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强烈推荐:可能是关于大脑工作原理最详细的图解

大脑是人身体最重要的、也是最神秘的器官。今天,我们就抓住人类的大脑不放,带您深入这个旅行终点站,一览其中的神奇之处。

准备好了吗?那就让我们钻进大脑,在导游的带领下,用全新的视角,来真正搞懂它。这是一场对大脑的认知的飞跃,相信我。

大脑:可能是关于大脑工作原理最详细的图解

大脑看上去如此美丽可爱

但是真正的大脑非常不可爱,长得也难看,本文会涉及一些充斥着红色血管的Google图,请大家忍着点儿。

我们从外往里看吧。生物学有时似乎非常让人满意,比如你的头上有一个真正的俄罗斯套娃。

从上到下依次为:皮肤皮下组织帽状腱膜和枕额肌蜂巢组织颅骨膜颅骨

你有头发,然后是头皮,你认为下面就是你的头骨了——但实际上头骨之上还有19样东西。

你的头骨下面,又是一大堆东西,之后才是你的大脑:

硬脑膜蛛网膜蛛网膜小梁软脑膜胶质界膜血管血管周围间隙

在你的头骨下面,大脑周围有三个膜,将大脑环绕:

在外面,有硬脑膜,坚固耐用,防水。硬脑膜与颅骨齐平。我听到有人说,大脑中没有疼痛感觉区,但硬脑膜实际上能感觉疼痛,且和你的面部肌肤一样敏感,硬膜上的压力或挫伤往往造成了人们严重的头痛。

然后下面是蛛网膜,这是一层皮肤,然后是带有弹性的纤维的开放空间。我一直以为我的大脑只是漫无目的地漂在我大脑中的某种液体里,但实际上,脑外和颅骨内壁之间的唯一真正的空间差距是这个蛛网膜。这些纤维稳定了大脑的位置,因此不能动作太大,他们充当减震器,当你的头撞到东西。这个区域充满了脊髓液。

最后,是软脑膜,和脑外融合的很精巧的皮肤层。你知道,当你看到一个大脑,它总是覆盖着恶心的血管。但这些并不是真正在大脑的表面上,它们埋设在里面。

下面是完整的样子,使用的样品可能是猪的大脑:

从左到右是皮肤(粉红色),然后是两个头皮层,然后是头骨,然后是硬脑膜,蛛网膜,最右边是只由软脑膜覆盖的大脑。

一旦我们把其他部分都剥离下来,我们留下了这个傻孩子:

这个荒谬的东西是宇宙中最复杂的已知物体,重约三磅,神经工程师蒂姆·汉森(Tim Hanson)称之为“最具信息密度、结构化、自组织化的物质之一”。所有这一切只有20瓦的功率(类似计算机的功率为2400万瓦特)。

这也是麻省理工学院教授Polina Anikeeva所说的“你可以用勺子舀出的软布丁”。大脑外科医生Ben Rapoport将它更科学地描述为“布丁和果冻之间的某种形态”。他解释说,如果你将大脑放在桌子上,重力会使它失去形状,变得很平坦,像一个水母。

但这就是我们。你看着镜子,看看你的身体和你的脸,你认为这是你——但这只是你的机器。你实际上是一个贪玩的果冻。我希望你不介意。

Krishna Shenoy教授将我们对大脑的认识与十五世纪初的世界地图做比较。

另一位教授Jeff Lichtman甚至更加苛刻。他在课程开始问他的学生:“如果你需要知道的关于大脑的一切是一英里,我们走了几英里?”他说,学生们给出了四分之三英里、二分之一英里或是四分之一英里的答案,但他认为真正的答案是“大约三英寸”。

第三个教授,神经科学家Moran Cerf,跟我分享了一个神经科学中由来已久的说法,指出试图理解大脑有点22条军规的感觉:“如果人类的大脑这么简单,能够让我们理解,那我们将会因为如此简单,而不能理解大脑。”

也许,在我们正在建设的伟大的知识塔的帮助下,我们可以在某个时候理解大脑。现在,让我们看看我们对头脑里面的这只水母目前有哪些了解。

大脑,缩小看看

让我们使用半球横截面看看大脑的主要部分。因此,这是你脑袋里大脑的样子:

现在,让我们把大脑取出来,并删除左半球,这让我们能看清楚内部。

神经学家 Paul MacLean做了一个简单的示意图,说明我们前面谈到的爬行动物大脑在进化中的第一次出现,然后是在哺乳动物兴盛阶段形成的古生哺乳动物脑和新哺乳动物脑。

新哺乳动物脑古哺乳动物脑(边缘系统)爬行动物脑

也可以这么表示:

让我们来看看每个部分:

脑干及小脑(The Brain Stem and Cerebellum)

这是我们的大脑最古老的部分:

中脑脑桥延髓小脑

我们的大脑横截面中青蛙大脑的残留。事实上,青蛙的整个大脑与我们大脑的低水平部分相似。

当你了解这些部分的功能,它们很古老这件事就说得通了:一切这些部分能做的事情,青蛙和蜥蜴都可以做。以下是主要部分:

延髓(The medulla oblongata)

延髓真的只是让你不会死。它控制非自主的事情,比如你的心脏速率、呼吸和血压。当它认为你中毒了,就会让你呕吐。

脑桥(The pons)

脑桥的工作是,做点这个,做点那个。它涉及吞咽,膀胱控制,面部表情,咀嚼,唾液,眼泪等等。

中脑(The midbrain)

中脑与视觉,听觉,动作控制,警觉性,体温控制有关,还有一堆其他的事情。大脑被分为了前脑、中脑和后脑。

有一件我要感谢脑桥和中脑的事是,它控制你的眼球自主运动,如果现在你在转眼球,就是你的脑桥和中脑在搞事情。

小脑(The cerebellum)

这个看起来像你大脑阴囊的东西是你的小脑,它使人保持平衡、协调和正常移动。

边缘系统(The limbic System)

大脑的边缘系统在脑干上,就是它让人类如此疯狂。

丘脑海马体下丘脑杏仁体脑垂体

边缘系统是一种生存系统。如果你在做你的狗也会做的事情,比如吃,喝,交配,战斗,躲避等等,可能就是你的大脑边缘系统在驾驭你。无论你喜欢与否,你做的那些事情,就是处在原始的生存模式。

边缘系统也是你的情感所在,最终,情绪也都是为了生存——情感是更高级的生存机制,对于处在一个复杂的社会结构中的动物是必须的。每当你发生思想斗争时,你的边缘系统很可能会让你做出你会后悔的事情。

我敢肯定,控制你的大脑边缘系统,既意味着成熟,也是一种人性的挣扎。这并不是说没有边缘系统,我们会过得更好。边缘系统在让我们人类如此独特中起到了一半的作用。生活的大部分乐趣来源于你的情绪和需要得到满足。只是你的边缘系统不知道你活在社会文明中,如果你让它做主太多,它很快就会毁了你的生活。

无论如何,让我们再仔细看看。边缘系统有很多小部分。

杏仁核(The amygdala)

杏仁核有点儿像是大脑结构的情感遗骸。它涉及焦虑,悲伤,以及我们的恐惧反应。有两个杏仁核,奇怪的是,左边的已被证明更平衡,有时会产生一些幸福的感觉,而右边的永远心情不好。

海马体(The hippocampus)

你的海马体就像记忆的一块板子。当老鼠开始记忆迷宫的方向,记忆在海马体上编码。大鼠的两个海马体的不同部分将在迷宫的不同部分起作用,因为迷宫的每个部分被存储在自己的海马体部分。但是,如果学习一个迷宫后,大鼠被给予其他任务,一年后,被带回原来的迷宫,就会很难回忆起它,因为海马体记忆板上的大多记忆已经被抹去,释放给新的记忆。

丘脑(The thalamus)

在大脑的中心位置,丘脑也作为中间人,从你的感官接收信息,并将其发送到你的皮质处理感官。当你睡觉时,丘脑也一起上床,这意味着感官中间人下班了。这就是为什么在沉睡中,一些声音或轻轻的触摸往往不会让你起来。如果你想唤醒深度睡眠的某人,你必须展示出足够的侵略性来唤醒他们的丘脑。

唯一的例外是你的嗅觉,这是绕过丘脑的一个感觉。这就是为什么嗅盐可以用来唤醒一个晕倒的人。不像其他的感官,嗅觉位于边缘系统,这就是为什么气味和记忆与情感如此紧密地联系在一起。

皮层(Cortex)

最后,我们到达了大脑皮层。

大脑皮层(本文主要指新皮层,文中统称皮层)基本上负责所有事情:看,听,触觉,语言,动作,思维,规划和个性。

它分为四叶(lobe):

前叶顶叶颞叶枕叶

想要说清楚它们各自负责什么是不会令人满意的,因为它们每个都负责许多事情,互相之间又多有重叠,但是简化起来可以这样说:

前叶负责你的个性,以及很多我们认为是“思考”的事情——推理、计划和执行功能。特别地,你的思考中有很多就发生在前叶的前部被称为前额叶皮质的地方——你脑子里的成年人。前额叶皮质就是你的一生中那些心理斗争中的另一个角色。它是努力让你做好你的工作的那个理性的决策者,是努力让你不要担心别人怎么想、只要做好你自己的那个可靠的声音,是希望你不要为琐事而焦急的那个高人。

如果这还不够让人担心,那么前叶还掌管你的身体的运动。前叶上部的一条带子是你的初级运动皮质。

在其他的功能中,顶叶控制的是你的触觉,尤其是初级躯体感觉皮层——一条紧邻初级运动皮层的带子。

运动和躯体感觉皮层紧紧相邻,而且它们很有趣,因为它们可以被很好地映射。神经科学家准确地知道每条带子的一个部分与身体的哪一个部分相连,这把我们带到了本帖中最惊悚的一张图片:人造人。

生殖器脚趾脚腿臀躯干颈头肩臂肘前臂腕手小指无名指中指食指拇指眼鼻脸上唇唇下唇牙牙龈舌腹腔内咽

生殖器脚趾脚踝膝臀躯干肩肘腕手小指无名指中指食指拇指颈眉眼皮和眼球脸唇颌舌吞咽

这个人造人,由神经外科医生的先驱维尔德·潘菲尔德制造,在视觉上展示了运动和躯体感觉皮层是怎样被映射的。示意图中身体部分的图片越大,大脑皮层中与运动或触觉的专门联系就越多。与此相关有几件好玩的事情:

第一,令人惊异的是,你的大脑与脸和手相连的运动和感觉联系要多于身体其他部分之和。这也不是说不通——你需要做出极为细微的面部表情,你的双手也需要极为灵活,而你身体的其他部分——肩膀、膝盖、后背——的运动和感觉可以粗糙得多。这就是为什么人们可以用手指来演奏钢琴,用脚趾就不行。

第二,有意思的是,两个皮层与身体间的专门联系十分相似。我觉得这也能说得通,但是我从没真正地想到过,那些你需要控制大量运动的身体部分,往往也需要最敏锐的触觉。

最后,我遇到了这个货,从那之后就一直生活在一起——现在你也得这么干了。一个3D人造人。

来,继续——

颞叶是你的很多记忆居住的地方,并且它就在你耳朵的旁边,所以它也是你的听觉皮质的所在。

最后,在你脑袋后部是你的枕叶,它差不多都与你的视觉相关。

有很长一段时间,我以为这几个主要的脑叶就是大脑的组块——就像是整个3D结构的几个部分。但是实际上,大脑皮层只是大脑外层的两毫米——也就是一个镍币那么厚——在那下面的肉质大部分只是线路。

为什么大脑是一个皱纹这么多的蓝盒子

正如我们已经谈过的,我们大脑的进化靠的是向外构建,在已有的模型的上面添加更新颖的、更精致的特征。但是向外构建也有极限,因为人类要通过阴道才能来到世界上,这就为我们的脑袋的大小扣了个帽子。

因此,进化想出了新方法。由于大脑皮层很薄,其规模随着表面积增加而改变——这就意味着通过制造出许多褶皱(包括在两个半球之间两侧的向内褶皱),你可以把大脑的表面积增加到原来的三倍多,而不用增加太多体积。当大脑最初在子宫中发育时,它是光滑的——褶皱大部分都是在孕期的最后两个月里形成的。

25天35天40天50天100天5个月6个月7个月8个月9个月

褶皱的形成在这里有很好的解释。

如果你能把大脑皮层取走,你会得到一张2毫米厚、面积有2000到2400cm2的薄片——规格大约是48cm x48cm见方。一张餐巾纸。

这张餐巾纸就是你的大多数大脑活动发生地方——这就是为什么你能思考、运动、感觉、看见、听见、记忆和说出并理解一门语言。真是史上最好的餐巾纸。

还记得之前我说过你就是一个果冻球吗?当你想到你自己时,你想到的你——那实际上主要是你的大脑皮层。那意味着你实际上就是一张餐巾纸。

当我们把另一个大脑放在被剥下来的大脑皮层上时,用褶皱来增加餐巾纸表面积的魔法就看得很清楚了:

与大脑的规模相比较的大脑皮层面积

展开的大脑皮层

因此,尽管并不是很完美,但是当谈到大脑时,现代科学已经在宏观上有了不错的理解。微观上,我们的理解也不错。我们来一起看看。

大脑,放大

就算我们很早之前就已经明白,我们的智力“坐”在大脑里,科学家们直到最近才搞清楚大脑是由什么构成的。科学家们早就知道身体由细胞构成,但是直到19世纪末,意大利生理学家卡米洛·高尔基才搞清楚如何利用染色法观察脑细胞到底长什么样子。结果出人意料:

细胞不应该是这个样子。高尔基发现了神经元。

科学家很快就明白,神经元,就是构成几乎所有动物的大脑和和神经系统的庞大通信网络的核心单位。

但是,直到20世纪50年代,科学家们才弄清楚神经元是怎样互相通信的。

轴突是长长的一股携带着信息的神经元,其直径通常极为微小——小到最近科学家才能在上面做实验。但是在20世纪30年代,英国动物学家J·Z·杨发现随便一只鱿鱼就能改变我们所了解的一切,因为鱿鱼的身体中有一条异常巨大的、可以在上面做实验的轴突。几十年之后,利用鱿鱼的巨大轴突,科学家阿兰·霍奇金和安德鲁·赫胥黎终于搞清楚神经元传递信息的方式:动作电位。它是这样工作的:

首先,有很多种不同的神经元:

丘脑核团细胞纺锤形细胞粒细胞锥体细胞双锥体细胞橄榄核神经元卵形细胞浦肯雅细胞三叉神经束核大细胞小胶质细胞豆状核壳核神经元小网状结构苍白球细胞大网状结构

简单起见,我们来看一看一种简单的、被说烂了的神经元——锥体细胞,你可以在你的运动皮层里找到它。画一个神经元的示意图,可以先画一个人:

然后只要给他加上几条腿、一些头发,把胳膊去掉,再拉长一点——就是一个神经元了。

树突(可能有几百根,而且按照本图的比例,它们可能有好几米长)

轴突(按照本图的比例,这个可能实际上要有一公里长)

胞体(神经元的身体,细胞核就在这里)

轴突末梢(可能有好几百个)

然后我们再画几个神经元。

突触

我不想马上就完整、详细地解释动作电位是怎样工作的——这涉及到许多没必要也很无聊的专业内容,9年级的生物课上早就学过了——我想把可汗学院的说明性文章链接给想知道整个故事的人。我们来仔细看看跟我们的目标相关的一些基本概念。

我们的小人的躯干——即神经元的轴突——有一个负的“静止电位”,也就是说,当它静止时,其电荷显弱负性。无论何时,一大群人的脚总是在触碰小人的头发——即神经元的树突——不管他愿意不愿意。他们的脚把一些化学物质滴到他的头发上——即神经递质——它会穿过他的头(细胞的身体,或者叫做胞体),然后依据这种化学物质,稍微提升或降低他身体中的电荷。这对于我们的神经元男孩来说有点不太舒服,但也不是什么大问题——然后就没什么别的事情了。

神经递质

但是如果有足够的化学物质碰到他的头发,使他的电荷提升到一定水平之上——即神经元的“阈值电位”——那么就会引发动作电位,然后小人就触电了。

动作电位

这种情况只有两个值——要么小人身上什么都没发生,要么他就结结实实地触了电。他不可能有一点儿触电,也不可能触过了头——他要么就根本没触电,要么就每次触电的程度都完全一样。

一旦触电发生,一个电脉冲(他身体中的常规电荷会短暂地从负电转为正电,然后迅速地恢复为常规的负电)就会沿着他的身体(轴突)快速移动到他的脚上——即神经元的轴突末梢——它们又会去触碰许多别人的头发(接触的位置成为突触)。当动作电位到达他的脚上时,它会使他的脚把一些化学物质释放到它们触碰的人的头发上,这可能会也可能不会引起别人的触电,就像他自己经历过的一样。

这就是信息通过神经系统而移动的一般方式——在神经元之间的微小间隙中传递的化学信号引发电信号通过神经元——但是有时候,当身体需要特比特别快速地传递一个信号的时候,神经元向神经元的连接可以自己通电。

动作电位的移动速度在每秒1到100米之间。这个区间这么大,部分是因为神经系统中其他种类的细胞——许旺细胞——就像一位超爱照顾人的老奶奶,总是把一些种类的轴突包裹在好几层脂肪层里,这种脂肪层叫做髓鞘。就像这样(需要一秒钟才能开始):

周围轴突上髓鞘的形成

除了有保护和绝缘的好处之外,髓鞘也是影响通信速度的一个主要因素——当轴突上覆盖了髓鞘时,动作电位会移动得快得多。

有一个很好的例子来展示髓鞘导致的速度差异:当你脚底下绊了一跤,还没感觉到疼的时候,你知不知道你的身体是怎样给你一秒钟的思考时间来让你想想你刚刚做了什么,你又将会感觉到什么?实际上,你同时感觉到了你脚底下绊到了东西和刺痛,因为刺痛信号是通过覆盖了髓鞘的轴突传递到大脑的。要花一两秒才能感到钝痛,因为钝痛是通过没有覆盖髓鞘的“C纤维”传导的,速度仅有约每秒1米。

神经网络

神经在一点上很像计算机晶体管——它们都用二进制语言传递1(发放动作电位)和0(不发放动作电位)的信息。但是与计算机晶体管不同的是,大脑里的神经无时无刻不在变化。

你知道为什么有时你学了一项新技能而且你干得还挺不错,然而第二天你又试了一下发现你还是不行?那是因为你前一天之所以干得不错,是因为你调节了或者集中了在神经之间传导信号的化学物质的量。不停的重复会调节化学物质,这能帮你做得更好,但是第二天化学物质恢复到了常规水平,你的水平也跟着回去了。

但是如果你坚持练习,你就会持久地擅长某件事情。这是因为,你已经告诉了你的大脑“这可不是什么一次性的事情”,然后大脑的神经网络就回应以制造持久的结构性变化。神经改变了形状和位置,并加强或减弱各种各样的连接,这样就建立了一个知道如何完成这项技能的路径的硬线集。

神经拥有改变其化学、结构甚至功能的能力,这使你的大脑的神经网络可以充分优化自身以适应外部世界——这种现象称为神经可塑性。婴儿的大脑是最具有神经可塑性的。当婴儿出生时,他的大脑根本不知道他需要适应的人生是属于一位需要专精剑术的中世纪武士,还是属于一位需要精细的肌肉记忆以演奏大键琴的17世纪音乐家,亦或是一位需要存储和管理海量信息并精通复杂的社会结构的现代知识分子——但是婴儿的大脑已经准备好改变它自己的形状,以面对它已准备好去面对的任何一种人生。

婴儿是神经可塑性的超级明星,但是我们一辈子都拥有神经可塑性,这就是为什么人类可以成长、改变并学习新东西。并且这也是为什么我们能够形成新的习惯,打破旧的习惯——你的习惯反映了你大脑中现存的回路。如果你想改变你的习惯,你需要用意志力来凌驾你大脑中的神经路径,但是如果你坚持的时间足够长,你的大脑最终会领会你的意思然后改变那些路径,然后新的表现就不再需要意志力了。你的大脑会在生理上改变形状,形成新的习惯。

总之,大脑中有大约1000亿个神经元,它们构成了这个不可思议的巨型网络——这个数字相当于银河中恒星的数量,比世界人口的十倍还多。大约150—200亿个神经元存在于大脑皮层,其余的都在大脑的髓质。(令人惊奇的是,随便一个小脑拥有的神经元数量都比大脑皮层的三倍还多)。

让我们把镜头缩小回来,看看大脑的另一个横截面——这一次不再从前往后切来看一个脑半球,而是从左往右切:

大脑物质可以分成所谓的灰质和白质。灰质颜色上看起来更暗,由脑神经元的细胞体、树突丛和轴突构成——还有许多其他物质。白质主要是线路——那些携带着信息从一些胞体传送到另一些胞体或者到身体中的目的地轴突。白质是白的,是因为那些轴突通常都覆盖着像白色脂肪组织的髓鞘。

大脑中的灰质有两个主要区域——包括了边缘系统和我们上文讨论过的脑干的内部集群,和包裹在外部的有一镍币厚的皮层。居于其中的大块白质主要由皮层神经元的轴突构成。皮层就像是一个指挥中心,它通过它下面的由大量轴突构成的白质来发号施令。

我所遇到的阐释这一概念的最棒的插图是由格雷格·A·唐恩博士和布里安·爱德华博士所做的一套艺术地再现了大脑结构的精美图集。

那些皮层神经元可能正把信息带向皮层中的另一处,带向大脑中较低的一部分,或者正通过脊髓——神经系统的高速公路——去向身体的其他部分。

我们来看看整个神经系统:

大脑脊髓中枢神经系统神经节神经蓝色=周围神经系统

神经系统分为两部分:中枢神经系统——你的大脑和脊髓——和周围神经系统——由从脊髓放射到身体其他部分的神经元构成。

大多数神经元都是中间神经元——那些与其他神经元通信的神经元。当你思考时,大量的中间神经元正在互相讨论。大脑包含的主要是中间神经元。

其他两种神经元是感觉神经元和运动神经元——它们通向你的脊髓,构成了周围神经系统。这些神经元最长可达一米。每个类型的典型结构如下:

(a)多级中间神经元树突细胞体轴突轴突轴突末梢

(b)运动神经元树突细胞体轴突丘轴突郎氏结髓鞘神经-肌肉突触肌肉轴突末梢

(c)感觉神经元感受细胞周围神经支轴突细胞体轴突中枢神经支

还记得我们的两条带子?

运动皮层躯体感觉皮层

这两条带子就是你的周围神经系统的源头。感觉神经元从你的躯体感觉皮层出发,穿过大脑白质,通向脊髓(它只是一大捆轴突)。从脊髓出发,它们通向你全身各处。你的每一寸皮肤都连接着从躯体感觉皮层出发的神经。顺便说一下,一条神经,就是用一小段线包起来的几束轴突。这是一张神经的示意图:

神经纤维束神经外膜神经动脉脂肪细胞静脉

神经就是用紫色圈出来的部分,其中四个大圈就是捆起来的许多轴突(这里是一张有帮助的卡通画)。

如果一只苍蝇落在了你的胳膊上,就会发生下面的事:

苍蝇碰到了你的皮肤,刺激了一束感觉神经元。神经中的轴突末梢产生微小的痉挛并开始发放动作电位,向大脑发送信号来告发这只苍蝇。信号传递到了脊髓并到达躯体感觉皮层中的胞体。躯体感觉皮层轻轻敲了敲运动皮层的肩膀,告诉他“你胳膊上有一只苍蝇,你得收拾收拾他(懒)”。你的运动皮层中那些连接着你胳膊上的肌肉的胞体接着开始发放动作电位,把信号传递回脊髓,接着传到胳膊上的肌肉。这些神经元末端的轴突末梢刺激了你的臂肌,臂肌收缩以挥动手臂来赶跑苍蝇(此时这只苍蝇已经在你的胳膊上吐了),然后苍蝇(它的神经系统也来了这么一大圈)飞走了。

然后你的杏仁体检查了一下,发现有个问题,然后它叫你的运动皮层尴尬地跳起来。要是那不是一只苍蝇而是一只蜘蛛,它也会叫你的声带不由自主地大叫起来,丢尽你的脸面。

那么,现在看起来我们好像真的有点理解大脑了,是吧?但是,为什么那位教授提了那样一个问题——如果你需要知道的所有关于大脑的事情有一英里长,那我们已经走了多远?——然后说答案是3英寸?

答案就在这里。

你是否知道,我们完全了解单独一台电脑是怎样发电子邮件的,我们也完全理解互联网的一些宽泛的概念,例如网上有多少人、哪些是最大的网站、有哪些主要的趋势——但是所有中间的事情——互联网的内部运行——人们依然搞不清楚?

你是否知道,经济学家能告诉你单独一个消费者发挥了什么作用,他们也能告诉你宏观经济学的主要概念和正在起作用的最重要的力量是什么——但是没人能告诉你经济运行的所有细节,或者预测经济在下一个月或下一年里会发生什么事?

大脑就像这些东西。我们有微观的认识——我们完全知道神经元发射信号的方法。我们也有宏观的认识——我们知道大脑里有多少神经元,知道主要的脑叶和结构控制了什么,也知道整个系统消耗多少能量。但是那些中间的事情——那些关于大脑各部分的实际运行情况的中间的事情?是的,我们还没有看到。

想要知道我们到底有多困惑,就要去听一位神经学家讲讲我们理解得最好的那些大脑的部分。

例如视觉皮层。我们对视觉皮层理解得很好,是因为很容易为它画一张图。

科学家保罗·梅罗拉对我说:

视觉皮层拥有很好的解剖学功能和结构。当你观察它,你真的像是看到了一幅世界地图。因此,当你的视野中的某个东西存在于空间中的某一特定区域,你将会在皮层中看到一小块色斑,它代表着那个空间中的区域,并会亮起来。并且随着那个物体的移动,相邻的细胞会描绘出一幅地形图。这就像是把真实世界的直角坐标映射到视觉皮层中的极坐标一样。而且你真的可以从你的视网膜,经过你的丘脑,追踪到你的视觉皮层,然后你就会看到从空间中的一点到视觉皮层中的一点的真实映射。

到目前为止,没有什么问题。但是他接着说道:

因此,如果你想要与视觉皮层的特定部分发生互动,这种映射确实很有用。但是,视觉区域有很多,随着你越来越深入到视觉皮层的内部,事情就变得有些模糊,然后这幅地形图开始崩溃。……大脑里尽是这种事情,视觉只是一个突出的例子。我们观察世界,然后那里就是这样一个3D的物理世界——就像你观察一个杯子,你只看到一个杯子——但是你的眼睛看到的实际上只是一堆像素。当你观察视觉皮层时,你会看到那里有差不多20-40种不同的地图。V1是第一个区域,那里它以那种方式追踪很小的边缘和颜色等等。还有别的区域在观察更为复杂的对象,在你的大脑表层中你能看到有如此多种不同的视觉表现。而且所有那些信息都以某种方式在这个信息流中捆绑在一起,那种编码方式使你以为你只是在看一个简单物体而已。

还有运动皮层,大脑中另一个我们理解得最好的部分,可能在粒度级别上比视觉皮层更难理解。因为尽管知道在运动皮层中哪些宽泛的区域对应着身体的哪些部分,可是在运动皮层的这些区域里还没有在局部解剖中确定个体神经元,而且它们共同引发身体运动特定方式还完全不清楚。保罗又说到:

大脑中手臂运动部分的神经震颤有点不同——并非像是神经会讲英语然后说“动起来”——它是一种电活动的模式,在每个人那里都有一点不一样。……你想要能够无缝地理解那意味着“胳膊往这边动一动”、“把胳膊往目标那边动一下”、“把胳膊往左动动,抬起来,抓,用一定的力气抓,用一定的速度伸出去”,等等。我们运动的时候是不考虑这些的——它就这样无缝地发生了。因此每个大脑都有一套独特的代码,用它来对胳膊和手上的肌肉说话。

神经可塑性不仅使我们的大脑十分有用,也使它难以置信地不可理解——因为每个大脑的运行方式都基于大脑如何塑造了它自己的形状,基于它独特的环境的人生经历。

那些我们理解得最好的大脑的部分,“当谈到一些更为复杂的计算过程,如语言、记忆、数学”,一位专家再次对我说,“我们真的不知道大脑是怎样工作的。”他不无叹惋地说到,举个例子,对每一个人来说,母亲的概念都以不同的方式编码,都在大脑中的不同部分。在前额叶——你知道,大脑的那个部分是你真正生存的地方——“根本就没什么地形图”。

但是无论如何,这根本不是建立有效的脑机接口为什么如此困难、或如此令人畏惧的原因。使BMI如此困难的原因在于,工程方面的挑战是极为严峻的。与大脑在身体上的协作,使BMI成为了世界上最为困难的工程事业之一。

既然我们的大脑背景的树干已经建立起来,我们已经准备好向第一根树枝进发。

本文摘录自:

责任编辑: 王和   来源:新浪爱问医生 转载请注明作者、出处並保持完整。

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