探索大腦8大奧秘：每天都在用腦，你瞭解大腦嗎？

文/諸神的恩寵

請先猜一個謎語：每天，我們都要用一樣東西，這樣東西就在我們身上，但它既看不見也摸不著。如果缺了它，我們就什麼事情都幹不成。那麼請問，這是什麼東西？

可能你已經猜到了，沒錯，它就是我們的大腦！

我們每時每刻都在用大腦，然而有關大腦的知識，我們卻知之甚少。

針對這種情況，上海東方廣播中心獨家策劃了一檔有趣的科普節目，叫“創新之問”。該節目內容為普及大腦常識，形式以兩方對話為主。最大的亮點是，對話的雙方極具反差萌效果。怎麼反差萌呢？原來，對話的一方是中國院士、著名神經生物學家

楊雄裡

，而對話的另一方則是

小學生們。

想想看，科學家認真嚴謹、學識淵博，而小學生們好奇心強、求知慾旺盛，當這兩方相遇時，將會碰撞出怎樣的火花呢？正如節目組所預料的那樣，科學家和小學生們精彩的一問一答，為很多人普及了腦科學常識，受到了人們的高度讚譽。後來，節目組將這期節目的內容進行了重新梳理和編輯，於是，便有了我們今天要分享的這本書

《與中國院士對話·大腦奧秘知多少：大腦奧秘初探》。

這本書曾榮獲

“2018年度桂冠童書”獎。

好了，話不多說，現在就讓我們來聽一聽，在腦科學方面，楊院士和小朋友們都聊了些什麼吧。

01 大腦由哪些部分組成？

在科學界，許多人都覺得宇宙奧秘最高深莫測。但其實，

人腦的奧秘完全可以與宇宙奧秘相提並論

。世界上任何一臺先進的機器，都沒有人腦結構複雜。既然人腦這麼厲害，那我們就有必要好好認識一下它。

腦位於我們的顱骨腔內，

腦由大腦、小腦和腦幹三部分組成

。其中，大腦佔腦總重量的85%左右。大腦由左右兩個半球組成，兩個半球的外層是大腦皮層。

大腦皮層是思維的器官，主導人體內部的一切活動過程。

小腦位於大腦的後下方，

小腦負責控制和平衡人的各種行為

，比如我們走路、跑步、彈跳等，都是小腦在發揮作用。腦幹位於大腦下方，

腦幹的主要功能是維持個體生命

，包括心跳、呼吸、消化等重要功能。

一般情況下，我們說人腦主要指大腦。相較於其他人體器官，大腦的發育過程要複雜得多。

神經元是大腦的基本單位

，大腦裡存在著上千億個神經元。

神經元之間的連線點，叫做突觸

。在胎兒期，腦神經元的數量不斷增加。當嬰兒出生時，腦的雛形已經基本形成。

很多家長都有這種體會，孩子在兩三歲時，學說話學得特別快。為什麼呢？原因在於，人在兩三歲時腦部發育特別快，大腦能很輕鬆地接收和模仿資訊。正是由於這個特點，兩三歲的孩子才會學說話學得快。

02 腦科學界都有哪些巨人？

從歷史角度看，腦科學研究之路雖然不長，卻充滿艱辛。從17世紀開始，科學家們就開始利用解剖學手段研究大腦。到了19世紀，神經元理論破土而出，由此，形成了腦科學的雛形。

在腦科學研究領域，有兩位巨人不得不提。

一位是義大利神經解剖學家高爾基。

1873年，高爾基首創新的染色法——高爾基染色法。高爾基染色法能將動物神經細胞的形態清晰地展現出來。這使得人類第一次清楚地看到複雜而精巧的神經元結構。

腦科學的另一位巨人，是西班牙神經科學家卡哈爾，他被譽為 “神經科學之父”。

卡哈爾改進了高爾基染色法，並開創性地提出神經元學說。神經元學說認為，大腦由腦細胞構成，神經元是神經活動的基本單位，神經元之間雖然不直接接觸，但它們之間會傳遞訊號。卡哈爾還親自手繪了神經元的影象。透過這些繪圖，人們能看到神經元細胞的模樣。

由於在腦科學方面的巨大貢獻，高爾基和卡哈爾同時獲得1906年諾貝爾生理學獎項。

03 目前都有哪些大腦研究技術？

隨著科技的進步，研究大腦的技術也越來越多。說到這裡，楊院士分別

從微觀和宏觀兩個角度，給我們介紹幾項大腦探測技術。

先說微觀方面的兩項技術。第一項是電子顯微鏡技術。這種技術能看清楚神經細胞和突觸的精細結構。第二項是電生理技術。這種技術能檢測神經細胞活動。哪怕是活動範圍小於0。1微米的細微變化，也會被它精準地記錄下來。

說完微觀方面，再來看探測大腦功能的宏觀技術。第一項是腦電圖。腦電圖技術也是目前應用最廣的大腦分析技術。19世紀末，英國醫生在動物身上發現了腦電波。此後他們又發現，人在思考和睡眠時，也會產生不同的腦電波。於是，腦電波這一概念第一次進入大眾視野。經過一百多年的發展，腦電圖分析技術已成為診斷腦部疾病的重要工具。

除了腦電圖之外，核磁共振技術是一項重要的腦部檢測技術。據統計，截至目前為止，已有十幾位科學家因在核磁共振技術領域的突出貢獻，而獲得了諾貝爾獎、由此可見，核磁共振技術有多厲害。核磁共振技術分為兩類，一類是應用核磁共振技術，另一類是功能核磁共振技術。

應用核磁共振技術能在不開刀的情況下，獲取人體各種器官的大量資訊。用這種探測大腦，可以清晰看到大腦結構和大腦活動。目前，這項技術已被應用於診斷腦梗塞、腦腫瘤、腦外傷等。而功能核磁共振技術則更為簡單，它只要透過測量血液的氧含量，就能精確地監測大腦活動。

04 大腦圖譜是什麼？

然而，當我們在探索大腦奧秘時，光有大腦檢測技術還不夠，我們還需要一張“大腦地圖”。這張大腦地圖的專業術語叫“大腦圖譜”。

一直以來，繪製大腦圖譜都是腦科學研究領域的熱點。

你可能會好奇，為什麼要繪製大腦圖譜呢？這是因為大腦圖譜能詳細描繪出大腦活動，並標註出負責語言、記憶、情感的各個功能區域。要想對人腦有更深入的認識，就必須要有一張大腦圖譜。

繪製大腦圖譜的傳統技術是，把大腦組織切成薄片，並用特殊的熒光進行染色，之後將這些切片放到電子顯微鏡下進行研究，並拍攝成照片。但是，用這種方式繪製大腦圖譜，不僅費時費力，還特別費錢。於是，科學家們又開始積極尋找新方法。

2016年，美國一個科研團隊發明了

神經元條形碼技術

。這種技術給每個神經元都配了一個條形碼。如果想得到一個神經元的DNA，只需要將這個神經元的所有條形碼拼接起來就可以。應該說，這種技術比傳統的繪製大腦圖譜的技術要高明得多。

05大腦與記憶是什麼關係？

大腦素有“

人類記憶倉庫

”的美稱，那麼，大腦為什麼能記住資訊呢？這背後的原理是什麼？想找到這些問題的答案，我們還得先從一部老電影說起。

在美國電影《雨人》裡，主人公雷蒙是個記憶天才，他能做到對任何事都過目不忘。雷蒙的原型是美國人皮克。雖然皮克患有自閉症，但他擁有超強的記憶力，凡是他看過的東西，98%都能記住。皮克的驚人記憶力激發起科學家研究記憶的熱情。

經過研究，科學家們發現，

記憶大致可以分為三類，分別是瞬時記憶、短時記憶和長時記憶

。瞬時記憶能持續兩秒左右，短時記憶在一分鐘以內，長時記憶會在一分鐘以上。

對於正常人而言，年紀越大記憶力越差。然而，病人莫萊森年紀輕輕卻常常忘事。後來醫生髮現，莫萊森的記憶只能持續20秒。莫萊森為什麼如此健忘呢？這事還得從他小時候說起。

小時候，一場車禍讓莫萊森患上了癲癇。為治療癲癇，外科醫生摘除了他大腦裡的一部分海馬迴組織。手術後，莫萊森的癲癇的確減輕了，但同時，他患上了嚴重的失憶症，就連剛剛說過的事情都記不住。

莫萊森的失憶現象，引發了神經科學家們的強烈好奇，於是科學家們紛紛開始研究他。而莫萊森呢，由於只有20秒的記憶，於是他總能很耐心地配合科學家們的各種要求，從不厭煩。最終，好脾氣讓莫萊森成為歷史上最著名的病人之一。從莫萊森的例子中，我們不難發現，

大腦裡的海馬組織和記憶的形成有密切關係。

說完莫萊森，再說回正常人。對於正常人來說，記憶力的好壞取決於兩個因素，一是先天遺傳，二是後天訓練。

記憶的全過程可以分為四個步驟，依次是存取、編碼、儲存、取回。

人在記憶過程中，會涉會及到很多複雜的機制，只有大腦各部分通力合作，才會記住資訊。

儘管記憶力對人至關重要，但我們也應該明白，純粹的記憶並不構成價值。大腦真正的價值在於，它能幫助我們掌握知識，認識客觀事物和解決現實問題。

06“大腦潛能被開發了20%”，這種說法靠譜嗎？

現在，社會上各種智力培訓課程層出不窮。這些培訓抓住了家長們的一個心理需求，那就是，要培養高智商的孩子。

那什麼是智商呢？

智商指，一個人的認知程度與其年齡相符的程度。

人的智商會改變嗎？答案是肯定的。人腦具有極強的可塑性，大腦的結構和功能會隨著外界環境的刺激而發生改變。一個人只要能不斷學習，他的智商就能不斷提高。

說到智商，總能讓人聯想到潛能。今天，世界上很流行一種觀點，認為人腦具有無限潛能，目前人腦潛能只被開發了20%左右。楊院士認為，這種說法很值得商榷。為什麼？因為我們誰也不知道，人腦開發到100%是怎樣的情況。既然是這樣，那又憑什麼說，目前人腦只開發了20%呢？所以楊院士認為，“人腦能開發到百分之幾”這種觀點並不科學。

07 換頭術存在哪些風險？

雖然人類對大腦的認識還很有限，但科學家對腦科學的探索從未止步。近幾年，腦科學界湧現出了不少奇聞異事。比如2017年，一則換頭術新聞就引發了全球網友熱議。怎麼回事呢？原來，義大利神經外科醫生卡納韋羅希望能做世界上第一例人類換頭手術。這個想法聽上去很驚悚吧？可真就有人願意當試驗品。這個人是俄羅斯的一位程式設計師，他因為先天患有脊髓肌肉萎縮疾病，所以只能長期坐輪椅。這位程式設計師相信，透過實施換頭術，自己就能重新站起來。於是醫生和病人一拍即合，準備進行換頭術。但後來，換頭手術並沒有實施。

為什麼呢？因為

換頭術面臨著兩大問題，第一是倫理問題

，假設給張三換上李四的頭，那麼問題來了：現在這個人到底是張三還是李四？

第二是生理排異問題

，換頭術之後，病人體內會發生強烈的排異反應。如果處理不當，病人將有生命危險。由此可知，換頭術能否在人身上實施，還有待時間來給出答案。

08 未來腦科學研究的趨勢是什麼？

進入21世紀後，

人工智慧已成為腦科學研究的新趨勢

。人工智慧，簡稱AI，它是研究、開發和模擬人類智慧的新理論和新技術。近幾年，人工智慧一直是科技界的熱門話題，圍繞人工智慧的大討論也從未中斷過。

2017年，我國圍棋頂尖高手柯潔挑戰人工智慧AlphaGo，結果卻連輸三局。這個結果讓很多人大跌眼鏡。其實這也難怪，因為從表面看，AlphaGo是一臺機器，但實際上，它背後站著一群世界頂尖的科學家。說到底，

與柯潔對陣的並非是一臺機器，而是一大群智力超群的科學家

。這麼看來，柯潔的失敗也在情理之中。然而有趣的是，在戰勝柯潔後不久，AlphaGo也跌下了冠軍寶座。打敗它的不是人類，而是新一代人工智慧AlphaZero。

面對柯潔慘敗AlphaGo這一事實，人們開始對人工智慧產生強烈恐懼。於是，越來越多人們開始擔心，未來人工智慧會不會搶走我們的飯碗？目前，各國科學家都在積極研究如何應對這種挑戰。

總的來說，今天的腦科學研究還主要聚焦在細胞和分子層面。對於腦的高階功能，比如思維、情感、意識等，我們的認識還非常膚淺。

人腦是精神活動的器官，而精神活動的最大特點就是變幻莫測

。思維每時每刻都在變化這一特性，給研究大腦帶來很大難度。然而，對於我們人類而言，越是未知的領域，越是能激發我們的探索欲。

21世紀是腦科學的世紀，研究大腦已成為當前最具挑戰性的科學問題。正如現代腦科學奠基人卡哈爾所說，“

只要大腦的奧秘尚未大白於天下，宇宙就仍將是一個謎

。” 在未來，腦科學又會帶來哪些研究成果呢？我們將拭目以待。