探索大脑8大奥秘：每天都在用脑，你了解大脑吗？
请先猜一个谜语：每天，我们都要用一样东西，这样东西就在我们身上，但它既看不见也摸不着。如果缺了它，我们就什么事情都干不成。那么请问，这是什么东西？
可能你已经猜到了，没错，它就是我们的大脑！ 我们每时每刻都在用大脑，然而有关大脑的知识，我们却知之甚少。 针对这种情况，上海东方广播中心独家策划了一档有趣的科普节目，叫“创新之问”。该节目内容为普及大脑常识，形式以两方对话为主。最大的亮点是，对话的双方极具反差萌效果。怎么反差萌呢？原来，对话的一方是中国院士、著名神经生物学家 杨雄里 ，而对话的另一方则是 小学生们。
想想看，科学家认真严谨、学识渊博，而小学生们好奇心强、求知欲旺盛，当这两方相遇时，将会碰撞出怎样的火花呢？正如节目组所预料的那样，科学家和小学生们精彩的一问一答，为很多人普及了脑科学常识，受到了人们的高度赞誉。后来，节目组将这期节目的内容进行了重新梳理和编辑，于是，便有了我们今天要分享的这本书 《与中国院士对话·大脑奥秘知多少：大脑奥秘初探》。 这本书曾荣获 “2018年度桂冠童书”奖。
好了，话不多说，现在就让我们来听一听，在脑科学方面，杨院士和小朋友们都聊了些什么吧。
01 大脑由哪些部分组成？
在科学界，许多人都觉得宇宙奥秘最高深莫测。但其实， 人脑的奥秘完全可以与宇宙奥秘相提并论 。世界上任何一台先进的机器，都没有人脑结构复杂。既然人脑这么厉害，那我们就有必要好好认识一下它。
脑位于我们的颅骨腔内， 脑由大脑、小脑和脑干三部分组成 。其中，大脑占脑总重量的85%左右。大脑由左右两个半球组成，两个半球的外层是大脑皮层。 大脑皮层是思维的器官，主导人体内部的一切活动过程。 小脑位于大脑的后下方， 小脑负责控制和平衡人的各种行为 ，比如我们走路、跑步、弹跳等，都是小脑在发挥作用。脑干位于大脑下方， 脑干的主要功能是维持个体生命 ，包括心跳、呼吸、消化等重要功能。
一般情况下，我们说人脑主要指大脑。相较于其他人体器官，大脑的发育过程要复杂得多。 神经元是大脑的基本单位 ，大脑里存在着上千亿个神经元。 神经元之间的连接点，叫做突触 。在胎儿期，脑神经元的数量不断增加。当婴儿出生时，脑的雏形已经基本形成。
很多家长都有这种体会，孩子在两三岁时，学说话学得特别快。为什么呢？原因在于，人在两三岁时脑部发育特别快，大脑能很轻松地接收和模仿信息。正是由于这个特点，两三岁的孩子才会学说话学得快。
02 脑科学界都有哪些巨人？
从历史角度看，脑科学研究之路虽然不长，却充满艰辛。从17世纪开始，科学家们就开始利用解剖学手段研究大脑。到了19世纪，神经元理论破土而出，由此，形成了脑科学的雏形。
在脑科学研究领域，有两位巨人不得不提。 一位是意大利神经解剖学家高尔基。 1873年，高尔基首创新的染色法——高尔基染色法。高尔基染色法能将动物神经细胞的形态清晰地展现出来。这使得人类第一次清楚地看到复杂而精巧的神经元结构。
脑科学的另一位巨人，是西班牙神经科学家卡哈尔，他被誉为 “神经科学之父”。 卡哈尔改进了高尔基染色法，并开创性地提出神经元学说。神经元学说认为，大脑由脑细胞构成，神经元是神经活动的基本单位，神经元之间虽然不直接接触，但它们之间会传递信号。卡哈尔还亲自手绘了神经元的图像。通过这些绘图，人们能看到神经元细胞的模样。
由于在脑科学方面的巨大贡献，高尔基和卡哈尔同时获得1906年诺贝尔生理学奖项。
03 目前都有哪些大脑研究技术？
随着科技的进步，研究大脑的技术也越来越多。说到这里，杨院士分别 从微观和宏观两个角度，给我们介绍几项大脑探测技术。
先说微观方面的两项技术。第一项是电子显微镜技术。这种技术能看清楚神经细胞和突触的精细结构。第二项是电生理技术。这种技术能检测神经细胞活动。哪怕是活动范围小于0.1微米的细微变化，也会被它精准地记录下来。
说完微观方面，再来看探测大脑功能的宏观技术。第一项是脑电图。脑电图技术也是目前应用最广的大脑分析技术。19世纪末，英国医生在动物身上发现了脑电波。此后他们又发现，人在思考和睡眠时，也会产生不同的脑电波。于是，脑电波这一概念第一次进入大众视野。经过一百多年的发展，脑电图分析技术已成为诊断脑部疾病的重要工具。
除了脑电图之外，核磁共振技术是一项重要的脑部检测技术。据统计，截至目前为止，已有十几位科学家因在核磁共振技术领域的突出贡献，而获得了诺贝尔奖、由此可见，核磁共振技术有多厉害。核磁共振技术分为两类，一类是应用核磁共振技术，另一类是功能核磁共振技术。
应用核磁共振技术能在不开刀的情况下，获取人体各种器官的大量信息。用这种探测大脑，可以清晰看到大脑结构和大脑活动。目前，这项技术已被应用于诊断脑梗塞、脑肿瘤、脑外伤等。而功能核磁共振技术则更为简单，它只要通过测量血液的氧含量，就能精确地监测大脑活动。
04 大脑图谱是什么？
然而，当我们在探索大脑奥秘时，光有大脑检测技术还不够，我们还需要一张“大脑地图”。这张大脑地图的专业术语叫“大脑图谱”。 一直以来，绘制大脑图谱都是脑科学研究领域的热点。 你可能会好奇，为什么要绘制大脑图谱呢？这是因为大脑图谱能详细描绘出大脑活动，并标注出负责语言、记忆、情感的各个功能区域。要想对人脑有更深入的认识，就必须要有一张大脑图谱。
绘制大脑图谱的传统技术是，把大脑组织切成薄片，并用特殊的荧光进行染色，之后将这些切片放到电子显微镜下进行研究，并拍摄成照片。但是，用这种方式绘制大脑图谱，不仅费时费力，还特别费钱。于是，科学家们又开始积极寻找新方法。
2016年，美国一个科研团队发明了 神经元条形码技术 。这种技术给每个神经元都配了一个条形码。如果想得到一个神经元的DNA，只需要将这个神经元的所有条形码拼接起来就可以。应该说，这种技术比传统的绘制大脑图谱的技术要高明得多。
05大脑与记忆是什么关系？
大脑素有“ 人类记忆仓库 ”的美称，那么，大脑为什么能记住信息呢？这背后的原理是什么？想找到这些问题的答案，我们还得先从一部老电影说起。
在美国电影《雨人》里，主人公雷蒙是个记忆天才，他能做到对任何事都过目不忘。雷蒙的原型是美国人皮克。虽然皮克患有自闭症，但他拥有超强的记忆力，凡是他看过的东西，98%都能记住。皮克的惊人记忆力激发起科学家研究记忆的热情。
经过研究，科学家们发现， 记忆大致可以分为三类，分别是瞬时记忆、短时记忆和长时记忆 。瞬时记忆能持续两秒左右，短时记忆在一分钟以内，长时记忆会在一分钟以上。
对于正常人而言，年纪越大记忆力越差。然而，病人莫莱森年纪轻轻却常常忘事。后来医生发现，莫莱森的记忆只能持续20秒。莫莱森为什么如此健忘呢？这事还得从他小时候说起。
小时候，一场车祸让莫莱森患上了癫痫。为治疗癫痫，外科医生摘除了他大脑里的一部分海马回组织。手术后，莫莱森的癫痫的确减轻了，但同时，他患上了严重的失忆症，就连刚刚说过的事情都记不住。
莫莱森的失忆现象，引发了神经科学家们的强烈好奇，于是科学家们纷纷开始研究他。而莫莱森呢，由于只有20秒的记忆，于是他总能很耐心地配合科学家们的各种要求，从不厌烦。最终，好脾气让莫莱森成为历史上最著名的病人之一。从莫莱森的例子中，我们不难发现， 大脑里的海马组织和记忆的形成有密切关系。
说完莫莱森，再说回正常人。对于正常人来说，记忆力的好坏取决于两个因素，一是先天遗传，二是后天训练。 记忆的全过程可以分为四个步骤，依次是存取、编码、存储、取回。 人在记忆过程中，会涉会及到很多复杂的机制，只有大脑各部分通力合作，才会记住信息。
尽管记忆力对人至关重要，但我们也应该明白，纯粹的记忆并不构成价值。大脑真正的价值在于，它能帮助我们掌握知识，认识客观事物和解决现实问题。
06“大脑潜能被开发了20%”，这种说法靠谱吗？
现在，社会上各种智力培训课程层出不穷。这些培训抓住了家长们的一个心理需求，那就是，要培养高智商的孩子。
那什么是智商呢？ 智商指，一个人的认知程度与其年龄相符的程度。 人的智商会改变吗？答案是肯定的。人脑具有极强的可塑性，大脑的结构和功能会随着外界环境的刺激而发生改变。一个人只要能不断学习，他的智商就能不断提高。
说到智商，总能让人联想到潜能。今天，世界上很流行一种观点，认为人脑具有无限潜能，目前人脑潜能只被开发了20%左右。杨院士认为，这种说法很值得商榷。为什么？因为我们谁也不知道，人脑开发到100%是怎样的情况。既然是这样，那又凭什么说，目前人脑只开发了20%呢？所以杨院士认为，“人脑能开发到百分之几”这种观点并不科学。
07 换头术存在哪些风险？
虽然人类对大脑的认识还很有限，但科学家对脑科学的探索从未止步。近几年，脑科学界涌现出了不少奇闻异事。比如2017年，一则换头术新闻就引发了全球网友热议。怎么回事呢？原来，意大利神经外科医生卡纳韦罗希望能做世界上第一例人类换头手术。这个想法听上去很惊悚吧？可真就有人愿意当试验品。这个人是俄罗斯的一位程序员，他因为先天患有脊髓肌肉萎缩疾病，所以只能长期坐轮椅。这位程序员相信，通过实施换头术，自己就能重新站起来。于是医生和病人一拍即合，准备进行换头术。但后来，换头手术并没有实施。
为什么呢？因为 换头术面临着两大问题，第一是伦理问题 ，假设给张三换上李四的头，那么问题来了：现在这个人到底是张三还是李四？ 第二是生理排异问题 ，换头术之后，病人体内会发生强烈的排异反应。如果处理不当，病人将有生命危险。由此可知，换头术能否在人身上实施，还有待时间来给出答案。
08 未来脑科学研究的趋势是什么？
进入21世纪后， 人工智能已成为脑科学研究的新趋势 。人工智能，简称AI，它是研究、开发和模拟人类智能的新理论和新技术。近几年，人工智能一直是科技界的热门话题，围绕人工智能的大讨论也从未中断过。
2017年，我国围棋顶尖高手柯洁挑战人工智能AlphaGo，结果却连输三局。这个结果让很多人大跌眼镜。其实这也难怪，因为从表面看，AlphaGo是一台机器，但实际上，它背后站着一群世界顶尖的科学家。说到底， 与柯洁对阵的并非是一台机器，而是一大群智力超群的科学家 。这么看来，柯洁的失败也在情理之中。然而有趣的是，在战胜柯洁后不久，AlphaGo也跌下了冠军宝座。打败它的不是人类，而是新一代人工智能AlphaZero。
面对柯洁惨败AlphaGo这一事实，人们开始对人工智能产生强烈恐惧。于是，越来越多人们开始担心，未来人工智能会不会抢走我们的饭碗？目前，各国科学家都在积极研究如何应对这种挑战。
总的来说，今天的脑科学研究还主要聚焦在细胞和分子层面。对于脑的高级功能，比如思维、情感、意识等，我们的认识还非常肤浅。 人脑是精神活动的器官，而精神活动的最大特点就是变幻莫测 。思维每时每刻都在变化这一特性，给研究大脑带来很大难度。然而，对于我们人类而言，越是未知的领域，越是能激发我们的探索欲。
21世纪是脑科学的世纪，研究大脑已成为当前最具挑战性的科学问题。正如现代脑科学奠基人卡哈尔所说，“ 只要大脑的奥秘尚未大白于天下，宇宙就仍将是一个谜 。” 在未来，脑科学又会带来哪些研究成果呢？我们将拭目以待。
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