，从一个脑区传到另一个脑区。
从”引擎轰鸣”到”核心机制”。 过去用电极测到的这些波大多被认定为简单的平面波，神经科学家习惯把它们看作”大脑引擎在转的声音”，只说明它在工作，本身没什么功能意义。但近来人类和动物身上的新证据显示，行波可能在大脑运作中扮演核心角色。MIT 认知神经科学家 Earl K. Miller 说，现在的研究正在把问题从”它们有没有意义”推向”这是皮层处理信息的一个主要模式”。
从前到后、从后到前。 从 1920 年代起，人们就用头皮脑电（EEG）测量大脑的振荡，注意、记忆、睡眠时频率各有变化，也就是常说的 α、β、γ、θ 波。但在颅骨外记录，信息保真度有限。芝加哥大学 Joshua Jacobs 的实验室专做颅内记录：重度癫痫患者为了定位病灶，会在脑内植入约 100 个电极，在患者同意的前提下，研究者能在他们做各种思维任务时采集时空分辨率都很高的数据。Jacobs 与现任职于美国国立卫生研究院（NIH）的神经工程师 Uma Mohan 在 2024 年《Nature Human Behaviour》的论文中发现，记忆任务中皮层上的波要么从后往前、要么从前往后传播。Jacobs 的解释是，可以把波的方向看成信息流动的方向：视觉区在后，负责”高层”记忆的前额叶在前，当你专注地看某样东西并把它记住时，信号从眼睛传到视觉皮层，再通过波向前传到大脑其他部分，表现为从后往前的波。Mohan 认为大脑可能借此在”编码”和”回忆”两种记忆功能之间快速切换。
漩涡、涟漪和汇聚波。 2026 年 4 月 Jacobs 和 Anup Das 等人发表在《Nature Communications》上的研究让这幅图景复杂得多。受试者完成两类记忆任务：一个是简单的言语记忆，回忆屏幕上出现过的单词；另一个更复杂的是空间记忆，在虚拟环境中导航并记住物体的位置。高分辨率记录首次在清醒的人类身上观察到两类新的波：一类是同心波，像石子投进湖面泛起的涟漪，或者反过来向某一点汇聚（源波和汇波）；另一类是顺时针或逆时针旋转的螺旋波，”像飓风，也像冲马桶”。旋转波在空间任务中出现得更多，言语任务中的波结构较简单，这暗示旋转波可能更适合支撑复杂的记忆行为。Jacobs 说，过去的颅内记录往往只看一个或几个电极，因此留下了”整片皮层只有简单波”的印象；只要选取间距合适的电极组，波的结构和方向就清晰起来。
匹兹堡大学的数学生物学家 Bard Ermentrout 一直在小鼠身上研究类似的模式，也是这篇论文的合著者。他认为过去看到的简单平面波，可能只是更复杂波形的一部分：”也许平面波只是外围的旋臂，你错过了风暴眼。在飓风里你只感觉到风朝一个方向吹，除非你就在风眼附近，否则不会知道它在旋转。”由于电极只能放在癫痫治疗需要的位置，Jacobs 说”我们可能低估了这些模式到底有多普遍”。
不只是引擎的声音。 这些波到底在做什么，学界还没有共识，但一些科学家认为它们为脑区间协调提供了另一条途径。Miller 认为，相比神经元之间稳定的”建筑式”连接，这些波动态得多、灵活得多，而且变化的时间尺度和行为一致，大脑利用这样一个涌现出的生物物理层是合理的。他的说法是：连接结构像是长期存储在大脑里的信息，而波是这些信息在思维和神经处理中被”表达”出来的时候；波大体沿着解剖结构走，但并不严格遵循。已有研究发现行波与感觉处理、预测以及调节神经元兴奋性有关。Miller 把皮层神经元比作”坐在墙头的矮胖子”，随时处在放电边缘，振荡的电活动可以改变突触处的电压梯度，让它们更容易或更不容易放电。
来自小鼠和综述的佐证。 2026 年 6 月发表在《Science》上的一篇论文与 Jacobs 团队的结果相呼应：深圳医学科学院的叶志文（Zhiwen Ye）和华盛顿大学的 Nicholas Steinmetz 在小鼠脑中也观察到了圆形旋转波，而且左右半球的旋转波互为镜像并保持同步。更有意思的是，在把感觉信息与身体运动整合起来的体感皮层里，神经元的轴突以螺旋、环形的方式连接，可能正是这种结构促成了”飓风式”的波。叶志文说：”如果它们不重要，大脑为什么要把细胞这样接线？”2026 年 9 月，德州大学达拉斯分校的 Lyle Muller 和索尔克研究所的 John Reynolds 在《Neuron》上发表综述，梳理几十年的研究，论证视觉皮层的行波可能帮助预测即将到来的感觉信息：不断演变的波形同时携带刚刚经历的和正在经历的信息，帮助大脑做出短期预测。
反对意见。 并非所有人都接受这个假说。纽约大学系统神经科学家 György Buzsáki 认为，这些波只是底层突触活动的反映：神经元越多、越同步，电场和振荡就越强，波形能告诉我们底下电路的一些有趣信息，但仅此而已。”电流是由突触产生的，电流进入神经元，它们完成计算、产生动作电位、彼此通信，细胞外空间不需要发生任何事情。”文章最后承认，这些波到底在做什么（如果它们确实在做什么）尚无定论，但证据正在积累。Miller 的结语是：”生物学会利用规律性和可预测性，而这些波正在做与认知功能相关的、有组织的、可预测的事情。如果这还不能说明有事情在发生，我不知道还有什么能说明。”
HN 评论精华
本帖 253 分、约 100 条评论。讨论分成几条线：标题是否夸大、行波到底是功能机制还是副产品、大脑与 LLM 的类比之争，以及不少关于意识的猜想。
对标题的质疑与反驳。 paimapi 认为标题有点耸动：脑电和颅内脑电确实带来过有价值的临床成果，但”脑波”也是伪科学的重灾区，看到它和大胆的论断搭在一起要格外小心。他给出一个”更准确但没那么性感”的标题：《颅内记录在记忆任务中发现螺旋状和同心状脑波》，并强调研究只在小样本的癫痫患者身上、在受限的记忆任务中完成，并没有”揭示内部运作”，只是在一个长期争论中多添了一份证据，即某些数据到底是神经元放电的下游噪声，还是高保真的活动信号。他在另一处补充说，这是一个可能的、尚未重复验证的新方向，大学为争取经费发的新闻稿也应受到同样的审视。bbor 不同意：他一直密切关注 EEG 研究，觉得这个标题相当准确，”内部运作被揭示出来不就是这个样子吗？我们不会在里面找到一张上帝写着批注的蓝图”，而且 Quanta 几乎从不出耸动或不准确的文章。他还提醒，随着脑机接口行业在深度学习之后爆发，我们这辈子很可能看到第一台真正有效的测谎仪。在神经科技公司做 EEG 的 pedalpete 却”百分之百”同意 paimapi：人类先用流体力学看身体，以为懂了，后来发现了电，又以为懂了，其实依然没懂，能找到相关性不等于理解了底层机制。TeMPOraL 认为过去的理解并没有错，只是不完整，错误在于试图用单一模式解释复杂机器，就像一辆公交车同时有液压、气路、机械连杆、电路和反馈回路。
副现象还是因果？ randomImmigrant 给出了领域背景：争论的核心是这些波是神经活动的副现象，还是会进一步驱动活动。他认为这些研究还没有结案。突触电流更强，我们知道神经元会对其做出反应，而波存在于细胞外液中，已有证据表明神经元对这部分反应不大。他提出文章没谈的一个方向：星形胶质细胞。皮层里大部分突触是”三方突触”，有星形胶质细胞的终足包裹，调节细胞外空间对突触的影响，一个星形胶质细胞可以接触人类的几十万个突触，并通过缝隙连接形成合胞体。它们会不会响应细胞外的波，从而影响所接触的神经元？markhahn 的看法更怀疑：波本身携带的信号很少，最多起到同步作用，但覆盖的群体大得似乎没什么用处。HarHarVeryFunny 从进化角度反驳：如果脑波对功能有影响，那么这种影响要么有益要么有害，经过几百万年的选择，最可能的结论是它有某种功能上的好处。randomImmigrant 也认为它们很难只是耦合振子的副产品，邻近神经元之间的”场效应耦合”（ephaptic coupling）已经证明小尺度上存在这种作用。
monideas 联想到”垃圾 DNA”曾被认为无用、后来发现参与基因表达调控。这引出一段关于科学家是否”无能”的争吵，HarHarVeryFunny 认为把它说成”错误”不妥，大家都知道这是有待解释的反常，只是不知道答案；randomImmigrant 则说，更严重的历史失误是占脑细胞一半的胶质细胞长期被当作”支持细胞”而被忽视，并用了一个比喻：科学就像一群人提着亮度不一的灯在夜晚的密林里探索，难免把影子、山洞、石头、动物和人搞混。
4 到 12 赫兹够快吗？ Animats 说这些都是 4 到 12 赫兹的慢波，大脑里一定有更快的”时钟”，只是没人找到。回复中，ACCount39 认为大脑本来就不是完全同步的系统，大量低时间尺度的活动本质上是异步的，不需要快速的时钟树；randomImmigrant 指出 γ 波可达 100 赫兹，记忆巩固时更深处的高 γ 和涟漪波可以短暂达到 200 赫兹，而且神经元可以在信号沿轴突传播时把它压下去或放大，”在大脑里，时序本身就是信息”，快速全局时钟反而会丢掉这些间隔，一些神经形态芯片也出于能效考虑放弃了全局时钟。TeMPOraL 提出一个猜想：三维结构中多个慢波相互干涉，可能产生快得多的”剪刀效应”视在波，充当虚拟时钟，但他随后补充说查了资料，大脑里有千赫兹级的成分早已确认，真正的谜题是它们如何构成认知。
与 LLM 的类比之争。 第一条评论来自 vatsachak，他好奇 LLM 里的”波”是什么，能否借此整体理解权重在做什么。aronaxe 更直接地说，脑波之于生物神经群体，相当于 Transformer 残差流里大尺度、低维的激活模式之于 LLM。这类类比遭到反驳：HarHarVeryFunny 指出脑波来自反馈通路和动态，而 LLM 是严格自下而上的单向信息流，没有回路，高层无法影响低层；tete 则说”别再拿 LLM 和大脑比了”，人工神经元早就是一个糟糕的命名和抽象，每一项关于真实神经元的新发现都在拉大两者的距离。Anamon 讽刺说，我们又到了”我懂了，大脑就是个 LLM”成为流行观点的时候。
意识猜想。 breckinloggins 提出自己的假说：意识”寄宿”在结构化的电磁场中，神经元只是产生场的机制。fooker 指出一个想法要成为假说，必须可以被实验证伪；TeMPOraL 补充说，如果把”电磁场”定义得足够具体，或许可以检验，比如特定频率的强电磁场应该能在不损伤脑组织的情况下抹去意识；evilduck 则提醒，经颅磁刺激确实存在，但没有哪种电磁场能起到丙泊酚那样的麻醉效果。jibalt 直接说这连假说都算不上。也有人问大脑是不是量子装置，dvt 提到 Penrose 和 Hameroff 的 Orch OR 理论，jibalt 认为神经科学界普遍认为这事早已了结。
其他。 pessimizer 惊讶文章没有提到 Walter J. Freeman III，他毕生研究的正是大脑的非线性宏观动力学。地球物理学家 doodlebugging 说，这项研究利用癫痫患者体内更密集的电极阵列重建波场，和用固定地震台阵研究地震信号传播如出一辙；他好奇偏头痛是否与波在某些位置发生相长干涉、振幅超出正常处理能力有关。患有 ADHD 的 ghm2180 分享说，药物帮他克服对任务的抗拒，但对规划、策略这类长线执行功能帮助有限，真正有用的是每天 45 分钟的内观冥想，他因此对脑活动追踪很感兴趣。2001zhaozhao 建议招募有经验、能做准确内省报告的冥想者，把主观报告和这类高分辨率测量对照起来，建立生理与心理之间的映射。还有 cfloyd 说读到 Miller 那句引语就觉得像”AI 腔”，不读了；另有一位用户的评论因发表引战言论被 dang 点名，对方道歉并表示要暂停一周。