探索大脑

来源:https://www.invabio.com 作者:社会 人气:166 发布时间:2019-01-09
摘要:不同的神经元集群构成大脑的不同区域,控制人的行为。成人的大脑,宏观上可分为大脑、小脑和脑干三部分。大脑由前上往后下,顺次有端脑、间脑、小脑、脑桥和延髓。其中,端脑

  不同的神经元集群构成大脑的不同区域,控制人的行为。成人的大脑,宏观上可分为大脑、小脑和脑干三部分。大脑由前上往后下,顺次有端脑、间脑、小脑、脑桥和延髓。其中,端脑是整个神经系统最高级的神经中枢,也是人体最为复杂的器官,它由皮层和皮层下的边缘叶、基底核等组成。皮层是人的意识发生、编码、储存、输出和输入的地方,为高级认知活动的活跃区。

  人类所有上天入地的梦想,都离不开肩膀上的这颗大脑。大脑记下了身体的各种信号,管理着身体中发生的一切事情。随着真人秀节目《最强大脑》的走红,很多民众开始注意大脑这个神秘的领域。然而,即便当今科学技术已如此发达,人类可以登上月球,但仍然对大脑的运作机理还是一知半解。

  科学家们对大脑的研究热情始终非常高涨,去年欧盟和美国先后斥巨资启动了“脑研究计划”,而在中国,脑计划其实早在去年初开始便悄然酝酿中。据上海交通大学Bio-X研究院研究员、上海交大“中国超级大脑研究中心暨中国超级大脑人才库”主任李卫东博士透露,大脑的超常功能是大自然留给人类认识大脑功能与探索大脑潜能的另一把金钥匙。在神经科学领域,探索对于拥有特殊功能的天才大脑有着极大的研究意义。

  基于这一想法,李卫东发起并组建了“中国超级大脑研究中心”与“中国超级大脑人才库”,期望建立评价超级脑功能的科学指标及探索超级脑功能的生物学机制,为人类认识大脑、开发大脑的潜在功能提供理论依据。“脑科学研究,每天都会让人激动。或许有一天,我们终将会知道,为什么人是万物之灵。”李卫东说。

  我们的大脑是做任何事情、所有感官思维、与他人关系微妙差异的关键。它是管理复杂生活的超级计算机,同时也是储藏精神的脆弱器官。当我们可以奔跑、举重或做瑜伽来保持体形的时候,有可能我们忽视了大脑。

  一个成人的大脑虽然只有1300-1400克重,却由860亿个神经元组成,它们相互交织在一起,几百万的数量可谓“小巫见大巫”。此外还有10倍多的神经胶质细胞,它们组成一个基本结构,神经元就嵌在其中,从中汲取能量。一个成年人大脑中的每个神经元同时和多达一万个其他的神经元连接在一起。两个神经元之间的节点——神经突触——就像电焊点,将神经脉冲继续传导下去。就这样,在我们的大脑中形成一张神经网,总长达10万公里,相当于赤道之长的两倍半,有几千兆个分支。这张巨大的网络只占体重的2%~3%,却消耗了全部能量的20%。大脑在一天清醒的状态时制造的功率为25瓦,足够点亮一个电灯泡。

  不同的神经元集群构成大脑的不同区域,控制人的行为。成人的大脑,宏观上可分为大脑、小脑和脑干三部分。大脑由前上往后下,顺次有端脑、间脑、小脑、脑桥和延髓。其中,端脑是整个神经系统最高级的神经中枢,也是人体最为复杂的器官,它由皮层和皮层下的边缘叶、基底核等组成。皮层是人的意识发生、编码、储存、输出和输入的地方,为高级认知活动的活跃区。

  皮层中有大的沟裂穿过,将其分为五叶,即额叶、顶叶、枕叶、颞叶和岛叶等。这是认知研究中最为关键的几个概念区域,不同的区域与不同的能力相关,额叶与躯体运动、发音、语言及高级思维活动有关;顶叶与躯体感觉、味觉、语言等有关;枕叶与视觉信息的整合有关;颞叶与听觉、语言记忆功能有关;岛叶则与内脏感觉有关。

  另外,大脑皮层可以整合身体内外感觉等信息,以产生意识。这种整合最终集中在皮层的联合区,它包括三大不同功能区,其一是前额联合皮质功能区,其主要功能为认知、运动、注意、语言和个性等;其二为边缘联合皮质功能区,其主要功能为情感与记忆等;其三是顶一颞一枕联合皮质功能区,其主要功能为各种感觉和语言等。另外,大脑两个半球有相对的功能差异,如左半球在理智、词语和抽象思维等方面占有优势;而右半球则在知觉、情感、非词语、艺术思维等方面占有优势。

  因为拥有无比发达的大脑,让人类成为“万物之灵”。著名物理学家霍金说:生命的尽头只有大脑颤动,其他什么都不存在。

  大脑的信息储存量可达1000万亿个信息单元,相当于50个藏书1000万册的美国国会图书馆。然而,在华东师范大学发展与教育心理研究所、心理与认知科学学院教授胡谊看来,“人对大脑的利用却极其有限。”科学家们估计,普通人一生顶多只用了大脑全部能力的7%,就连像爱因斯坦这样杰出的科学家也只使用了大脑能力的12%。前苏联学者伊凡·叶夫里莫估计:人类平常只发挥了极小部分的大脑功能。“如果我们迫使头脑开足四分之一的马力,我们就会毫不费力地学会50种语言,把整个百科全书从头到尾背下来,还可以完成几十个大学的博士学位。”伊凡认为。

  在李卫东看来,人类的器官往往是用进废退的,尤其是大脑具有极强的可塑性。“对于一个盲人来说,他的听觉和嗅觉都比一般人要灵敏很多,同样,人的大脑经过训练可以提升的潜力也尤为巨大。”

  《最强大脑》节目吸引眼球之余,也引发了众多争论,争论的焦点之一就在于“天才是否与生俱来?”对此,李卫东坦言,已有研究表明,某方面行为能力特别突出的人,其大脑相应区域的结构与常人不同。

  整个大脑就像一个高速公路网,包括交通枢纽、交通要道等,这些脑连接方式的不同,可能会带来明显的个体差异,比如:智力、身体协调能力、对道路的辨识能力、记忆力等。如果交通网络某部分出现问题,就会影响一些相应的功能。

  一个人是否聪明由很多因素左右,包括一些生物学上的因素如大脑的代谢水平、神经细胞的密度、神经细胞或脑区之间的连接水平等等。比如脑组织的沟回是不是足够多,也与智力有一定关系,更复杂的沟回可以在有限的脑容量中拥有更多的脑皮质,人类大脑表层的沟回比人类的近亲大猩猩明显复杂。

  据说,1827年3月26日,贝多芬身患肝脏病,在那个风雨交加的日子他终于咽下最后一口气,医生将他的颞骨从头颅里取出,希望能找到这位天才作曲家耳聋的原因,却意外发现,相比于普通人大脑,贝多芬的脑沟回足有两倍之多,脑沟也有两倍之深。由此,当时的科学家认为,脑组织的沟回多、深的人,会在某些方面的能力强过一般人。李卫东表示,现代动物模型的研究证明因某些基因变异所致的大脑沟回缺失会造成动物模型的智力发育低下甚至死亡,某些脑影像学的研究也提示大脑皮质的复杂度与IQ有一定的关联。

  2004年,《自然》的一篇论文首次介绍了成人大脑结构也可以通过训练改变。实验对象在经过几个月“抛接3个小球”训练后,研究者通过无创的磁共振扫描,发现受测者大脑中负责视觉与运动整合区域的灰质体积变大,而在停止训练后,体积又慢慢变小,但并没有完全回到未训练前的状态。

  脑力发达一部分是天赋使然,也有靠后天训练的,两者皆有可能。因为大脑具有很强的可塑性,后天训练可以改变大脑结构和功能。

  李卫东推测了能够拥有“最强大脑”的一些条件:首先,要承认天分,也就是个体差异。其次,就是在后天的生活中要持续地关注自己的天分。最后,强化这些天分,刻苦的训练也是成为“最强大脑”的必要手段。

  “利用现在的记忆术训练比较容易提高在某些特定方面的记忆能力,但是在很多其他方面的脑能力中,遗传、后天训练和环境在其中到底占多大作用,现代科学还不是很清楚,因为目前人们对大脑的认识还非常有限。”李卫东说。

  正是基于把这些问题弄清楚的想法,李卫东发起并组建了“中国超级大脑研究中心”与“中国超级大脑人才库”。

  “以往国内外对于大脑的研究主要集中在正常人群和疾病脑人群,对于超级脑人群的保护和研究相对滞后,并且尚未被重视。然而大脑的超常功能是大自然留给人类认识大脑功能与探索大脑潜能的另一把金钥匙,在神经科学领域,探索对于拥有特殊功能的天才大脑也同样有着极大的研究意义。”

  李卫东坦言,由于大脑的特殊性,科学家很长时间以来很难对完整鲜活的人类大脑做深入研究,这也是人们对人类大脑仍认知有限的原因之一,不过,现代脑影像学的飞速发展为脑科学带来了一线曙光。

  而此次,《最强大脑》中拥有特殊心算才能的周玮、记忆力超强的双胞胎等40多位“超级脑”也已加入了人才库。“周玮并不是最厉害的心算高手,却是很好的科学研究对象。”李卫东解释,幼时疾病与成长环境可能导致了脑部损伤,使得他现在的语言表达能力较低,但心算能力明显超过普通人,正是这种反差能为研究带来更大的价值。此外,周玮来自一个大家庭,通过与他兄弟姐妹的比照,能获得遗传学等很多方面的珍贵信息。

  据李卫东介绍,上海交通大学Bio-X研究院建立了世界最大的精神疾病样本库,并以此为模板与平台,联合国内外著名科学家共同建设“中国超级大脑研究中心”及“中国超级大脑人才库”,并且开展对入库人才的遗传资源保护和多学科交叉的深入研究。计划主要以具备特殊脑功能的珍贵人才为研究和保护对象,期望建立评价超级脑功能的科学指标及探索超级脑功能的生物学机制,为人类认识大脑、开发大脑的潜在功能提供理论依据。

  一个并不常被人们所提及的科学名词——脑科学也随《最强大脑》进入人们的视野。

  近20年来,脑科学成为发展最快的学科之一。大脑是人体最重要、最神秘的器官。2013年4月2日,美国公布脑科研计划,以探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图,并最终开发出针对大脑不治之症的疗法。业内专家认为,这项计划的意义可与人类基因组计划相媲美。欧盟此前也公布了为期10年、耗资11.9亿欧元的研究项目,旨在模拟完整的人脑结构。该项目的成本约为大型强子对撞机项目的1/6,是规模最大的神经学研究项目。中国也已开始在国家层面研究部署脑科学重大项目。

  这些研究将进一步了解脑部结构和功能,搞清楚大脑的各个功能区是如何连接、如何协同工作的。届时,“最强大脑”背后的奥秘才有望真正揭晓。

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