最近恰好讀了一本關(guān)于腦科學(xué)的科普書，一起來(lái)了解一下吧~
探索大腦8大奧秘：每天都在用腦，你了解大腦嗎？
文/諸神的恩寵
請(qǐng)先猜一個(gè)謎語(yǔ)：每天，我們都要用一樣?xùn)|西，這樣?xùn)|西就在我們身上，但它既看不見(jiàn)也摸不著。如果缺了它，我們就什么事情都干不成。那么請(qǐng)問(wèn)，這是什么東西？
可能你已經(jīng)猜到了，沒(méi)錯(cuò)，它就是我們的大腦！ 我們每時(shí)每刻都在用大腦，然而有關(guān)大腦的知識(shí)，我們卻知之甚少。針對(duì)這種情況，上海東方廣播中心獨(dú)家策劃了一檔有趣的科普節(jié)目，叫“創(chuàng)新之問(wèn)”。該節(jié)目?jī)?nèi)容為普及大腦常識(shí)，形式以兩方對(duì)話為主。最大的亮點(diǎn)是，對(duì)話的雙方極具反差萌效果。怎么反差萌呢？原來(lái)，對(duì)話的一方是中國(guó)院士、著名神經(jīng)生物學(xué)家楊雄里，而對(duì)話的另一方則是小學(xué)生們。
想想看，科學(xué)家認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、學(xué)識(shí)淵博，而小學(xué)生們好奇心強(qiáng)、求知欲旺盛，當(dāng)這兩方相遇時(shí)，將會(huì)碰撞出怎樣的火花呢？正如節(jié)目組所預(yù)料的那樣，科學(xué)家和小學(xué)生們精彩的一問(wèn)一答，為很多人普及了腦科學(xué)常識(shí)，受到了人們的高度贊譽(yù)。后來(lái)，節(jié)目組將這期節(jié)目的內(nèi)容進(jìn)行了重新梳理和編輯，于是，便有了我們今天要分享的這本書《與中國(guó)院士對(duì)話·大腦奧秘知多少：大腦奧秘初探》。這本書曾榮獲“2018年度桂冠童書”獎(jiǎng)。
好了，話不多說(shuō)，現(xiàn)在就讓我們來(lái)聽(tīng)一聽(tīng)，在腦科學(xué)方面，楊院士和小朋友們都聊了些什么吧。
01 大腦由哪些部分組成？
在科學(xué)界，許多人都覺(jué)得宇宙奧秘最高深莫測(cè)。但其實(shí)，人腦的奧秘完全可以與宇宙奧秘相提并論。世界上任何一臺(tái)先進(jìn)的機(jī)器，都沒(méi)有人腦結(jié)構(gòu)復(fù)雜。既然人腦這么厲害，那我們就有必要好好認(rèn)識(shí)一下它。
腦位于我們的顱骨腔內(nèi)，腦由大腦、小腦和腦干三部分組成。其中，大腦占腦總重量的85%左右。大腦由左右兩個(gè)半球組成，兩個(gè)半球的外層是大腦皮層。大腦皮層是思維的器官，主導(dǎo)人體內(nèi)部的一切活動(dòng)過(guò)程。小腦位于大腦的后下方，小腦負(fù)責(zé)控制和平衡人的各種行為，比如我們走路、跑步、彈跳等，都是小腦在發(fā)揮作用。腦干位于大腦下方，腦干的主要功能是維持個(gè)體生命，包括心跳、呼吸、消化等重要功能。
一般情況下，我們說(shuō)人腦主要指大腦。相較于其他人體器官，大腦的發(fā)育過(guò)程要復(fù)雜得多。神經(jīng)元是大腦的基本單位，大腦里存在著上千億個(gè)神經(jīng)元。神經(jīng)元之間的連接點(diǎn)，叫做突觸。在胎兒期，腦神經(jīng)元的數(shù)量不斷增加。當(dāng)嬰兒出生時(shí)，腦的雛形已經(jīng)基本形成。
很多家長(zhǎng)都有這種體會(huì)，孩子在兩三歲時(shí)，學(xué)說(shuō)話學(xué)得特別快。為什么呢？原因在于，人在兩三歲時(shí)腦部發(fā)育特別快，大腦能很輕松地接收和模仿信息。正是由于這個(gè)特點(diǎn)，兩三歲的孩子才會(huì)學(xué)說(shuō)話學(xué)得快。
02 腦科學(xué)界都有哪些巨人？
從歷史角度看，腦科學(xué)研究之路雖然不長(zhǎng)，卻充滿艱辛。從17世紀(jì)開(kāi)始，科學(xué)家們就開(kāi)始利用解剖學(xué)手段研究大腦。到了19世紀(jì)，神經(jīng)元理論破土而出，由此，形成了腦科學(xué)的雛形。
在腦科學(xué)研究領(lǐng)域，有兩位巨人不得不提。一位是意大利神經(jīng)解剖學(xué)家高爾基。1873年，高爾基首創(chuàng)新的染色法——高爾基染色法。高爾基染色法能將動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞的形態(tài)清晰地展現(xiàn)出來(lái)。這使得人類第一次清楚地看到復(fù)雜而精巧的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)。
腦科學(xué)的另一位巨人，是西班牙神經(jīng)科學(xué)家卡哈爾，他被譽(yù)為 “神經(jīng)科學(xué)之父”。卡哈爾改進(jìn)了高爾基染色法，并開(kāi)創(chuàng)性地提出神經(jīng)元學(xué)說(shuō)。神經(jīng)元學(xué)說(shuō)認(rèn)為，大腦由腦細(xì)胞構(gòu)成，神經(jīng)元是神經(jīng)活動(dòng)的基本單位，神經(jīng)元之間雖然不直接接觸，但它們之間會(huì)傳遞信號(hào)?？ü栠€親自手繪了神經(jīng)元的圖像。通過(guò)這些繪圖，人們能看到神經(jīng)元細(xì)胞的模樣。
由于在腦科學(xué)方面的巨大貢獻(xiàn)，高爾基和卡哈爾同時(shí)獲得1906年諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)。
03 目前都有哪些大腦研究技術(shù)？
隨著科技的進(jìn)步，研究大腦的技術(shù)也越來(lái)越多。說(shuō)到這里，楊院士分別從微觀和宏觀兩個(gè)角度，給我們介紹幾項(xiàng)大腦探測(cè)技術(shù)。
先說(shuō)微觀方面的兩項(xiàng)技術(shù)。第一項(xiàng)是電子顯微鏡技術(shù)。這種技術(shù)能看清楚神經(jīng)細(xì)胞和突觸的精細(xì)結(jié)構(gòu)。第二項(xiàng)是電生理技術(shù)。這種技術(shù)能檢測(cè)神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)。哪怕是活動(dòng)范圍小于0.1微米的細(xì)微變化，也會(huì)被它精準(zhǔn)地記錄下來(lái)。
說(shuō)完微觀方面，再來(lái)看探測(cè)大腦功能的宏觀技術(shù)。第一項(xiàng)是腦電圖。腦電圖技術(shù)也是目前應(yīng)用最廣的大腦分析技術(shù)。19世紀(jì)末，英國(guó)醫(yī)生在動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)了腦電波。此后他們又發(fā)現(xiàn)，人在思考和睡眠時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生不同的腦電波。于是，腦電波這一概念第一次進(jìn)入大眾視野。經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，腦電圖分析技術(shù)已成為診斷腦部疾病的重要工具。
除了腦電圖之外，核磁共振技術(shù)是一項(xiàng)重要的腦部檢測(cè)技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至目前為止，已有十幾位科學(xué)家因在核磁共振技術(shù)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)，而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)、由此可見(jiàn)，核磁共振技術(shù)有多厲害。核磁共振技術(shù)分為兩類，一類是應(yīng)用核磁共振技術(shù)，另一類是功能核磁共振技術(shù)。
應(yīng)用核磁共振技術(shù)能在不開(kāi)刀的情況下，獲取人體各種器官的大量信息。用這種探測(cè)大腦，可以清晰看到大腦結(jié)構(gòu)和大腦活動(dòng)。目前，這項(xiàng)技術(shù)已被應(yīng)用于診斷腦梗塞、腦腫瘤、腦外傷等。而功能核磁共振技術(shù)則更為簡(jiǎn)單，它只要通過(guò)測(cè)量血液的氧含量，就能精確地監(jiān)測(cè)大腦活動(dòng)。
04 大腦圖譜是什么？
然而，當(dāng)我們?cè)谔剿鞔竽X奧秘時(shí)，光有大腦檢測(cè)技術(shù)還不夠，我們還需要一張“大腦地圖”。這張大腦地圖的專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫“大腦圖譜”。一直以來(lái)，繪制大腦圖譜都是腦科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。你可能會(huì)好奇，為什么要繪制大腦圖譜呢？這是因?yàn)榇竽X圖譜能詳細(xì)描繪出大腦活動(dòng)，并標(biāo)注出負(fù)責(zé)語(yǔ)言、記憶、情感的各個(gè)功能區(qū)域。要想對(duì)人腦有更深入的認(rèn)識(shí)，就必須要有一張大腦圖譜。
繪制大腦圖譜的傳統(tǒng)技術(shù)是，把大腦組織切成薄片，并用特殊的熒光進(jìn)行染色，之后將這些切片放到電子顯微鏡下進(jìn)行研究，并拍攝成照片。但是，用這種方式繪制大腦圖譜，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還特別費(fèi)錢。于是，科學(xué)家們又開(kāi)始積極尋找新方法。
2016年，美國(guó)一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明了神經(jīng)元條形碼技術(shù)。這種技術(shù)給每個(gè)神經(jīng)元都配了一個(gè)條形碼。如果想得到一個(gè)神經(jīng)元的DNA，只需要將這個(gè)神經(jīng)元的所有條形碼拼接起來(lái)就可以。應(yīng)該說(shuō)，這種技術(shù)比傳統(tǒng)的繪制大腦圖譜的技術(shù)要高明得多。
05大腦與記憶是什么關(guān)系？
大腦素有“人類記憶倉(cāng)庫(kù)”的美稱，那么，大腦為什么能記住信息呢？這背后的原理是什么？想找到這些問(wèn)題的答案，我們還得先從一部老電影說(shuō)起。
在美國(guó)電影《雨人》里，主人公雷蒙是個(gè)記憶天才，他能做到對(duì)任何事都過(guò)目不忘。雷蒙的原型是美國(guó)人皮克。雖然皮克患有自閉癥，但他擁有超強(qiáng)的記憶力，凡是他看過(guò)的東西，98%都能記住。皮克的驚人記憶力激發(fā)起科學(xué)家研究記憶的熱情。
經(jīng)過(guò)研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，記憶大致可以分為三類，分別是瞬時(shí)記憶、短時(shí)記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶。瞬時(shí)記憶能持續(xù)兩秒左右，短時(shí)記憶在一分鐘以內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)記憶會(huì)在一分鐘以上。
對(duì)于正常人而言，年紀(jì)越大記憶力越差。然而，病人莫萊森年紀(jì)輕輕卻常常忘事。后來(lái)醫(yī)生發(fā)現(xiàn)，莫萊森的記憶只能持續(xù)20秒。莫萊森為什么如此健忘呢？這事還得從他小時(shí)候說(shuō)起。
小時(shí)候，一場(chǎng)車禍讓莫萊森患上了癲癇。為治療癲癇，外科醫(yī)生摘除了他大腦里的一部分海馬回組織。手術(shù)后，莫萊森的癲癇的確減輕了，但同時(shí)，他患上了嚴(yán)重的失憶癥，就連剛剛說(shuō)過(guò)的事情都記不住。
莫萊森的失憶現(xiàn)象，引發(fā)了神經(jīng)科學(xué)家們的強(qiáng)烈好奇，于是科學(xué)家們紛紛開(kāi)始研究他。而莫萊森呢，由于只有20秒的記憶，于是他總能很耐心地配合科學(xué)家們的各種要求，從不厭煩。最終，好脾氣讓莫萊森成為歷史上最著名的病人之一。從莫萊森的例子中，我們不難發(fā)現(xiàn)，大腦里的海馬組織和記憶的形成有密切關(guān)系。
說(shuō)完莫萊森，再說(shuō)回正常人。對(duì)于正常人來(lái)說(shuō)，記憶力的好壞取決于兩個(gè)因素，一是先天遺傳，二是后天訓(xùn)練。記憶的全過(guò)程可以分為四個(gè)步驟，依次是存取、編碼、存儲(chǔ)、取回。人在記憶過(guò)程中，會(huì)涉會(huì)及到很多復(fù)雜的機(jī)制，只有大腦各部分通力合作，才會(huì)記住信息。
盡管記憶力對(duì)人至關(guān)重要，但我們也應(yīng)該明白，純粹的記憶并不構(gòu)成價(jià)值。大腦真正的價(jià)值在于，它能幫助我們掌握知識(shí)，認(rèn)識(shí)客觀事物和解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
06“大腦潛能被開(kāi)發(fā)了20%”，這種說(shuō)法靠譜嗎？
現(xiàn)在，社會(huì)上各種智力培訓(xùn)課程層出不窮。這些培訓(xùn)抓住了家長(zhǎng)們的一個(gè)心理需求，那就是，要培養(yǎng)高智商的孩子。
那什么是智商呢？智商指，一個(gè)人的認(rèn)知程度與其年齡相符的程度。人的智商會(huì)改變嗎？答案是肯定的。人腦具有極強(qiáng)的可塑性，大腦的結(jié)構(gòu)和功能會(huì)隨著外界環(huán)境的刺激而發(fā)生改變。一個(gè)人只要能不斷學(xué)習(xí)，他的智商就能不斷提高。
說(shuō)到智商，總能讓人聯(lián)想到潛能。今天，世界上很流行一種觀點(diǎn)，認(rèn)為人腦具有無(wú)限潛能，目前人腦潛能只被開(kāi)發(fā)了20%左右。楊院士認(rèn)為，這種說(shuō)法很值得商榷。為什么？因?yàn)槲覀冋l(shuí)也不知道，人腦開(kāi)發(fā)到100%是怎樣的情況。既然是這樣，那又憑什么說(shuō)，目前人腦只開(kāi)發(fā)了20%呢？所以楊院士認(rèn)為，“人腦能開(kāi)發(fā)到百分之幾”這種觀點(diǎn)并不科學(xué)。
07 換頭術(shù)存在哪些風(fēng)險(xiǎn)？
雖然人類對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)還很有限，但科學(xué)家對(duì)腦科學(xué)的探索從未止步。近幾年，腦科學(xué)界涌現(xiàn)出了不少奇聞異事。比如2017年，一則換頭術(shù)新聞就引發(fā)了全球網(wǎng)友熱議。怎么回事呢？原來(lái)，意大利神經(jīng)外科醫(yī)生卡納韋羅希望能做世界上第一例人類換頭手術(shù)。這個(gè)想法聽(tīng)上去很驚悚吧？可真就有人愿意當(dāng)試驗(yàn)品。這個(gè)人是俄羅斯的一位程序員，他因?yàn)橄忍旎加屑顾杓∪馕s疾病，所以只能長(zhǎng)期坐輪椅。這位程序員相信，通過(guò)實(shí)施換頭術(shù)，自己就能重新站起來(lái)。于是醫(yī)生和病人一拍即合，準(zhǔn)備進(jìn)行換頭術(shù)。但后來(lái)，換頭手術(shù)并沒(méi)有實(shí)施。
為什么呢？因?yàn)閾Q頭術(shù)面臨著兩大問(wèn)題，第一是倫理問(wèn)題，假設(shè)給張三換上李四的頭，那么問(wèn)題來(lái)了：現(xiàn)在這個(gè)人到底是張三還是李四？第二是生理排異問(wèn)題，換頭術(shù)之后，病人體內(nèi)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的排異反應(yīng)。如果處理不當(dāng)，病人將有生命危險(xiǎn)。由此可知，換頭術(shù)能否在人身上實(shí)施，還有待時(shí)間來(lái)給出答案。
08 未來(lái)腦科學(xué)研究的趨勢(shì)是什么？
進(jìn)入21世紀(jì)后，人工智能已成為腦科學(xué)研究的新趨勢(shì)。人工智能，簡(jiǎn)稱AI，它是研究、開(kāi)發(fā)和模擬人類智能的新理論和新技術(shù)。近幾年，人工智能一直是科技界的熱門話題，圍繞人工智能的大討論也從未中斷過(guò)。
2017年，我國(guó)圍棋頂尖高手柯潔挑戰(zhàn)人工智能AlphaGo，結(jié)果卻連輸三局。這個(gè)結(jié)果讓很多人大跌眼鏡。其實(shí)這也難怪，因?yàn)閺谋砻婵?，AlphaGo是一臺(tái)機(jī)器，但實(shí)際上，它背后站著一群世界頂尖的科學(xué)家。說(shuō)到底，與柯潔對(duì)陣的并非是一臺(tái)機(jī)器，而是一大群智力超群的科學(xué)家。這么看來(lái)，柯潔的失敗也在情理之中。然而有趣的是，在戰(zhàn)勝柯潔后不久，AlphaGo也跌下了冠軍寶座。打敗它的不是人類，而是新一代人工智能AlphaZero。
面對(duì)柯潔慘敗AlphaGo這一事實(shí)，人們開(kāi)始對(duì)人工智能產(chǎn)生強(qiáng)烈恐懼。于是，越來(lái)越多人們開(kāi)始擔(dān)心，未來(lái)人工智能會(huì)不會(huì)搶走我們的飯碗？目前，各國(guó)科學(xué)家都在積極研究如何應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)。
總的來(lái)說(shuō)，今天的腦科學(xué)研究還主要聚焦在細(xì)胞和分子層面。對(duì)于腦的高級(jí)功能，比如思維、情感、意識(shí)等，我們的認(rèn)識(shí)還非常膚淺。人腦是精神活動(dòng)的器官，而精神活動(dòng)的最大特點(diǎn)就是變幻莫測(cè)。思維每時(shí)每刻都在變化這一特性，給研究大腦帶來(lái)很大難度。然而，對(duì)于我們?nèi)祟惗?，越是未知的領(lǐng)域，越是能激發(fā)我們的探索欲。
21世紀(jì)是腦科學(xué)的世紀(jì)，研究大腦已成為當(dāng)前最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題。正如現(xiàn)代腦科學(xué)奠基人卡哈爾所說(shuō)，“只要大腦的奧秘尚未大白于天下，宇宙就仍將是一個(gè)謎?！?在未來(lái)，腦科學(xué)又會(huì)帶來(lái)哪些研究成果呢？我們將拭目以待。
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