2022年03月04日 11:44
環球科學
有些人在死亡邊緣走過一遭，日後回憶起自己的瀕死體驗，會說一生經曆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，科學家也很少有機會真正了解，一個人在死去之前到底會經曆怎樣的腦活動。所以幾個世紀以來，這一直是個謎。直到最近，終於有一支研究團隊，獲得了一位瀕死人類的連續腦電圖，並且從中觀察到奇特的景象。
科學家甚至猜測：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據，並不在研究者的計劃之中。
加拿大有一位87歲的老人，在跌倒之後被送進急診室。醫生發現他有顱內血腫，便為他實施了開顱手術，以去除血腫。手術之後，患者病情穩定了兩天，但隨後出現姿勢異常、偏癱，還有肌躍型抽搐，這些症狀可以看作神經系統功能惡化的表現。
因此，醫生決定用腦電圖（EEG）持續監測他的病情，並從中確認了12次癲癇發作。但就在監測的過程中，患者突發心髒病去世。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。
經過患者家屬的允許，科學家們一共取得了連續900秒的腦電波數據。這些數據裏包含一次癲癇發作，在第200秒前後出現。等到第470秒，左腦的神經活動受到抑制；第694秒，左右腦的神經活動都受到抑制；第720秒，患者出現心髒驟停。
左為左腦神經活動情況，右為右腦神經活動情況。S（seizure）=癲癇發作，LS（left-sided suppression）=左腦抑制，BS（bilateral suppression）=左右腦都抑制，CA（cardiac arrest）=心髒驟停
通常，當患者的心髒停跳持續超過30秒，他便可以被宣布死亡。於是，心髒驟停（第720秒）的前後各30秒，成了研究者們最關心的時間段。
科學家分析了那位老人的腦電波，並驚訝地發現：當左右腦的神經活動都被抑制（第694秒）之後，伽馬波（gamma wave）沒有立即減弱，反而增強，直到心髒驟停後才回落。這個現象代表什麼呢？
我們頭腦裏的神經元，會依靠電信號相互傳遞信息，而這些信號產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。
通常，當人們精神高度集中，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、記憶力和學習能力都有可能出現問題。
不過，這些用來執行高級任務的伽馬波，在生命的末尾被召喚出來，是要做些什麼呢？
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後者的影響，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
不同頻率的腦波相互作用的現象，叫跨頻率耦合（cross-frequency）。上圖只是一個例子，現實中可能出現許多不同的跨頻率耦合方式，有些在調頻（FM），有些在調幅（AM），就像收音機。
不同類型的跨頻率耦合
而在人類的腦波裏，伽馬波頻率最高。從那位87歲老人的腦電圖中，科學家也觀察到了其他腦波與伽馬波的相互作用：既有阿爾法波與伽馬波的跨頻率耦合，也有西塔波與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；而在心跳驟停後（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、路易斯維爾大學的阿傑馬爾·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，在短短數秒之間，最後一次回顧人生中重要的片段。」
電影《釜山行》，主角感染僵屍病毒之後，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 —
當患者心髒驟停後，每一類腦波的功率都開始下降。但當科學家在五類腦波中做了橫向對比，就發現：與高級腦功能最相關的伽馬波，其功率的占比在心跳停止後依然在增加。
只有人類才這樣嗎？
這應該是科學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年就已經有科學家，在實驗室的可控條件下，觀察過瀕死大鼠的腦活動，並發現有類似的現象：在心髒驟停後的30秒之內，伽馬波出現了短時的激增，且與阿爾法波和西塔波都出現了緊密的耦合。
至於伽馬波為什麼會增加，研究者相信那是心髒停跳前的高碳酸血症（hypercapnia）和心髒停跳後的腦血流停止造成的。
結合新的研究成果，科學家們認為瀕死的大腦可能執行了一種生物過程，而這個過程或許隨著生物演化的曆史長河，在不同物種之間保留了下來。
當然，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，且是來自神經系統嚴重受損的人類。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，英國薩塞克斯大學的神經科學家阿尼爾·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展得出人意料，科學家們也很難獲得那份珍貴的腦電圖數據。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。
參考文獻
作者：栗子 | 封面：Caroline Brewer
審校：Clefable | 排版：光影
