探索生命：大脑神经是如何运作的

关于大脑的运作，一直以来是科学界的谜。大脑运作是怎么回事呢？我们可以根据现有的研究和想象力，来了解一下。

首先大脑的进化，我们可以得出以下几点。

1、大脑是由单细胞进化而来的。

2、大脑是长时间的产物，形状结构越来越复杂，脑容量不断增加。

3、大脑神经元彼此相连。

左图为神经元连接示意图。

神经元是由细胞体、树突和轴突三部分组成。细胞体是神经元的主体部分，包括核、胞质和细胞器。树突是神经元的输入处，其主要功能是接收来自其他神经元或感觉器官的信号。轴突则是神经元的输出处，通过轴突传递信号，它连接了大量的神经元和神经肌肉接头。神经元与其他神经元之间的连接称为突触。
大脑神经元不断展开分支，彼此相连。随着不断地增加，隆起，形成人类复杂的神经森林。这种隆起的情况，一定是受到颅腔的空间影响，直接影响了大脑的形状。

大脑由此从扁平到弯曲，再到分区，区又分开沟壑。就这样不断进化，形成现在的大脑。

大脑的信息的传递是神经元利用神经网络，通过电流和化学刺激来沟通的，从而使得身体做出反应。

左图为神经网络图。

神经元彼此沟通，并不接触。把神经元拉近看，我们可以看到一个小缝隙隔开了分支，我们称之为神经键。

这是一种信息从一个神经元传递到另一个神经元的过渡带。如果一个信息来自一个神经元的小液囊储存分子，受到刺激，液囊释放出分子，穿过细胞薄膜，到达神经键缝隙。受电震就发出信号，接收神经元进入的分子，而这种接收是特定的，有选择的。电震产生化学变化再产生电震，这样的简单事件串联，就是大脑运作的基础活动。

我们的大脑之所以复杂，就是因为这样的活动。人类大脑有大约一千亿个神经元，每一个神经元就像是大生产线上的作业员。他们处理信号并配合神经元接收和传送信息。1000亿个神经元乘以5万个连接，你可以想象一下，是多少奇妙，宏伟和巨大的系统。神经元本身并不聪明，也无意识。但是1000亿个神经元在一个固定的颅内，组成复杂的结构，并且以让我们难以捕捉和协作的方式运作，这就是使得我们人类能够有想象力的思考，有意识的活动。

近日哈佛大学神经科学家和谷歌工程师，发布了第一张人类大脑部分的神经网络连接图，大约针头大小的人类大脑组织用重金属染色，切成5,000片，并在电子显微镜下成像。虽然这立方毫米的组织仅占整个人类大脑的百万分之一。但是，描绘它的神经细胞、血管等大量数据量达到1.4 PB（计算机存储单位1.4 PB=1024TB）。

左图为科研人员采用了5种颜色区分不同的突触。大脑的每一个神经元都与其他神经元之间会有数十个至上千的连接，但并非每个连接都是重要的，因为在这个庞大的网络中神经元与其他神经元建立了数千个连接通常具有重叠替代功能。这就是为什么有些人中风会导致数以千计的神经元消失而不会失去记忆。

左图为神经连接示意图。

人类大脑的神经元连接结构如此复杂，860 亿个神经元，每一个神经元都与其他神经元之间会有数十个至上千的连接，甚至于神经元的连接也有可能拓展至量子领域，计算这种网络结构的复杂性已经不亚于天文学和量子力学的计算量，这也是人类大脑可以用无数种方式做事的根本原因。大象大脑的大小是人类的三倍，大象的小脑中有2510亿个神经元，负责管理巨大的躯干，而皮质层中仅有56亿个，不足人类三分之一。灵长类动物可以将比其他哺乳动物将更多的神经元装入大脑皮层，例如与大象和鲸鱼相比，类人猿大脑很小，但它们的皮质却要密集得多，猩猩和大猩猩有90亿个皮质神经元，黑猩猩有60亿个。

人类的大脑在皮质层中拥有160 亿个神经元，远比地球上任何其他物种都要多。这是人类和非人类大脑之间最明显的区别。大脑的智能程度与大脑架构有关，而不仅仅是重量和大小。

从远古至今，每一个生物，每个人类，我们不是生来就具有如此完备的神经系统。我们仅仅是靠生活经验和成长经历来塑造他们。在子宫中的婴儿，大脑便开始运转。他的神经元以惊人的速度倍增，前几个月便有2000亿个。其实这已经是过度生产，但这就是生物的生存本能。孩子出生后，会有一半脑细胞死掉，而活的那一半开始工作。

婴儿出生极不成熟，需要不断发展，才能更好与外界沟通。这就说明智慧这样的东西，不是与生俱来，而是后天成就的。所以一个人的命是先天重要还是后天重要，就不言而喻了。

很显然，大脑是我们的最大的财富，从一出生大脑就在运转，并不断发展，变化。那到底是什么创造了如此神奇的大脑。答案是：我们周围的一切。准确地说的是以前的一切和现在的一切，所以从一定意义上来说，你已经活了几百万年了。

我们的基因提供神经元连接的参数，他们制定某种根基。但大部分的神经连接，即大脑活动的基础，是由我们的外在世界塑造的。这就是为什么每个人的指纹不同，每个人的性格不同……即使是双胞胎，他们的外在世界，看到的东西也会不同。

他在看蚂蚁的时候，另一个人在看蝴蝶，脑中的反应能一样吗？所以遗传和环境塑造了我们的大脑。这也是为什么孩子接受新事物的能力要强于成人。孩童的神经元更有活力，不固定。

大脑进化已经形成特定的功能区，但是这样的功能区又彼此沟通，互动，才使得我们更好地处理问题和生存！关于划分特定功能区，有这样的故事，大家可以了解一下。

1861年，有位病人来到巴黎一家医院，不停地说音节“Tan”。他的医生保罗。布洛卡发现此人完全能够听懂别人说话，他只是说不出来，除了“Tan”这个音节。当病人几天后意外死亡时，布洛卡解剖了他的大脑，发现了一小处损伤，在左额叶处。这使得布洛卡得出结论，此大脑区域与语言产生有关。

那时，科学家们才刚刚接受新观点，即我们依靠大脑来思考，而不是心脏。有些很残忍的动物实验，向他们证实大脑的不同区域有不同的功能。布洛卡的损伤定位法似乎为绘制人脑功能分区提供了方法。医生们找到有特定认知缺陷的病人，并将这些缺陷与病人大脑的受损部分联系起来。从这些病人中，医生们推论出海马体形成新记忆，恐惧源自杏仁核，我们通过梭状回面孔区辨识人脸。

但是，以下两者仍存在很大区别。将大脑特定区域与特定心智活动联系起来和证明大脑的那一区域确实主导该心智活动。毫无疑问，上世纪九十年代发明功能性共振成像仪，来追踪大脑活动的即时变化之时，之前的大脑功能分区定位迅速瓦解。

首先，大脑相当可观的区域，似乎在每次大脑运行时都会被激活。这预示着，即使是最基本的心智活动，也需要大脑区域协调配合。我们发现这一协调机制有赖于长距离沟通神经纤维网络。事实上，这些纤维的损伤能够解释，为什么有些人的布洛卡区完好无损却不能说话。沟通神经网络还能够解释，为什么有些人的布洛卡区有损伤，却能够说话，因为我们已经证实，神经纤维可以将布洛卡区的工作重新连接到大脑其他区域。

但是，和刚才的问题类似，仅因为大脑特定区域在特定心智活动中显示高强度信号，并不能必然证明大脑此区域是该心智活动的关键。换句话说，磁共振成像方法得出的脑显像，与损伤定位法有同样的问题。幸运的是，我们可以通过结合这两种方法来解决这一问题。

最近，研究人员对一百八十二人的大脑损伤进行扫描，其中大部分是有弹片伤的士兵，并让他们进行一系列的心智活动。然后，研究人员将所有扫描图像综合起来，以查看实验主体进行心智活动时，大脑哪部分区域一直处于活跃状态，以及不能进行某项心智活动时，哪部分区域一直未活动。结果是，现在我们得到了大脑功能分区图，显示大脑哪些区域合力帮助我们完成心智活动，例如理解语言，解谜以及记忆。

大脑有八大功能区

①思考功能区——主要控制人的想象力、思维及意识的脑区域。

②情感功能区——表达喜怒哀乐等控制人的情绪表现的脑区域。

③传达功能区——是通过与外界交流，来获得信息传达的脑区域。

④理解功能区——理解外界所带来的信息，积攒经验的脑区域。

⑤运动功能区——协调整个身体的行为及运动的脑区域。

⑥听觉功能区——把所听到的信息，传递给大脑的脑区域。

⑦ 视觉功能区——把所看到的信息，传递给大脑的脑区域。

⑧ 记忆功能区——用来积攒信息，并能掌握，进行熟练运用的脑区域。

但即使有了这些分区图，我们的大脑仍留下了很多值得思索的问题。例如我们可能永远不知道，为什么布洛卡的病人只能说“Tan”，而不能说其他音节。或者他是不是想告诉我们其他事。

总结：神经元通信的方式是电化学传递，而这种传输是基于离子浓度梯度变化所造成的。树突上的离子通道控制离子进出，在吸收足够的刺激后，细胞膜离子通道关闭，电位发生快速变化形成动作电位。动作电位通过轴突向末梢传递，末梢释放神经递质分子进入突触间隙。神经递质分子被传递到后方的神经元树突上的受体中，再次刺激该神经元发生动作电位，形成正反馈回路。整个过程可以形象地比作多米诺骨牌效应。

摘自独立学者，作家灵遁者作品《探索生命》

作者简介：灵遁者，中国独立学者。原名王银，陕西绥德县人。1988年出生，现居西安。哲学家，艺术家，作家。代表作品《触摸世界》《行者乾坤》《探索生命》《变化》《相观天下》《手诊面诊色诊大全》《笔有千钧》《非线性波动》《见微知著》《探索宇宙》《伟大的秘密》《自卑之旅》《云淡风清》《我的世界》《牙牙学语》等。其作品朴实大胆，富有新意。

个人座右铭：生命在于运动，更在于探索。

灵遁者热读书籍有：科普五部曲，国学三部曲，散文小说五部曲。

科普五部曲分别为：《变化》《见微知著》《探索生命》《重构世界》《观自在大千世界》。

国学三部曲分别为：《相观天下》《手诊面诊色诊大观园》《朴易天下》。

散文小说五部曲分别为：《伟大的秘密》《非线性波动》《从今往后》，

《云淡风轻》《我的世界》《春风与你》。