探索生命：大腦神經是如何運作的

關于大腦的運作，一直以來是科學界的謎。大腦運作是怎么回事呢？我們可以根據現有的研究和想象力，來了解一下。

首先大腦的進化，我們可以得出以下幾點。

1、大腦是由單細胞進化而來的。

2、大腦是長時間的產物，形狀結構越來越復雜，腦容量不斷增加。

3、大腦神經元彼此相連。

左圖為神經元連接示意圖。

神經元是由細胞體、樹突和軸突三部分組成。細胞體是神經元的主體部分，包括核、胞質和細胞器。樹突是神經元的輸入處，其主要功能是接收來自其他神經元或感覺器官的信號。軸突則是神經元的輸出處，通過軸突傳遞信號，它連接了大量的神經元和神經肌肉接頭。神經元與其他神經元之間的連接稱為突觸。
大腦神經元不斷展開分支，彼此相連。隨著不斷地增加，隆起，形成人類復雜的神經森林。這種隆起的情況，一定是受到顱腔的空間影響，直接影響了大腦的形狀。

大腦由此從扁平到彎曲，再到分區，區又分開溝壑。就這樣不斷進化，形成現在的大腦。

大腦的信息的傳遞是神經元利用神經網絡，通過電流和化學刺激來溝通的，從而使得身體做出反應。

左圖為神經網絡圖。

神經元彼此溝通，并不接觸。把神經元拉近看，我們可以看到一個小縫隙隔開了分支，我們稱之為神經鍵。

這是一種信息從一個神經元傳遞到另一個神經元的過渡帶。如果一個信息來自一個神經元的小液囊儲存分子，受到刺激，液囊釋放出分子，穿過細胞薄膜，到達神經鍵縫隙。受電震就發出信號，接收神經元進入的分子，而這種接收是特定的，有選擇的。電震產生化學變化再產生電震，這樣的簡單事件串聯，就是大腦運作的基礎活動。

我們的大腦之所以復雜，就是因為這樣的活動。人類大腦有大約一千億個神經元，每一個神經元就像是大生產線上的作業員。他們處理信號并配合神經元接收和傳送信息。1000億個神經元乘以5萬個連接，你可以想象一下，是多少奇妙，宏偉和巨大的系統。神經元本身并不聰明，也無意識。但是1000億個神經元在一個固定的顱內，組成復雜的結構，并且以讓我們難以捕捉和協作的方式運作，這就是使得我們人類能夠有想象力的思考，有意識的活動。

近日哈佛大學神經科學家和谷歌工程師，發布了第一張人類大腦部分的神經網絡連接圖，大約針頭大小的人類大腦組織用重金屬染色，切成5,000片，并在電子顯微鏡下成像。雖然這立方毫米的組織僅占整個人類大腦的百萬分之一。但是，描繪它的神經細胞、血管等大量數據量達到1.4 PB（計算機存儲單位1.4 PB=1024TB）。

左圖為科研人員采用了5種顏色區分不同的突觸。大腦的每一個神經元都與其他神經元之間會有數十個至上千的連接，但并非每個連接都是重要的，因為在這個龐大的網絡中神經元與其他神經元建立了數千個連接通常具有重疊替代功能。這就是為什么有些人中風會導致數以千計的神經元消失而不會失去記憶。

左圖為神經連接示意圖。

人類大腦的神經元連接結構如此復雜，860 億個神經元，每一個神經元都與其他神經元之間會有數十個至上千的連接，甚至于神經元的連接也有可能拓展至量子領域，計算這種網絡結構的復雜性已經不亞于天文學和量子力學的計算量，這也是人類大腦可以用無數種方式做事的根本原因。大象大腦的大小是人類的三倍，大象的小腦中有2510億個神經元，負責管理巨大的軀干，而皮質層中僅有56億個，不足人類三分之一。靈長類動物可以將比其他哺乳動物將更多的神經元裝入大腦皮層，例如與大象和鯨魚相比，類人猿大腦很小，但它們的皮質卻要密集得多，猩猩和大猩猩有90億個皮質神經元，黑猩猩有60億個。

人類的大腦在皮質層中擁有160 億個神經元，遠比地球上任何其他物種都要多。這是人類和非人類大腦之間最明顯的區別。大腦的智能程度與大腦架構有關，而不僅僅是重量和大小。

從遠古至今，每一個生物，每個人類，我們不是生來就具有如此完備的神經系統。我們僅僅是靠生活經驗和成長經歷來塑造他們。在子宮中的嬰兒，大腦便開始運轉。他的神經元以驚人的速度倍增，前幾個月便有2000億個。其實這已經是過度生產，但這就是生物的生存本能。孩子出生后，會有一半腦細胞死掉，而活的那一半開始工作。

嬰兒出生極不成熟，需要不斷發展，才能更好與外界溝通。這就說明智慧這樣的東西，不是與生俱來，而是后天成就的。所以一個人的命是先天重要還是后天重要，就不言而喻了。

很顯然，大腦是我們的最大的財富，從一出生大腦就在運轉，并不斷發展，變化。那到底是什么創造了如此神奇的大腦。答案是：我們周圍的一切。準確地說的是以前的一切和現在的一切，所以從一定意義上來說，你已經活了幾百萬年了。

我們的基因提供神經元連接的參數，他們制定某種根基。但大部分的神經連接，即大腦活動的基礎，是由我們的外在世界塑造的。這就是為什么每個人的指紋不同，每個人的性格不同……即使是雙胞胎，他們的外在世界，看到的東西也會不同。

他在看螞蟻的時候，另一個人在看蝴蝶，腦中的反應能一樣嗎？所以遺傳和環境塑造了我們的大腦。這也是為什么孩子接受新事物的能力要強于成人。孩童的神經元更有活力，不固定。

大腦進化已經形成特定的功能區，但是這樣的功能區又彼此溝通，互動，才使得我們更好地處理問題和生存！關于劃分特定功能區，有這樣的故事，大家可以了解一下。

1861年，有位病人來到巴黎一家醫院，不停地說音節“Tan”。他的醫生保羅。布洛卡發現此人完全能夠聽懂別人說話，他只是說不出來，除了“Tan”這個音節。當病人幾天后意外死亡時，布洛卡解剖了他的大腦，發現了一小處損傷，在左額葉處。這使得布洛卡得出結論，此大腦區域與語言產生有關。

那時，科學家們才剛剛接受新觀點，即我們依靠大腦來思考，而不是心臟。有些很殘忍的動物實驗，向他們證實大腦的不同區域有不同的功能。布洛卡的損傷定位法似乎為繪制人腦功能分區提供了方法。醫生們找到有特定認知缺陷的病人，并將這些缺陷與病人大腦的受損部分聯系起來。從這些病人中，醫生們推論出海馬體形成新記憶，恐懼源自杏仁核，我們通過梭狀回面孔區辨識人臉。

但是，以下兩者仍存在很大區別。將大腦特定區域與特定心智活動聯系起來和證明大腦的那一區域確實主導該心智活動。毫無疑問，上世紀九十年代發明功能性共振成像儀，來追蹤大腦活動的即時變化之時，之前的大腦功能分區定位迅速瓦解。

首先，大腦相當可觀的區域，似乎在每次大腦運行時都會被激活。這預示著，即使是最基本的心智活動，也需要大腦區域協調配合。我們發現這一協調機制有賴于長距離溝通神經纖維網絡。事實上，這些纖維的損傷能夠解釋，為什么有些人的布洛卡區完好無損卻不能說話。溝通神經網絡還能夠解釋，為什么有些人的布洛卡區有損傷，卻能夠說話，因為我們已經證實，神經纖維可以將布洛卡區的工作重新連接到大腦其他區域。

但是，和剛才的問題類似，僅因為大腦特定區域在特定心智活動中顯示高強度信號，并不能必然證明大腦此區域是該心智活動的關鍵。換句話說，磁共振成像方法得出的腦顯像，與損傷定位法有同樣的問題。幸運的是，我們可以通過結合這兩種方法來解決這一問題。

最近，研究人員對一百八十二人的大腦損傷進行掃描，其中大部分是有彈片傷的士兵，并讓他們進行一系列的心智活動。然后，研究人員將所有掃描圖像綜合起來，以查看實驗主體進行心智活動時，大腦哪部分區域一直處于活躍狀態，以及不能進行某項心智活動時，哪部分區域一直未活動。結果是，現在我們得到了大腦功能分區圖，顯示大腦哪些區域合力幫助我們完成心智活動，例如理解語言，解謎以及記憶。

大腦有八大功能區

①思考功能區——主要控制人的想象力、思維及意識的腦區域。

②情感功能區——表達喜怒哀樂等控制人的情緒表現的腦區域。

③傳達功能區——是通過與外界交流，來獲得信息傳達的腦區域。

④理解功能區——理解外界所帶來的信息，積攢經驗的腦區域。

⑤運動功能區——協調整個身體的行為及運動的腦區域。

⑥聽覺功能區——把所聽到的信息，傳遞給大腦的腦區域。

⑦ 視覺功能區——把所看到的信息，傳遞給大腦的腦區域。

⑧ 記憶功能區——用來積攢信息，并能掌握，進行熟練運用的腦區域。

但即使有了這些分區圖，我們的大腦仍留下了很多值得思索的問題。例如我們可能永遠不知道，為什么布洛卡的病人只能說“Tan”，而不能說其他音節。或者他是不是想告訴我們其他事。

總結：神經元通信的方式是電化學傳遞，而這種傳輸是基于離子濃度梯度變化所造成的。樹突上的離子通道控制離子進出，在吸收足夠的刺激后，細胞膜離子通道關閉，電位發生快速變化形成動作電位。動作電位通過軸突向末梢傳遞，末梢釋放神經遞質分子進入突觸間隙。神經遞質分子被傳遞到后方的神經元樹突上的受體中，再次刺激該神經元發生動作電位，形成正反饋回路。整個過程可以形象地比作多米諾骨牌效應。

摘自獨立學者，作家靈遁者作品《探索生命》

作者簡介：靈遁者，中國獨立學者。原名王銀，陜西綏德縣人。1988年出生，現居西安。哲學家，藝術家，作家。代表作品《觸摸世界》《行者乾坤》《探索生命》《變化》《相觀天下》《手診面診色診大全》《筆有千鈞》《非線性波動》《見微知著》《探索宇宙》《偉大的秘密》《自卑之旅》《云淡風清》《我的世界》《牙牙學語》等。其作品樸實大膽，富有新意。

個人座右銘：生命在于運動，更在于探索。

靈遁者熱讀書籍有：科普五部曲，國學三部曲，散文小說五部曲。

科普五部曲分別為：《變化》《見微知著》《探索生命》《重構世界》《觀自在大千世界》。

國學三部曲分別為：《相觀天下》《手診面診色診大觀園》《樸易天下》。

散文小說五部曲分別為：《偉大的秘密》《非線性波動》《從今往后》，

《云淡風輕》《我的世界》《春風與你》。