方興未艾的腦科學(xué)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——方興未艾的腦科學(xué)

大腦就像是理解人類行為的一把鑰匙。從早期的顱相學(xué)到如今的腦成像技術(shù);從還是一個(gè)胚胎時(shí)的渺小，到發(fā)展出繁雜的腦世界，腦科學(xué)可謂是包羅萬象。經(jīng)過千百年的觀測和實(shí)踐，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這個(gè)由脂肪和蛋白質(zhì)組成的器官是宇宙中極為繁雜精妙的系統(tǒng)之一。醫(yī)學(xué)家和生物學(xué)家對繁雜的腦結(jié)構(gòu)和奇妙的腦功能著迷，對腦科學(xué)的摸索雖然異常艱辛，卻始終興趣不減。大腦由數(shù)百億個(gè)神經(jīng)元和數(shù)以萬計(jì)的神經(jīng)連接而成，大腦損傷可以導(dǎo)致癱瘓、失語、失明、失聰甚至人格的改變

愛因斯坦的大腦結(jié)構(gòu)解剖圖

愛因斯坦的大腦與常人有何不同？

好奇是人們進(jìn)行科學(xué)研究的原動(dòng)力。與人體其他組織器官相對比，腦形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)研究的最大難點(diǎn)是腦的各個(gè)功能區(qū)（神經(jīng)中樞）相互融合接連，其間并沒有一個(gè)明晰可辨的解剖學(xué)分界。至今人們對腦的若干功能區(qū)，如運(yùn)動(dòng)（肢體運(yùn)動(dòng)）、感覺（視、聽、味、嗅、觸、熱、冷、疼、癢）相應(yīng)中樞只能大致定位。至于腦的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系研究，仍處于空白狀態(tài)。

如今，當(dāng)人們形容一個(gè)天才，總不可避免訴諸“智商〞。智商測定也成為人腦功能評(píng)價(jià)的常用指標(biāo)。當(dāng)病理學(xué)家在對愛因斯坦的大腦進(jìn)行觀測研究時(shí)，在細(xì)胞學(xué)層面上，他們并沒有找到愛因斯坦的腦組織與普通人的腦組織有任何形態(tài)學(xué)上的不同。同樣，人們在對精神分裂癥患者大腦的組織學(xué)和生物化學(xué)分析研究中，也未能找出與正常人的不同點(diǎn)。科學(xué)家一致認(rèn)為兩者一定存在某種形式的區(qū)別，只是到現(xiàn)在仍沒有找到而已。當(dāng)人腦賦能電腦

過去一個(gè)多世紀(jì)以來，腦科學(xué)研究的主要進(jìn)展是理解神經(jīng)信息在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中傳遞和處理的基本原理。近年來，隨著分子生物學(xué)和生理學(xué)新技術(shù)的參與，人們在人類學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、仿生學(xué)、人工智能等領(lǐng)域?qū)θ四X的研究手段有了極大的提升，已經(jīng)跨入人腦和電腦互通互聯(lián)，相互研究摸索、模仿借鑒的新階段。

電腦是人腦開發(fā)的，故而電腦和人腦也就有大量相像之處。人腦60%的有形成分是脂肪，為腦細(xì)胞提供支撐和保護(hù)。意識(shí)和思維功能的基本單元是腦組織中的數(shù)百億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞。而電腦運(yùn)算功能的基本單元是集成電路上（芯片上）數(shù)十億的晶體管。人腦只開發(fā)了10%？

人腦和電腦效能的顯著區(qū)別是人們可以將芯片無限量的組裝成超級(jí)電腦，卻不能將更多的神經(jīng)細(xì)胞植入人的腦組織中去。但是人們可以將一個(gè)課題交給成千上萬的人來做，這也就相當(dāng)于組成了一臺(tái)超級(jí)電腦。

人腦細(xì)胞之間的聯(lián)系靠神經(jīng)纖維，電腦晶體管之間的聯(lián)系則是導(dǎo)電線路。腦神經(jīng)可分為感覺神經(jīng)、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)和混合神經(jīng)

人腦組織顯微照片（供圖/侯安山）

但人腦和電腦又有一個(gè)共同點(diǎn)，即神經(jīng)纖維和導(dǎo)電線路中的信號(hào)傳遞的介質(zhì)都是電子。所以人們可以使用電位傳感器將人體多個(gè)器官的生理電位變化用示波器描繪出來，然后根據(jù)相關(guān)器官的生理和病理特點(diǎn)，進(jìn)行診斷分析。人們還可以將具有穿透能力的X射線、磁力線或超聲波、紅外線等進(jìn)行發(fā)射，并將它們穿過人體不同密度組織中的微細(xì)變化信號(hào)提取出來。再利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的規(guī)律運(yùn)算能力，合成二維圖像。如頭顱X線數(shù)字顯影（DR）、計(jì)算機(jī)斷層掃描/血管造影（CT/CTA）、磁共振成像（MRI）等檢查圖像。其清楚度已接近甚至超過肉眼直接觀測的程度，解決了對活體樣本無法進(jìn)行無創(chuàng)性觀測的難題。電腦作為人類腦力勞動(dòng)的工具，大大延伸與擴(kuò)大了人類的智能活動(dòng)范圍，電腦已經(jīng)滲入到人類社會(huì)生活的各個(gè)方面，對社會(huì)生產(chǎn)和進(jìn)步起到巨大的推動(dòng)作用。人腦只開發(fā)了10%？

人腦對電腦的科學(xué)研究成果，也加快以電腦為載體的人工智能研究。人們利用算法學(xué)習(xí)，監(jiān)視學(xué)習(xí)等培訓(xùn)手段，使電腦初步具備了對形、聲、溫、位、動(dòng)等外界環(huán)境的感知和分析判斷能力，以及對人的語言、動(dòng)作、文字指令的響應(yīng)能力等。

將人腦與現(xiàn)代電腦做對比，那就是兩者一出世都被賦予了極大的儲(chǔ)存能力。普通人的大腦利用了10%左右，而一部高端手機(jī)，多數(shù)人能開發(fā)利用的功能也就20%。也就是說，無論是電腦還是人腦，都還保有好多功能作為備份或代償?shù)哪芰?，有待于開發(fā)利用。

從遺傳學(xué)的角度講，智商高低確實(shí)與基因遺傳有直接的關(guān)系。相當(dāng)于父母送給孩子的手機(jī)，有的是128G的，有的是256G的，表面看后者是前者的2倍。但是，功能的發(fā)揮是需要用軟件來支撐的（相當(dāng)于人腦的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練），沒有足夠多的性能優(yōu)異的軟件和數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，存儲(chǔ)量再大的電腦也只是一個(gè)金屬、硅片和塑料的堆積體。同理，沒有后天的刻苦學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，再聰明的人也只是一個(gè)骨骼和血肉的堆積體。知識(shí)鏈接大腦“切片〞技術(shù)——CT

CT是X射線計(jì)算機(jī)體層成像的縮寫，CT和普通X射線的最大區(qū)別，就在體層二字。簡單來說，X射線是無數(shù)的層疊加出一張圖像，而CT是真正的斷層圖像，也就是把被掃描的部位的多個(gè)層面都分別進(jìn)行成像。

CT尋常采用橫軸面斷層成像，所以大家平日看見的CT片總是一個(gè)一個(gè)的橢圓形圖像。但在頭面部或顱腦CT檢查時(shí)，有時(shí)增加一個(gè)冠狀層面掃描（豎著劈成前后兩半的大平面），這樣能把大腦的各個(gè)層面看得一清二楚。CT尋常采用橫軸面斷層成像，每一層都可單獨(dú)成像

大腦的繁雜性讓人類擁有了聰慧，探究大腦成為全世界科學(xué)家努力抵達(dá)的“終極疆域〞。

腦科學(xué)是一門極富魅力的生命科學(xué)，它充滿神秘，又和每個(gè)人的生活息息相關(guān)。腦科學(xué)研究不僅可以使我們理解認(rèn)知、思維、意識(shí)和語言等腦功能原理，對人類認(rèn)識(shí)自身有重大科學(xué)意義，還能夠?qū)Ω鞣N腦功能神經(jīng)基礎(chǔ)進(jìn)行解析，而腦科學(xué)所啟發(fā)的類腦研究也可以推動(dòng)