浅议：大脑如何保持高速运行？

又到年底了，估计大家的年终报告写得脑子都不够用了吧，这不，有人就说了，如何让大脑保持高速运行？看到不少网友提到的比如“专注力”、“饮食”、“冥想”等。今天我来谈谈另外一个非常关键的因素，也可能是目前为止人类唯一知道的可能让大脑保持高速运行的办法：睡眠。

01，大脑如何运行？人类的未解之谜

说到大脑，可能很多人都知道不少关于大脑的信息，然而，如果我问你一个简单的问题：大脑如何运行？相信面对这个问题，很多人只能给出一种感性的认识，却很难给出一个真正的答案。

为何？因为，这是人类未解之谜啊！

尽管我们做了很多的研究，比如曾经的心理学就是典范，然而即便到了今天，在神经生物学高速发展的推动下，我们掌握了不少大脑的秘密，比如我们如今已经基本确认了一个事实：大脑运行的方式就是神经元的运行方式，通过轴突树突等基本神经元传递结构来传递信号，当然，其本质上是电信号。而这些不同的电信号构成的脑连接则代表了不同的活动，比如下图是一个脑卒中的人和正常人的一个连接，主要是脑卒中引发的偏盲现象[1]中的脑连接差异如下图所示

但是，这真的是大脑运行的机制么？当然不是了。

这就像你观察一个手机，发现手机运行的时候有电流，而且电耗功率和发热有关，但是这并不是手机的真正运行机制啊。

但是这的确是个很好地思路，如果我们能够把所有程序背后的0/1变化搞清楚，那么我们极有可能通过穷举的办法，最后找出手机运行背后的机制，也就是算法。

事实上，人类已经开始这些研究了。

比如美国的人类连接组项目（Human Connectome Project）和脑计划，比如欧洲的人类脑工程研发计划，比如中国的脑计划等等。

但是无论如何，在当前，大脑的运行机制依然就像一片迷雾一样被笼罩着，我们不清楚它背后究竟是如何运作的。哪怕是号称人工智能的现代前沿科技，也只是尽可能的做的“看起来”像大脑。

如果神经学领域有上世纪的物理大佬们那么优秀，也许他们会说：一朵乌云笼罩在神经生物学之上。

02，睡眠，维持大脑运作的基本途径

尽管大脑就像被乌云笼罩着，而我们对大脑的运作机制不清楚，但是这并不妨碍我们可以知道一些浅层次的东西，比如，如何让大脑高速运作。这就像也许我们很多人根本不清楚汽车发动机是如何运作的，但是我们依然简单的知道，给汽车加油是最佳的办法，当然及时更换机油也是很有用的。

同样，对于大脑，目前认为，睡眠是维持大脑运作的基本途径。关于睡眠，同样是神经生物学研究的一个让人苦恼的区域。睡眠的目的到底是什么？为什么人类要做梦？为什么有的人会有睡眠障碍？等等一系列问题都是人类面临的重大难题。

不过，如果简单的给出一个睡眠的意义，那么极有可能是：维持大脑运作。

比如，美国罗彻斯特大学的研究人员对小鼠进行了研究，在大脑中有一种流动的液体叫做脑脊液，这种东西可以起到保护大脑、清除代谢废物和验证反应的作用。在睡眠的时候，脑脊液的流动通道会扩张60%，从而让脑脊液可以更好地清除大脑的代谢废物，促进大脑的恢复[2]。

当然，至于生物如何进化出睡眠？基于地球的研究（哈哈哈哈，毕竟我们没抓到外星人），我们认为其背后的深层次机制可能落在了昼夜节律上，我们大部分生物的作息时间是有规律性的，而其背后的根源在于太阳，对太阳节律的反应也映射在了我们的基因上，比如TIM蛋白和PER蛋白等都会专门来应对这些外界的刺激等等，这也是获得了2017年诺贝尔奖的著名研究。

睡眠的研究对于了解大脑的运行机制具有重大帮助，比如我们很多生物是有标准的昼夜节律的，但是有一种神奇的生物，它们就不一样，这就是生活在北极的驯鹿，也就是前段时间让很多人嗨得不得了的圣诞节中拉着圣诞老人的那个动物。

由于长期生活在北极圈，面对极昼和极夜这种神奇的自然现象，驯鹿的昼夜节律是被严重的打扰的。因此也成为了研究睡眠的一个新模型。

通过对驯鹿的研究，科学家发现驯鹿的节律通路中的核心调控基因PER2发生了驯鹿特异性的变异，导致该基因和另一个核心节律基因CRY无法结合，从而丧失了昼夜节律分子钟，变得可以适应北极的极昼和极夜生活，相关内容也发表在了science上，还是封面文章，中国人做的哈[3]

03，刺激-让大脑加速的办法

当然，任何事情，都是不止一面，睡眠当然是保持大脑运行的最佳办法，保持一个好的睡眠是让大脑高速运行的基本策略。

但是对于很多人来说，仅仅是睡眠还不够，毕竟大部分人来说，保持睡眠是基本的日常，但是在日常中，我们还是会面临一些大脑的运行效率低下的情况，比如饭后当食物的碱潮涌上来的时候，人就会面临大脑减速。这个时候，怎么办？

答案很简单：**刺激。**事实上，这已经是人类自古以来都掌握的基本道理了。

给大脑一个外界刺激，那么，大脑往往会瞬间提高速度来运行。比如著名的心理学家威廉·冯特开创了实验心理学，其重要策略就是给大脑刺激。而广泛的研究也证实了，电信号是让大脑维持高速运转的不二法则，毕竟大脑本身就是电流运作的，加电这种办法毫无疑问是很管用的。所以现在甚至有一些设备可以给大脑加电，从而让人瞬间清醒，大脑高速运作。不过这种设备一方面昂贵，另一方面也不太方便，毕竟你不可能一天到晚戴个大脑刺激的仪器吧？

那么，我们还有其他相对简单的办法，比如：化学的精神刺激和物理的冷感。

04，化学刺激剂

化学刺激剂，可能这东西比较绕口，其实我们日常里接触的非常多，小到很多人经常喜欢喝的咖啡，大到大家熟悉的体育赛事里的兴奋剂，都属于这一类产品。

这类物质本身的基本机制是通过化学物质进入体内，然后和人体的一系列神经相关的分子发挥作用，从而对神经活动产生干扰，正面的促进作用就是兴奋类的，而负面的抑制作用那就是麻醉、安眠类药物了。

不同的化学刺激剂作用效果不同，有的时作用于拟交感神经，比如麻黄碱之类的就是仿内源性儿茶酚胺的肾上腺素和去甲状腺素作用，而有的物质这是作用于中枢神经，这类往往是药物了，如胺苯唑。

当然，也有我们普通人最最熟悉的：咖啡。咖啡的刺激作用主要得益于咖啡因，这是咖啡中的重要成分，其作用机制也研究的比较透彻，目前认为，咖啡因发挥作用主要包括四类在细胞水平上主要有四种作用机制①作为细胞肌浆网理阿诺碱受体 (ryanodinereceptor)的激动剂 ,能引发对 ryanodine敏感的钙库释放 , 从而促使肌浆网释放钙离子 , 增加细胞内的钙离子浓度 , 同时增强肌纤维对钙离子的敏感性 ;②抑制磷酸二酯酶 , 使组织及肌肉内环 磷腺苷 (cAMP)的浓度 升高 ;③具有γ-氨基丁酸受体拮抗作用 ;④中枢腺苷受体(A)拮抗剂[4]。

所以，午后，来一杯咖啡，让自己休闲之余清醒一下，是个好办法。

05，物理刺激

如果对化学刺激剂比较抗拒的话，另一种简单粗暴的办法就是：冷感！

相信很多人都会有这种经历，当你觉得大脑昏昏沉沉的时候，急需要唤醒的时候，怎么办？用冷水去洗脸吧，瞬间人就清醒了。所以不少人在面临重大决策的时候，会跑到卫生间去用凉水冲一下，然后整个人就恢复了相对镇定的状态。事实上，这的确是个维持大脑高速运行的好办法。当然了，冲水，自然不是给大脑降温了，作为恒温动物，大脑具有超强的温度调节能力，要是真的发生了温度剧烈变化，人也就完蛋了。

其背后的本质是激活了大脑的冷应激。对外界应激产生反馈，这是生物的基本特征之一，对于拥有大脑的生物，感受外界刺激就成为了必须，而温度变化是基本的刺激之一，大脑自然有极强的应对策略。冷刺激的效果就在如此，人体甚至形成了专门的冷刺激分子，比如TRPM8，这一类细胞膜离子通道是生物体能够感受“冷”的关键蛋白分子，因此又被称为“冷受体”，而TRPM8的激活会导致部分外周神经元的兴奋和神经信号的传导，从而让大脑维持高速的运行[5]。

所以，当你觉得大脑运行不畅的时候，不妨给自己的冷感，去卫生间给自己冲一下脸吧，瞬间激活了大脑的冷受体。

最后，如何让大脑保持高速运行呢？根本的办法还是睡眠。而如果短时间的维持，可以使用化学刺激如咖啡或者物理刺激如冷水等等。

[1] Guo X, Jin Z, Feng X, et al. Enhanced Effective Connectivity in Mild Occipital Stroke Patients With Hemianopia[J]. Neural Systems and Rehabilitation Engineering, IEEE Transactions on, 2014, 22(6): 1210-1217.

[2] Xie L, Kang H, Xu Q, et al. Sleep drives metabolite clearance from the adult brain[J]. science, 2013, 342(6156): 373-377.

[3] Lin, Zeshan, et al. "Biological adaptations in the Arctic cervid, the reindeer (Rangifer tarandus)." Science 364.6446 (2019): eaav6312.

[4] 易超然,卫中庆.咖啡因的药理作用和应用[J].医学研究生学报,2005(03):270-272.

[5] Colburn, Raymond W., et al. "Attenuated cold sensitivity in TRPM8 null mice." Neuron 54.3 (2007): 379-386.