網(wǎng)易探索12月30日?qǐng)?bào)道 理解一件機(jī)器工作原理的最好辦法就是親自動(dòng)手建造它，在建造的過(guò)程中你就能完全明白其中的原理。你是否想弄清楚人的大腦是怎樣工作的——這聽(tīng)上去像是個(gè) “不可能完成的任務(wù)”，但是實(shí)際上大腦每天都在進(jìn)行自我建造的工作。如果你真的想“制作”一個(gè)人的大腦，看看下面的這七個(gè)“簡(jiǎn)單”的步驟，也許會(huì)對(duì)你“DIY一個(gè)大腦”有幫助：

1.搞清楚建造大腦所用的“基礎(chǔ)材料”

在開(kāi)始之前，你首先應(yīng)該理解其中復(fù)雜的建筑學(xué)構(gòu)造。德國(guó)杜賓根（Tubingen）大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)家貝恩得（Bernd ）和他的同事們利用電子顯微鏡“畫(huà)出”了一個(gè)神經(jīng)元蜘蛛網(wǎng)式的細(xì)胞骨架。

神經(jīng)元的細(xì)胞骨架由一條條絲狀的蛋白質(zhì)組成，當(dāng)一個(gè)神經(jīng)元向其他神經(jīng)元發(fā)送“信息”時(shí)，這些絲狀蛋白質(zhì)會(huì)不停的收縮和伸展，從而達(dá)到在彼此神經(jīng)元之間建立聯(lián)結(jié)與斷開(kāi)聯(lián)結(jié)的目的。圖1所示的神經(jīng)元來(lái)自一只老鼠的海馬體（hippocampus），它是大腦中記憶組成非常重要的一部分，人類(lèi)大腦中的海馬體的形成過(guò)程和其十分相似。

2.將大腦中的神經(jīng)元進(jìn)行配對(duì)

神經(jīng)元用它們長(zhǎng)長(zhǎng)的“手臂”彼此相互連接。這些“手臂”彼此之間位置非常緊密，其間隔只有20毫微米，所以當(dāng)你在把大腦中的這些神經(jīng)元組合起來(lái)的時(shí)候，一定要格外小心。

細(xì)胞之間的微小空隙叫做突觸（synapses），蛋白質(zhì)分子“指揮”神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)來(lái)回的傳遞信息。圖2顯示的是一只老鼠小腦中的神經(jīng)元，其被染成了綠色；紅色的部分表明其現(xiàn)在正在與別的神經(jīng)元“互通信息”。每個(gè)細(xì)胞都有一個(gè)軸突（即圖2中左邊綠色的“尾巴”），它可以將神經(jīng)脈沖傳遞給另外一個(gè)樹(shù)突。

英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院(University College London)的兩位科學(xué)家邁克爾（Michael）和貝弗利（Beverly）利用這張圖做為他們研究的一部分，他們的研究課題是細(xì)胞如何將其他神經(jīng)元發(fā)出的信息轉(zhuǎn)變成計(jì)劃和草案以傳送更多的信息。

3.“網(wǎng)絡(luò)化”

由于下面的步驟是“裝配”好“線路”，這些“線路”能夠使得數(shù)十億計(jì)的腦細(xì)胞支持復(fù)雜的對(duì)話，所以“制作大腦”的步驟也將越來(lái)越難。圖3顯示的是老鼠小腦里神經(jīng)元所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖中明亮的白點(diǎn)是浦肯野細(xì)胞(Purkinje cell)，這種大型神經(jīng)元可以協(xié)調(diào)動(dòng)物們某些復(fù)雜的行為。圖中白點(diǎn)周?chē)乃霠钗锲鋵?shí)是由樹(shù)突構(gòu)成的，而軸突聚集在小腦深處的中部，其可以向外發(fā)送更多的信號(hào)。邁克爾發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞會(huì)反復(fù)地發(fā)送電子脈沖的同步化波，就像是在“演練”如何與大腦其他部分進(jìn)行銜接。

4.安裝“管道”

為了在大腦里可以傳送血液，你需要安裝各種直徑和長(zhǎng)度的“管道”。圖4顯示的是一只活著的老鼠的大腦皮層的圖像，面積為1平方毫米，從這張圖上我們可以看到沿著表面分部的血管延伸至存在于大腦內(nèi)部的毛細(xì)血管。

美國(guó)加利福尼亞大學(xué)大學(xué)的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家安迪·史（Andy Shih）利用一種圖像技術(shù)測(cè)量血管的直徑，并且追蹤記錄血液流動(dòng)的速度——血流的速度總是變化的，它取決于本地神經(jīng)元對(duì)其的需求。

5.引進(jìn)支持

當(dāng)完成所有神經(jīng)元的連接之后，你還是需要很多所謂的“大腦膠水”——神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（neuroglia），其與神經(jīng)元的數(shù)量比為10比1。最近幾年，科學(xué)家開(kāi)始意識(shí)到這種細(xì)胞的重要性，特別是其中格外神秘的被稱作星型膠質(zhì)細(xì)胞（astrocyte）的細(xì)胞。

神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞維持著大腦中血液的屏障，這層屏障能夠保護(hù)大腦免受周?chē)h(huán)性分子的侵襲。

通過(guò)利用鈣離子進(jìn)行相互的“談話”，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞也形成了自己專(zhuān)屬的“通信網(wǎng)絡(luò)”。像神經(jīng)元一樣，它們也能夠接受和釋放神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)。

6.對(duì)“環(huán)路”進(jìn)行微調(diào)

上圖顯示的是當(dāng)你的大腦中所有的神經(jīng)元都處在正確的位置時(shí)大腦的樣子。此時(shí)，處在視覺(jué)皮質(zhì)不同層面的細(xì)胞顯示出不同的顏色：亮粉、黃色、藍(lán)——顏色的不同取決于這些細(xì)胞在大腦中所處的深度。

來(lái)自麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)與記憶學(xué)院的研究人員利用這張圖對(duì)大腦不斷進(jìn)行的“自我改造”、接受新的記憶以及學(xué)習(xí)新的內(nèi)容等過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。

7.增加新的部分

一旦大腦“制作”完成并開(kāi)始“運(yùn)行”，它會(huì)不斷的產(chǎn)生新的神經(jīng)元。即使在成人時(shí)期，大腦還是在產(chǎn)生新的神經(jīng)元，它們有的會(huì)代替老的細(xì)胞，有的則會(huì)成為增加新的內(nèi)容。

大腦中有兩部分的生殖能力相當(dāng)旺盛：齒狀回區(qū)（dentate gyrus）的細(xì)胞和大腦嗅球（olfactory bulb）。圖7顯示的是老鼠的大腦嗅球的橫截面，圖中綠色的部分代表相較“年輕”的細(xì)胞，它們形成于動(dòng)物的成人時(shí)期。

科學(xué)家們通過(guò)研究還發(fā)現(xiàn)——沒(méi)有了新生細(xì)胞，大腦將逐漸喪失其功能。

8.大功告成

如果“制作”好了的大腦運(yùn)行不暢，可能是線路方面的問(wèn)題。在排查問(wèn)題時(shí)，你可能用的上圖8。該圖利用了高角分辨率彌散成像（HARDI）的技術(shù)。圖中右側(cè)為大腦的前部。圖中長(zhǎng)長(zhǎng)的“電線”代表了纖維束，綠色部分表示的是大腦后部視覺(jué)皮質(zhì)與眼睛之間的聯(lián)接。

率領(lǐng)研究人員制作出這張圖的加州大學(xué)的保羅·湯姆森表示，利用HARDI的技術(shù)，人們可以發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)障礙相關(guān)的異常連通性。同時(shí)，利用這張圖你也可以排除“DIY大腦”中的問(wèn)題和錯(cuò)誤。