2013 年4 月2 日由白宫发起的美国“BRAIN 计划”（见图15-6）的目标，是创造新的神经技术，以加速我们对“终极信息机器”，即大脑的功能和障碍的进一步理解。正如NIPS 会议将许多学科的研究人员聚集在一起创建有学习能力的机器一样，“BRAIN 计划”正在将工程师、数学家和物理学家引入神经科学领域，以改进探测大脑的工具。随着我们对大脑，尤其是关于学习和记忆机制的了解更加深入，我们将更好地理解大脑功能的原理。

图15-6　在2013 年4 月2 日白宫宣布“BRAIN 计划”之前，参加会议的相关机构和研究所的代表们。（从右至左）科维理基金会首席科学官全美永（Miyoung Chun），她起草了“BRAIN计划”白皮书；威廉·纽索姆（William News ome），NIH 关于“BRAIN 计划”咨询委员会的联合主席；弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins），NIH院长；杰拉德·鲁宾（Gerald Rubin），霍华德·休斯医学研究所珍妮莉娅研究园区（Janelia Research Campus of the Howard Hughes Medical Institute）主任；科拉·马雷特（Cora Marrett），美国国家科学基金会主任；巴拉克·奥巴马（Barack Obama），时任美国总统；艾米·古特曼（Amy Gutmann），总统生命伦理委员会主席；罗伯特·康恩（Robert Conn），科维理基金会主席；阿尔提·普拉巴卡尔（Arati Prabhakar），DARPA 主任；艾伦·琼斯（Alan Jones），艾伦脑科学研究所所长；我，索尔克研究所。图片来源：托马斯·卡里尔（Thomas Kalil）。

虽然在分子和细胞水平上对大脑有了深入的了解，但我们还没有在更高层次上对大脑的结构有一个同等的认知。我们已经知道，不同类型的信息被分散到皮层的不同部分进行储存，却不清楚如何快速检索所有分散的信息以解决复杂的问题，例如我们能够通过存储在皮层不同部位的人脸的图像，识别出一个人的名字。这个问题与大脑中意识的起源密切相关。

我的实验室最近发现了人类大脑在睡眠期间的整体活动模式，可以让我们了解大脑皮层中广泛分布的信息是如何联系在一起的。在恢复性慢波睡眠和快速眼动（REM）睡眠之间的睡眠阶段，高度同步的被称为“睡眠锭”（sleep spindles）的时空振荡，主导着皮层的活动。这些10 到14 赫兹的振荡会持续几秒钟，并在夜间发生数千次。有实验证据表明，在我们睡觉时睡眠锭参与了记忆的巩固。通过来自人脑皮层的记录，莱尔·穆勒（Lyle Muller）、西德尼·卡什（Sydney Cash）、乔瓦尼·皮安托尼（Giovanni Piantoni）、多米尼克·科勒（Dominik Koller）、埃里克·哈格伦（Eric Halgren）和我共同发现，睡眠锭在皮层中是一种无处不在的，扫过皮层所有部分的电活动的循环行波（图15-7）。12 我们称它们为“莱娅公主波”（Princess Leia Waves），因为它们看起来跟这位公主的发型很像（图15-8）。我们推测，睡眠锭可能是皮层将白天获得的新信息，与先前分布在皮层中的记忆相结合的一种方式，加强了它们之间的长距离连接。这是“BRAIN 计划”推动的系统神经科学层次的众多研究项目之一。(www.daowen.com)

图15-7　在人类大脑皮层中的循环电子行波。这是在睡眠锭期间，从皮层表面上用8 x 8 网格电极记录下来的图像。睡眠锭涉及记忆巩固。（左）睡眠锭是沿着箭头所示方向穿讨皮层侧视图的循环行波，每80 毫秒完成一个循环。这一过程在夜间会重复数千次。（右）小箭头表示循环期间，在皮层表面64 个记录点上行波移动出现最大增加量的方向。图片来源：L. Muller，G.Piantoni，D.Koller，S.S.Cash，E.Halgren and T.J Sejnowski，“Rotating Waves during Human Sleep Spindles Organize Global Patterns of Activity during the Night”Supplementary 7，subject 3，TPF。左图：图2B，右图：图1。

图15-8　凯莉·费雪（Carrie Fisher）饰演的莱娅公主，巩固了对1977 年史诗级科幻电影《星球大战》的记忆。她的发髻很像睡眠锭期间穿过皮层的循环流场（对比图15-7 ）。