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本文来源：脑与心智毕生发展研究中心CLIMB
摘 要Abstract
当你饥肠辘辘时飘来一阵可人的饭香，此刻你的身体开始发生变化——嘴里分泌唾液，胃里分泌消化液、激素等等, 这一切都发生在你真正品尝到食物之前。那么这究竟发生了什么？我们的大脑可以预测未来！这可不是什么魔法，而是我们每个人过往的经历似乎在预示着我们即将发生的一切。 我们的大脑会不断地对身边环境进行预测——这就解释了为什么我们能接住球，会骑自行车，预估汽车的速度以保障我们安全穿过马路。此外，大脑还会对我们身体内部发生的事件进行预测。本文将揭示大脑如何运用过往信息预测我们的身体所需，这些预测与我们表情达意的方式息息相关，了解它们可以帮助我们更好地理解和调节纷繁多变的身心状态。
01
大脑与身体的联系
在我们的一生中，大脑与身体无时无刻都在密切交流。这种交流对我们生理和心理健康都至关重要，但这一切是如何进行的呢？根据传统理论，当身体有任何形式的变化，例如吃东西或者天太热时，我们的内部感觉系统便会向大脑发送信息。然后大脑通过向身体发送指令作出反应，比如“开启消化模式”或者“开启出汗模式”。这有点类似于空调的工作方式——当室温过高时，温度传感器就会发送信息至空调总机以冷却室温。
请想象你现在正走在街上，此时早已过了午餐时间而你却饥肠辘辘。忽然，你嗅到了食物的芳香。这种香味立即在你的身体里启动了一系列复杂的反应：唾液在你的嘴里积累，胃液在你的胃里释放，胰腺分泌出胰岛素（一种对吸收糖分很重要的激素）等等，这一切全都发生在你的舌尖触碰到食物之前。这一过程生动展示了我们的大脑是如何控制身体机能的：不仅是对身体的实际变化做出反应，而且对即将发生的事情进行了预判。一个多世纪前，这一现象被俄罗斯科学家伊万·巴甫洛夫(Ivan Pavlov)发现并对此展开了研究，他也因这一里程碑式的研究发现被授予了诺贝尔奖。
02
大脑能够预测身体的未来之需
你可能在思考为什么我们的大脑需要通过预测未来来调节身体功能。许多研究表明，大脑预测身体需求对于维持我们的健康十分必要。举个例子，假如我们用针管将食物直接注射到胃里，这就会使大脑无法预测食物的进入，那么身体就难以吸收食物中的糖分，导致短暂性的糖尿病症状。这其中的原因在于，当食物已经摄入体内，人体消化系统开始有效处理信息已为时过晚。此外，大脑的预测功能在维持身体其他生理机能方面也扮演着重要角色，例如调节体液和无机盐水平。
大脑为了能够预测身体需求并且控制生理功能就必须从过去的经验中学习。这里谈论的是我们身体内经历的“记忆”——那些发生于我们体内的变化。例如，我们绝不会吃曾经使自己生病的食物。当我们因为吃了某个食物而生病后，大脑能迅速学会避开它，以至于以后再看到、嗅到或尝到这类食物时会感到反胃恶心。这一习得模式对于动物的野外生存至关重要，将帮助它们远离有害的食物和疾病。事实上，这种学习过程发生在极短的时间内，但留存的记忆却是强烈并长久的，这一过程也启发了科学家们来研究大脑学习与记忆的一般机制。
在这些情境中，大脑会记住外部环境（食物特有的气味）与内部事件（恶心或者胃痛）的关联（如图1）。但是大脑是如何将它们关联起来的呢？这样的联系过程除了调节生理功能以外，有没有其他重要意义呢？
图1 我们的大脑连接了我们的内外在环境。图示一个人看到和闻到蛋糕，这一感知信息随即触发了大脑对胃部的指令，释放消化液，这些变化以及食物消化过程的信息被传送回大脑，以便即时更新指令。
脑 岛大脑中连接内外世界的一座"孤岛"
大脑皮层（the cerebral cortex）是位于我们头骨下布满褶皱的薄薄一层大脑外层，主要负责大脑中相对来说较高级的功能，例如记忆、注意力、语言、想象力、决策力，以及长期规划能力。隐藏于大脑皮层最深的一处褶皱就是脑岛（insula）（拉丁文“岛屿”的意思），但脑岛并不是如真的岛屿一般四面环水被孤立着，而是与许多脑区相连相通（如图2）。
图2 人类大脑图示(左侧是大脑前部，右侧是大脑后部)。如图所示，大脑皮层是覆盖整个大脑的外层，它有许多褶皱。脑岛(紫色)隐藏在褶皱内，只有在掀开褶皱时才能被看到。
脑岛的显著特征之一在于它可以接收我们全身上下细微的感官信息。当大脑皮层的其他区域通过外部感官接收来自周边环境的信息时，脑岛负责识别我们体内发生的事情。
加拿大神经外科医生威尔德·潘菲尔德（Wilder Penfield）的研究极大地促进了我们对大脑皮层的认识与理解。早在1940年，潘菲尔德医生在为癫痫患者手术时，绘制出了大脑皮层各个部分的脑功能图。为了准确定位患者需要手术的位置以及需要特别谨慎处理的位置，潘菲尔德医生对患者的大脑皮层施加了中等强度的电流，他发现刺激大脑皮层不同的区域可以引发身体相应部位产生反应。例如，当他刺激“手部区域”时，患者报告说感觉到有东西触碰到了他们的手；当他用同等强度的电流刺激脑岛时，患者报告其体内感受到了像是“蝴蝶扰动”的紧张感（*译者注：来自英语习语“butterflies in the stomach”）或恶心，特别是胃部。此外，潘菲尔德医生发现对脑岛的电流刺激还促进了肠道活动，类似于我们消化食物时的过程。
许多年以后，神经影像学的发展使得研究者可以“看见”正在发生的人类大脑活动。通过神经影像技术，研究者发现脑岛中的活动对应着身体内部的许多变化，比如血压、心率、呼吸、体温以及消化系统。
除了回应与调节内部机制，研究者发现脑岛还可以对发生在我们身边的事情做出反应。事实上，脑岛现已被视为突显网络（the salience network）中的重要组成部分，该网络由几大脑区组成，共同处理发生在我们周围不同寻常且意义重大的事件。
03
脑岛帮助我们处理情绪
在内外环境中创造联结是我们情绪体验的一个重要组成部分。我们的多数情绪体现在物理身体的变化中，例如心跳加速或是血压上升。有许多理论指出，我们理解和解释身体变化的方式影响着、甚至可能决定了我们的情绪状态。比如第一次登台表演前你的心跳开始加速，可能你会把它解释为自己怯场了。如果同样心跳加速的感受发生在你长跑完之后，你却会认为是运动的酣畅淋漓带来的感受。同样，在不同的环境下，紧张不安感或者轻微的恶心感会刺激你的情绪。正好比，如果你因为吃了太多蛋糕而感到恶心，你可能会解释为“我吃太多导致自己生病了”；但是如果同样的感受重现在你临上台前，那你也许会担心自己是否是怯场了。
正是因为脑岛在连接人体的内外世界中扮演如此重要的角色，它被视作脑网络中掌管情绪至关重要的脑区。脑岛在情绪体验中的主要作用，是将身体内部发出的信号（像是轻微的恶心感或者心跳加速）与发生在周围环境的事件进行联结（如在第一次演出时面对观众的恐惧感）。
科学家发现脑岛的功能变化与许多类型的心理健康状况有关，比如饮食失调、药物成瘾、抑郁症、焦虑症等，这一联结功能告诉我们脑岛是如何参与控制情绪的。许多研究者认为心理健康状况涉及大脑如何回应身体内部发生的变化，例如，某些理论认为，焦虑与身体内部信号的过度敏感（hypersensitivity）有关，而抑郁则与个体对身体信号的敏感性降低有关。我们来看一个极端的例子——惊恐发作(panic attacks), 在惊恐发作期间，人们可能会经历轻微的呼吸急促，但如果他们对于身体的感受过于敏感，那么即使是轻微的呼吸短促也可能会导致强烈的情绪反应，反而使得事情变得异常糟糕。最终，他们可能感觉到无法呼吸，而事实上，研究者已经发现惊恐发作也与脑岛活动异常有关。
结 语
总的来说，研究领域对大脑与身体的联结产生了越来越浓厚的兴趣，越来越多的研究者认识到这种交流对生理与精神健康的诸多层面都至关重要。
术语表 Glossary
大脑皮层(Cerebral Cortex): 哺乳动物大脑的外层，参与更高级的大脑 功能，如记忆、注意、语言、想象力、决策和长期规划。
脑岛(Insula): 隐藏在大脑皮层深处的一个脑区，帮助我们感知和控制身体机能，感知味觉，情绪以及饥饿或疼痛等感觉。
神经影像(Neuroimaging): 诸如核磁共振（MRI）和CT等技术，提供大脑结构和功能的图像。神经影像主要用于医学和科学研究。
突显网络(Salience Network): 对异常或重大外部事件作出反应的大脑网络。该网络持续不断地监测有机体的环境，排除刺激，并识别重要事件。
动物模式(Animal Model): 可以帮助科学家了解其他动物以及人类生理机制的用于实验研究的动物。
参考文献 References
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原 文 Citation
Livneh Y (2022) How Does The Brain Connect The World Around Us To The World Inside Us?. Front. Young Minds. 10:867981. doi: 10.3389/frym.2022.867981
