新的研究方向正在揭示，这些脑波比我们以往所知的更为复杂。脑波通常由电极测量，一直被视为基本的平面波：结构简单的神经活动振荡。神经科学家传统上将其解读为有点像大脑这台发动机的轰鸣声，不过是它正在运转的一个标志而已。然而，来自人类和动物研究的新兴证据表明，行波在大脑的运作方式中扮演着核心角色。
“目前涌现的研究正把这个问题的性质从‘它们是否重要？’转变为‘这是大脑皮层处理信息的一个主要母题’，”麻省理工学院（MIT）认知神经科学家 Earl K. Miller 说。
在一项研究中，Joshua Jacobs 和 Anup Das 所在的团队利用颅内电极观察到了复杂的脑波模式。
神经元可以随时间改变与相邻神经元的连接，但这通常发生在数天或数月的时间尺度上。然而，行为的适应却需要以秒计。如今相当多的神经科学家相信，这些大规模的波形模式或许能帮助大脑实时重组，以满足清醒生活的行为需求。
“即使行波只是神经元放电的结果，就像发动机的声音，它仍然能根据一个人正在做什么，告诉我们一些关于大脑的非常有趣的信息，”Jacobs 说，“如果你听到一个声音在你的发动机里朝某个方向移动，那就意味着你的发动机里有某种东西是按方向组织起来的。”
早在20世纪20年代，神经科学家就开始通过脑电图（EEG）技术，用放置在头皮表面的电极测量大脑的振荡电活动。当我们集中注意力、进行记忆或入睡时，大脑电活动的大尺度频率会发生变化。这些不同的振荡通常被称为 alpha 波、beta 波、gamma 波和 theta 波，以赫兹为单位测量。
但从颅骨外记录电活动会限制所能收集信息的保真度。Jacobs 的实验室专门从事颅内脑电记录。患有严重癫痫的患者可能会在脑内植入电极，以帮助定位癫痫发作的源头。在约100个电极被放置于特定脑区、且获得患者许可的情况下，Jacobs 和他的团队能够在参与者执行各种思维任务时，捕获空间与时间两个维度上的高分辨率数据。
神经工程师 Uma Mohan 观察到在记忆任务中行进穿越大脑的波，这可能有助于大脑在不同功能之间快速切换。
Jacobs 与其合作者、现就职于美国国立卫生研究院（NIH）的神经工程师 Uma Mohan，所在团队利用这项技术观察了记忆任务中的大脑活动。在一项研究中
Jacobs 说，理解这一结果的一个好方法，是把波看作信息传播方向的显示。视觉区域位于大脑后部，而前额叶皮层这一“高阶”记忆区域位于前部。当你注意到眼前的事物时，信号从眼睛中的感受器向后传到视觉皮层，然后通过波向前传入大脑的其他部分以形成记忆。“这一过程的标志就是看到波从大脑后部传向前部，”Jacobs 说。
“我们认为，这是大脑利用这种组织方式，在快速时间尺度上根据当下需要大脑支持的功能，在记忆编码和回忆之间进行切换的一种手段，”Mohan 解释道。
Jacobs 和 Das 于2026年开展的研究让这幅图景变得更加复杂。研究表明，这些波可以呈现出远比简单的上下起伏和前后往返运动更为多样的形状、模式和涟漪。
我们认为，这是大脑利用这种组织方式，在快速时间尺度上在记忆编码和回忆功能之间切换的一种方式。
在实验中，团队要求参与者完成两项记忆任务。第一项是简单的言语记忆练习，他们需要回忆在屏幕上看到的词语。第二项是更复杂的空间任务：他们在虚拟环境中导航，并需要回忆所遇到物体的位置。
借助这种高分辨率方法，Jacobs 和 Das 首次在清醒的人类大脑中观察到两类新的波。其中一类是从皮层某一区域发出的同心波，就像投入湖中的石子激起的涟漪，或者相反的情形——波向某一区域汇聚。另一类是旋转螺旋波，沿顺时针或逆时针方向行进，就像飓风或抽水马桶中的水流。
“相比言语任务中出现的那些往往结构更简单的波，我们在空间任务中更常观察到旋转波，”Jacobs 说，“这似乎表明，这些旋转波更擅长支持更复杂的记忆行为。”
Jacobs 说，研究人员在人身上进行颅内记录已有很长时间，但他们往往每次只观察单个电极或少数几个电极。这给人一种整个外层皮层都弥漫着简单波的印象。Jacobs 意识到，如果观察彼此间隔距离合适的电极群，波的结构和方向性就会变得更加清晰。
数学生物学家 Bard Ermentrout 认为，以往实验中观察到的简单波形模式可能只是更复杂波的一部分。
Jacobs 联系了匹兹堡大学的数学生物学家 Bard Ermentrout，后者一直在小鼠身上研究类似的模式。Ermentrout 认为，过去观察到的简单波形模式实际上可能只是更复杂波的一部分。然而，直到最近，研究人员才得以获得放置在合适位置、具备合适空间尺度的电极，从而捕捉到更大的整体模式。
“也许平面波只是风暴外围的臂膀，而你错过了风暴的中心，”作为这篇2026年4月论文的共同作者，Ermentrout 说，“在飓风中，你只能感受到风朝一个方向吹。除非你就站在风眼旁边，否则你不会知道它在旋转。”
由于这项研究只能从患者因癫痫治疗而植入电极的位置收集数据，“我们可能低估了这些模式真正无处不在的程度，”Jacobs 说。
尽管关于大脑局部电场中的这些波究竟在做什么，学界尚未达成共识，但一些科学家认为，它们为大脑协调不同区域间的活动提供了另一条途径。Miller 说，这些波形模式比神经元之间稳定的、更具结构性的连接要动态和灵活得多。在 Miller 看来，大脑会利用这种涌现出来的、与行为在同一时间尺度上移动变化的生物物理组织层，这完全合乎情理。
“大脑的结构架构非常重要，行波往往遵循解剖结构，但并不严格遵循它……连接更像是为了长期储存而‘烘焙’进大脑的信息，而这些波则是那些信息以思维和神经处理的形式得到表达的时刻，”Miller 说。
这些波可能与多种大脑功能相关。研究发现有证据表明，它们在感官处理、预测以及调节神经元的基础兴奋性方面发挥作用，使神经元在被调用时更容易或更不容易放电。
深圳医学科学院神经科学家 Zhiwen Ye 及其同事在小鼠大脑的左右半球观察到了互为镜像的旋转波。
在一篇论文中
“我们发现存在一个环路，即细胞之间的连接形成了这些波、介导了这些波，”Ye 说，“如果它们不重要，大脑为什么要把这些细胞以这种方式连接起来呢？”
在一篇综述论文中
Miller 说，局部电场中的这些波可能在认知中扮演关键角色，它们能够兴奋或抑制底层的神经机制。他把皮层中的神经元比作“坐在墙头上的 Humpty Dumpty”，恰好处于放电边缘、摇摇欲坠。这种振荡电活动可以改变连接神经元的突触处的电压梯度，使它们在未来更容易或更不容易放电。