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我们给爱因斯坦的大脑做了解剖,结果发现……

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撰文 / 侯安山 (中国法医学会科普部)

绘图 / 骆玫

大脑就像是理解人类行为的一把钥匙。从早期的颅相学到如今的脑成像技术;从还是一个胚胎时的渺小,到发展出复杂的脑世界,脑科学可谓是包罗万象。经过千百年的观察和实践,科学家们发现这个由脂肪和蛋白质组成的器官是宇宙中极为复杂精妙的系统之一。医学家和生物学家对复杂的脑结构和神奇的脑功能着迷,对脑科学的探索虽然异常艰辛,却始终兴趣不减。


01

爱因斯坦的大脑与常人有何不同?

与人体其他组织器官相比较,脑形态学结构研究的最大难点是脑的各个功能区(神经中枢)相互融合接连,其间并没有一个明晰可辨的解剖学分界。至今人们对脑的若干功能区,如运动(肢体运动)、感觉(视、听、味、嗅、触、热、冷、疼、痒)相应中枢只能大致定位。至于脑的结构和功能之间的关系研究,仍处于空白状态。



如今,当人们形容一个天才,总不可避免诉诸“智商”。智商测定也成为人脑功能评价的常用指标。当病理学家在对爱因斯坦的大脑进行观察研究时,在细胞学层面上,他们并没有找到爱因斯坦的脑组织与普通人的脑组织有任何形态学上的不同。同样,人们在对精神分裂症患者大脑的组织学和生物化学分析研究中,也未能找出与正常人的不同点。科学家一致认为两者一定存在某种形式的差别,只是到现在仍没有找到而已。

02

当人脑赋能电脑

过去一个多世纪以来,脑科学研究的主要进展是理解神经信息在神经网络中传递和处理的基本原理。近年来,随着分子生物学和生理学新技术的加入,人们在人类学、生物学、医药学、仿生学、人工智能等领域对人脑的研究手段有了极大的提升,已经跨入人脑和电脑互通互联,相互研究探索、模仿借鉴的新阶段。


电脑是人脑开发的,故而电脑和人脑也就有许多相似之处。人脑60%的有形成分是脂肪,为脑细胞提供支撑和保护。意识和思维功能的基本单元是脑组织中的数百亿个神经细胞。而电脑运算功能的基本单元是集成电路上(芯片上)数十亿的晶体管。

人脑和电脑效能的显著区别是人们可以将芯片无限量的组装成超级电脑,却不能将更多的神经细胞植入人的脑组织中去。但是人们可以将一个课题交给成千上万的人来做,这也就相当于组成了一台超级电脑。

人脑细胞之间的联系靠神经纤维,电脑晶体管之间的联系则是导电线路。

但人脑和电脑又有一个共同点,即神经纤维和导电线路中的信号传递的介质都是电子。所以人们可以使用电位传感器将人体多个器官的生理电位变化用示波器描绘出来,然后根据相关器官的生理和病理特点,进行诊断分析。人们还可以将具有穿透能力的X射线、磁力线或超声波、红外线等进行发射,并将它们穿过人体不同密度组织中的微细变化信号提取出来。再利用计算机强大的逻辑运算能力,合成二维图像。如头颅X线数字显影(DR)、计算机断层扫描/血管造影(CT/CTA)、磁共振成像(MRI)等检查图像。其清晰度已接近甚至超过肉眼直接观察的程度,解决了对活体样本无法进行无创性观测的难题。电脑作为人类脑力劳动的工具,大大延伸与扩大了人类的智能活动范围,电脑已经渗入到人类社会生活的各个方面,对社会生产和进步起到巨大的推动作用。

03

人脑只开发了10%?

人脑对电脑的科学研究成果,也加快以电脑为载体的人工智能研究。人们利用算法学习,监督学习等培训手段,使电脑初步具备了对形、声、温、位、动等外界环境的感知和分析判断能力,以及对人的语言、动作、文字指令的响应能力等。


将人脑与现代电脑做比较,那就是两者一出世都被赋予了极大的储备能力。普通人的大脑利用了10%左右,而一部高端手机,多数人能开发利用的功能也就20%。也就是说,无论是电脑还是人脑,都还保有很多功能作为备份或代偿的能力,有待于开发利用。

从遗传学的角度讲,智商高低确实与基因遗传有直接的关系。相当于父母送给孩子的手机,有的是128G的,有的是256G的,表面看后者是前者的2倍。但是,功能的发挥是需要用软件来支撑的(相当于人脑的学习和训练),没有足够多的性能优异的软件和数据的导入,存储量再大的电脑也只是一个金属、硅片和塑料的堆积体。同理,没有后天的刻苦学习和训练,再聪明的人也只是一个骨骼和血肉的堆积体。

大脑的复杂性让人类拥有了智慧,探究大脑成为全世界科学家努力抵达的“终极疆域”。

本文来自《知识就是力量》杂志,原标题《方兴未艾的脑科学》,作者候安山 ,有删改,原创作品转载请注明来源。


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