大腦看上去如此美麗可愛(ài)

但是真正的大腦非常不可愛(ài)，長(zhǎng)得也難看，本文會(huì)涉及一些充斥著紅色血管的 Google 圖，請(qǐng)大家忍著點(diǎn)兒。

我們從外往里看吧。生物學(xué)有時(shí)似乎非常讓人滿意，比如你的頭上有一個(gè)真正的俄羅斯套娃。

從上到下依次為：皮膚 皮下組織 帽狀腱膜和枕額肌 蜂巢組織 顱骨膜 顱骨

你有頭發(fā)，然后是頭皮，你認(rèn)為下面就是你的頭骨了——但實(shí)際上頭骨之上還有19樣?xùn)|西。

你的頭骨下面，又是一大堆東西，之后才是你的大腦： 

硬腦膜 蛛網(wǎng)膜 蛛網(wǎng)膜小梁 軟腦膜 膠質(zhì)界膜 血管 血管周?chē)g隙

在你的頭骨下面，大腦周?chē)腥齻€(gè)膜，將大腦環(huán)繞：

在外面，有硬腦膜，堅(jiān)固耐用，防水。硬腦膜與顱骨齊平。我聽(tīng)到有人說(shuō)，大腦中沒(méi)有疼痛感覺(jué)區(qū)，但硬腦膜實(shí)際上能感覺(jué)疼痛，且和你的面部肌膚一樣敏感，硬膜上的壓力或挫傷往往造成了人們嚴(yán)重的頭痛。

然后下面是蛛網(wǎng)膜，這是一層皮膚，然后是帶有彈性的纖維的開(kāi)放空間。我一直以為我的大腦只是漫無(wú)目的地漂在我大腦中的某種液體里，但實(shí)際上，腦外和顱骨內(nèi)壁之間的唯一真正的空間差距是這個(gè)蛛網(wǎng)膜。這些纖維穩(wěn)定了大腦的位置，因此不能動(dòng)作太大，他們充當(dāng)減震器，當(dāng)你的頭撞到東西。這個(gè)區(qū)域充滿了脊髓液。

最后，是軟腦膜，和腦外融合的很精巧的皮膚層。你知道，當(dāng)你看到一個(gè)大腦，它總是覆蓋著惡心的血管。但這些并不是真正在大腦的表面上，它們埋設(shè)在里面。

下面是完整的樣子，使用的樣品可能是豬的大腦：

從左到右是皮膚（粉紅色），然后是兩個(gè)頭皮層，然后是頭骨，然后是硬腦膜，蛛網(wǎng)膜，最右邊是只由軟腦膜覆蓋的大腦。

一旦我們把其他部分都剝離下來(lái)，我們留下了這個(gè)傻孩子：

這個(gè)荒謬的東西是宇宙中最復(fù)雜的已知物體，重約三磅，神經(jīng)工程師蒂姆·漢森（Tim Hanson）稱之為“最具信息密度、結(jié)構(gòu)化、自組織化的物質(zhì)之一”。所有這一切只有20瓦的功率（類(lèi)似計(jì)算機(jī)的功率為2400萬(wàn)瓦特）。

這也是麻省理工學(xué)院教授Polina Anikeeva 所說(shuō)的“你可以用勺子舀出的軟布丁”。大腦外科醫(yī)生Ben Rapoport將它更科學(xué)地描述為“布丁和果凍之間的某種形態(tài)”。他解釋說(shuō)，如果你將大腦放在桌子上，重力會(huì)使它失去形狀，變得很平坦，像一個(gè)水母。

但這就是我們。你看著鏡子，看看你的身體和你的臉，你認(rèn)為這是你——但這只是你的機(jī)器。你實(shí)際上是一個(gè)貪玩的果凍。我希望你不介意。

Krishna Shenoy 教授將我們對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)與十五世紀(jì)初的世界地圖做比較。

另一位教授Jeff Lichtman 甚至更加苛刻。他在課程開(kāi)始問(wèn)他的學(xué)生：“如果你需要知道的關(guān)于大腦的一切是一英里，我們走了幾英里？”他說(shuō)，學(xué)生們給出了四分之三英里、二分之一英里或是四分之一英里的答案，但他認(rèn)為真正的答案是“大約三英寸”。

第三個(gè)教授，神經(jīng)科學(xué)家Moran Cerf ，跟我分享了一個(gè)神經(jīng)科學(xué)中由來(lái)已久的說(shuō)法，指出試圖理解大腦有點(diǎn) 22 條軍規(guī)的感覺(jué)：“如果人類(lèi)的大腦這么簡(jiǎn)單，能夠讓我們理解，那我們將會(huì)因?yàn)槿绱撕?jiǎn)單，而不能理解大腦?！?/span>

也許，在我們正在建設(shè)的偉大的知識(shí)塔的幫助下，我們可以在某個(gè)時(shí)候理解大腦?，F(xiàn)在，讓我們看看我們對(duì)頭腦里面的這只水母目前有哪些了解。

大腦，縮小看看

讓我們使用半球橫截面看看大腦的主要部分。因此，這是你腦袋里大腦的樣子：

現(xiàn)在，讓我們把大腦取出來(lái)，并刪除左半球，這讓我們能看清楚內(nèi)部。

神經(jīng)學(xué)家 Paul MacLean 做了一個(gè)簡(jiǎn)單的示意圖，說(shuō)明我們前面談到的爬行動(dòng)物大腦在進(jìn)化中的第一次出現(xiàn)，然后是在哺乳動(dòng)物興盛階段形成的古生哺乳動(dòng)物腦和新哺乳動(dòng)物腦。

新哺乳動(dòng)物腦  古哺乳動(dòng)物腦（邊緣系統(tǒng)）  爬行動(dòng)物腦

也可以這么表示：

讓我們來(lái)看看每個(gè)部分：

腦干及小腦（The Brain Stem and Cerebellum)

這是我們的大腦最古老的部分：

中腦  腦橋  延髓  小腦

我們的大腦橫截面中青蛙大腦的殘留。事實(shí)上，青蛙的整個(gè)大腦與我們大腦的低水平部分相似。

當(dāng)你了解這些部分的功能，它們很古老這件事就說(shuō)得通了：一切這些部分能做的事情，青蛙和蜥蜴都可以做。以下是主要部分：

延髓（The medulla oblongata）

延髓真的只是讓你不會(huì)死。它控制非自主的事情，比如你的心臟速率、呼吸和血壓。當(dāng)它認(rèn)為你中毒了，就會(huì)讓你嘔吐。

腦橋（The pons）

腦橋的工作是，做點(diǎn)這個(gè)，做點(diǎn)那個(gè)。它涉及吞咽，膀胱控制，面部表情，咀嚼，唾液，眼淚等等。

中腦（The midbrain）

中腦與視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，動(dòng)作控制，警覺(jué)性，體溫控制有關(guān)，還有一堆其他的事情。大腦被分為了前腦、中腦和后腦。

有一件我要感謝腦橋和中腦的事是，它控制你的眼球自主運(yùn)動(dòng)，如果現(xiàn)在你在轉(zhuǎn)眼球，就是你的腦橋和中腦在搞事情。

小腦（The cerebellum）

這個(gè)看起來(lái)像你大腦陰囊的東西是你的小腦，它使人保持平衡、協(xié)調(diào)和正常移動(dòng)。

邊緣系統(tǒng)（The limbic System）

大腦的邊緣系統(tǒng)在腦干上，就是它讓人類(lèi)如此瘋狂。

丘腦  海馬體  下丘腦  杏仁體  腦垂體

邊緣系統(tǒng)是一種生存系統(tǒng)。如果你在做你的狗也會(huì)做的事情，比如吃，喝，交配，戰(zhàn)斗，躲避等等，可能就是你的大腦邊緣系統(tǒng)在駕馭你。無(wú)論你喜歡與否，你做的那些事情，就是處在原始的生存模式。

邊緣系統(tǒng)也是你的情感所在，最終，情緒也都是為了生存——情感是更高級(jí)的生存機(jī)制，對(duì)于處在一個(gè)復(fù)雜的社會(huì)結(jié)構(gòu)中的動(dòng)物是必須的。每當(dāng)你發(fā)生思想斗爭(zhēng)時(shí)，你的邊緣系統(tǒng)很可能會(huì)讓你做出你會(huì)后悔的事情。

我敢肯定，控制你的大腦邊緣系統(tǒng)，既意味著成熟，也是一種人性的掙扎。這并不是說(shuō)沒(méi)有邊緣系統(tǒng)，我們會(huì)過(guò)得更好。邊緣系統(tǒng)在讓我們?nèi)祟?lèi)如此獨(dú)特中起到了一半的作用。生活的大部分樂(lè)趣來(lái)源于你的情緒和需要得到滿足。只是你的邊緣系統(tǒng)不知道你活在社會(huì)文明中，如果你讓它做主太多，它很快就會(huì)毀了你的生活。

無(wú)論如何，讓我們?cè)僮屑?xì)看看。邊緣系統(tǒng)有很多小部分。

杏仁核（The amygdala）

杏仁核有點(diǎn)兒像是大腦結(jié)構(gòu)的情感遺骸。它涉及焦慮，悲傷，以及我們的恐懼反應(yīng)。有兩個(gè)杏仁核，奇怪的是，左邊的已被證明更平衡，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些幸福的感覺(jué)，而右邊的永遠(yuǎn)心情不好。

海馬體（The hippocampus）

你的海馬體就像記憶的一塊板子。當(dāng)老鼠開(kāi)始記憶迷宮的方向，記憶在海馬體上編碼。大鼠的兩個(gè)海馬體的不同部分將在迷宮的不同部分起作用，因?yàn)槊詫m的每個(gè)部分被存儲(chǔ)在自己的海馬體部分。但是，如果學(xué)習(xí)一個(gè)迷宮后，大鼠被給予其他任務(wù)，一年后，被帶回原來(lái)的迷宮，就會(huì)很難回憶起它，因?yàn)楹ｑR體記憶板上的大多記憶已經(jīng)被抹去，釋放給新的記憶。

丘腦（The thalamus）

在大腦的中心位置，丘腦也作為中間人，從你的感官接收信息，并將其發(fā)送到你的皮質(zhì)處理感官。當(dāng)你睡覺(jué)時(shí)，丘腦也一起上床，這意味著感官中間人下班了。這就是為什么在沉睡中，一些聲音或輕輕的觸摸往往不會(huì)讓你起來(lái)。如果你想喚醒深度睡眠的某人，你必須展示出足夠的侵略性來(lái)喚醒他們的丘腦。

唯一的例外是你的嗅覺(jué)，這是繞過(guò)丘腦的一個(gè)感覺(jué)。這就是為什么嗅鹽可以用來(lái)喚醒一個(gè)暈倒的人。不像其他的感官，嗅覺(jué)位于邊緣系統(tǒng)，這就是為什么氣味和記憶與情感如此緊密地聯(lián)系在一起。

皮層（Cortex）

最后，我們到達(dá)了大腦皮層。

大腦皮層（本文主要指新皮層，文中統(tǒng)稱皮層）基本上負(fù)責(zé)所有事情：看，聽(tīng)，觸覺(jué)，語(yǔ)言，動(dòng)作，思維，規(guī)劃和個(gè)性。

它分為四葉（lobe）：

 前葉  頂葉  顳葉  枕葉

想要說(shuō)清楚它們各自負(fù)責(zé)什么是不會(huì)令人滿意的，因?yàn)樗鼈兠總€(gè)都負(fù)責(zé)許多事情，互相之間又多有重疊，但是簡(jiǎn)化起來(lái)可以這樣說(shuō)：

前葉負(fù)責(zé)你的個(gè)性，以及很多我們認(rèn)為是“思考”的事情——推理、計(jì)劃和執(zhí)行功能。特別地，你的思考中有很多就發(fā)生在前葉的前部被稱為前額葉皮質(zhì)的地方——你腦子里的成年人。前額葉皮質(zhì)就是你的一生中那些心理斗爭(zhēng)中的另一個(gè)角色。它是努力讓你做好你的工作的那個(gè)理性的決策者，是努力讓你不要擔(dān)心別人怎么想、只要做好你自己的那個(gè)可靠的聲音，是希望你不要為瑣事而焦急的那個(gè)高人。

如果這還不夠讓人擔(dān)心，那么前葉還掌管你的身體的運(yùn)動(dòng)。前葉上部的一條帶子是你的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)。

在其他的功能中，頂葉控制的是你的觸覺(jué)，尤其是初級(jí)軀體感覺(jué)皮層——一條緊鄰初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的帶子。

運(yùn)動(dòng)和軀體感覺(jué)皮層緊緊相鄰，而且它們很有趣，因?yàn)樗鼈兛梢员缓芎玫赜成洹Ｉ窠?jīng)科學(xué)家準(zhǔn)確地知道每條帶子的一個(gè)部分與身體的哪一個(gè)部分相連，這把我們帶到了本帖中最驚悚的一張圖片：人造人。

生殖器 腳趾 腳 腿 臀 軀干 頸 頭 肩 臂 肘 前臂 腕 手 小指 無(wú)名指 中指食指 拇指 眼 鼻 臉 上唇 唇 下唇 牙 牙齦 舌 腹腔內(nèi) 咽

生殖器 腳趾 腳踝 膝 臀 軀干 肩 肘 腕 手小指 無(wú)名指 中指 食指 拇指 頸 眉 眼皮和眼球 臉 唇 頜 舌 吞咽

這個(gè)人造人，由神經(jīng)外科醫(yī)生的先驅(qū)維爾德·潘菲爾德制造，在視覺(jué)上展示了運(yùn)動(dòng)和軀體感覺(jué)皮層是怎樣被映射的。示意圖中身體部分的圖片越大，大腦皮層中與運(yùn)動(dòng)或觸覺(jué)的專門(mén)聯(lián)系就越多。與此相關(guān)有幾件好玩的事情：

第一，令人驚異的是，你的大腦與臉和手相連的運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)聯(lián)系要多于身體其他部分之和。這也不是說(shuō)不通——你需要做出極為細(xì)微的面部表情，你的雙手也需要極為靈活，而你身體的其他部分——肩膀、膝蓋、后背——的運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)可以粗糙得多。這就是為什么人們可以用手指來(lái)演奏鋼琴，用腳趾就不行。

第二，有意思的是，兩個(gè)皮層與身體間的專門(mén)聯(lián)系十分相似。我覺(jué)得這也能說(shuō)得通，但是我從沒(méi)真正地想到過(guò)，那些你需要控制大量運(yùn)動(dòng)的身體部分，往往也需要最敏銳的觸覺(jué)。

最后，我遇到了這個(gè)貨，從那之后就一直生活在一起——現(xiàn)在你也得這么干了。一個(gè)3D人造人。

來(lái)，繼續(xù)——

顳葉是你的很多記憶居住的地方，并且它就在你耳朵的旁邊，所以它也是你的聽(tīng)覺(jué)皮質(zhì)的所在。

最后，在你腦袋后部是你的枕葉，它差不多都與你的視覺(jué)相關(guān)。

有很長(zhǎng)一段時(shí)間，我以為這幾個(gè)主要的腦葉就是大腦的組塊——就像是整個(gè)3D結(jié)構(gòu)的幾個(gè)部分。但是實(shí)際上，大腦皮層只是大腦外層的兩毫米——也就是一個(gè)鎳幣那么厚——在那下面的肉質(zhì)大部分只是線路。

如果你能把大腦皮層取走，你會(huì)得到一張2毫米厚、面積有2000到2400cm2的薄片——規(guī)格大約是48cm x 48cm見(jiàn)方。一張餐巾紙。

這張餐巾紙就是你的大多數(shù)大腦活動(dòng)發(fā)生地方——這就是為什么你能思考、運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)、看見(jiàn)、聽(tīng)見(jiàn)、記憶和說(shuō)出并理解一門(mén)語(yǔ)言。真是史上最好的餐巾紙。

還記得之前我說(shuō)過(guò)你就是一個(gè)果凍球嗎？當(dāng)你想到你自己時(shí)，你想到的你——那實(shí)際上主要是你的大腦皮層。那意味著你實(shí)際上就是一張餐巾紙。

當(dāng)我們把另一個(gè)大腦放在被剝下來(lái)的大腦皮層上時(shí)，用褶皺來(lái)增加餐巾紙表面積的魔法就看得很清楚了：

與大腦的規(guī)模相比較的大腦皮層面積

展開(kāi)的大腦皮層

因此，盡管并不是很完美，但是當(dāng)談到大腦時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)在宏觀上有了不錯(cuò)的理解。微觀上，我們的理解也不錯(cuò)。我們來(lái)一起看看。

就算我們很早之前就已經(jīng)明白，我們的智力“坐”在大腦里，科學(xué)家們直到最近才搞清楚大腦是由什么構(gòu)成的?？茖W(xué)家們?cè)缇椭郎眢w由細(xì)胞構(gòu)成，但是直到19世紀(jì)末，意大利生理學(xué)家卡米洛·高爾基才搞清楚如何利用染色法觀察腦細(xì)胞到底長(zhǎng)什么樣子。結(jié)果出人意料：

細(xì)胞不應(yīng)該是這個(gè)樣子。高爾基發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元。

科學(xué)家很快就明白，神經(jīng)元，就是構(gòu)成幾乎所有動(dòng)物的大腦和和神經(jīng)系統(tǒng)的龐大通信網(wǎng)絡(luò)的核心單位。

但是，直到20世紀(jì)50年代，科學(xué)家們才弄清楚神經(jīng)元是怎樣互相通信的。

軸突是長(zhǎng)長(zhǎng)的一股攜帶著信息的神經(jīng)元，其直徑通常極為微小——小到最近科學(xué)家才能在上面做實(shí)驗(yàn)。但是在20世紀(jì)30年代，英國(guó)動(dòng)物學(xué)家J·Z·楊發(fā)現(xiàn)隨便一只魷魚(yú)就能改變我們所了解的一切，因?yàn)轸滛~(yú)的身體中有一條異常巨大的、可以在上面做實(shí)驗(yàn)的軸突。幾十年之后，利用魷魚(yú)的巨大軸突，科學(xué)家阿蘭·霍奇金和安德魯·赫胥黎終于搞清楚神經(jīng)元傳遞信息的方式：動(dòng)作電位。它是這樣工作的：

首先，有很多種不同的神經(jīng)元：

丘腦核團(tuán)細(xì)胞  紡錘形細(xì)胞  粒細(xì)胞  錐體細(xì)胞  雙錐體細(xì)胞  橄欖核神經(jīng)元  卵形細(xì)胞  浦肯雅細(xì)胞  三叉神經(jīng)束核大細(xì)胞  小膠質(zhì)細(xì)胞  豆?fàn)詈藲ず松窠?jīng)元  小網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)  蒼白球細(xì)胞  大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們來(lái)看一看一種簡(jiǎn)單的、被說(shuō)爛了的神經(jīng)元——錐體細(xì)胞，你可以在你的運(yùn)動(dòng)皮層里找到它。畫(huà)一個(gè)神經(jīng)元的示意圖，可以先畫(huà)一個(gè)人：

然后只要給他加上幾條腿、一些頭發(fā)，把胳膊去掉，再拉長(zhǎng)一點(diǎn)——就是一個(gè)神經(jīng)元了。

樹(shù)突（可能有幾百根，而且按照本圖的比例，它們可能有好幾米長(zhǎng)）

軸突（按照本圖的比例，這個(gè)可能實(shí)際上要有一公里長(zhǎng)）

胞體（神經(jīng)元的身體，細(xì)胞核就在這里）

軸突末梢（可能有好幾百個(gè)）

然后我們?cè)佼?huà)幾個(gè)神經(jīng)元。

突觸

我不想馬上就完整、詳細(xì)地解釋動(dòng)作電位是怎樣工作的——這涉及到許多沒(méi)必要也很無(wú)聊的專業(yè)內(nèi)容，9年級(jí)的生物課上早就學(xué)過(guò)了——我想把可汗學(xué)院的說(shuō)明性文章鏈接給想知道整個(gè)故事的人。我們來(lái)仔細(xì)看看跟我們的目標(biāo)相關(guān)的一些基本概念。

我們的小人的軀干——即神經(jīng)元的軸突——有一個(gè)負(fù)的“靜止電位”，也就是說(shuō)，當(dāng)它靜止時(shí)，其電荷顯弱負(fù)性。無(wú)論何時(shí)，一大群人的腳總是在觸碰小人的頭發(fā)——即神經(jīng)元的樹(shù)突——不管他愿意不愿意。他們的腳把一些化學(xué)物質(zhì)滴到他的頭發(fā)上——即神經(jīng)遞質(zhì)——它會(huì)穿過(guò)他的頭（細(xì)胞的身體，或者叫做胞體），然后依據(jù)這種化學(xué)物質(zhì)，稍微提升或降低他身體中的電荷。這對(duì)于我們的神經(jīng)元男孩來(lái)說(shuō)有點(diǎn)不太舒服，但也不是什么大問(wèn)題——然后就沒(méi)什么別的事情了。

神經(jīng)遞質(zhì)

但是如果有足夠的化學(xué)物質(zhì)碰到他的頭發(fā)，使他的電荷提升到一定水平之上——即神經(jīng)元的“閾值電位”——那么就會(huì)引發(fā)動(dòng)作電位，然后小人就觸電了。

動(dòng)作電位

這種情況只有兩個(gè)值——要么小人身上什么都沒(méi)發(fā)生，要么他就結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)地觸了電。他不可能有一點(diǎn)兒觸電，也不可能觸過(guò)了頭——他要么就根本沒(méi)觸電，要么就每次觸電的程度都完全一樣。

一旦觸電發(fā)生，一個(gè)電脈沖（他身體中的常規(guī)電荷會(huì)短暫地從負(fù)電轉(zhuǎn)為正電，然后迅速地恢復(fù)為常規(guī)的負(fù)電）就會(huì)沿著他的身體（軸突）快速移動(dòng)到他的腳上——即神經(jīng)元的軸突末梢——它們又會(huì)去觸碰許多別人的頭發(fā)（接觸的位置成為突觸）。當(dāng)動(dòng)作電位到達(dá)他的腳上時(shí)，它會(huì)使他的腳把一些化學(xué)物質(zhì)釋放到它們觸碰的人的頭發(fā)上，這可能會(huì)也可能不會(huì)引起別人的觸電，就像他自己經(jīng)歷過(guò)的一樣。

這就是信息通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)而移動(dòng)的一般方式——在神經(jīng)元之間的微小間隙中傳遞的化學(xué)信號(hào)引發(fā)電信號(hào)通過(guò)神經(jīng)元——但是有時(shí)候，當(dāng)身體需要特比特別快速地傳遞一個(gè)信號(hào)的時(shí)候，神經(jīng)元向神經(jīng)元的連接可以自己通電。

動(dòng)作電位的移動(dòng)速度在每秒1到100米之間。這個(gè)區(qū)間這么大，部分是因?yàn)樯窠?jīng)系統(tǒng)中其他種類(lèi)的細(xì)胞——許旺細(xì)胞——就像一位超愛(ài)照顧人的老奶奶，總是把一些種類(lèi)的軸突包裹在好幾層脂肪層里，這種脂肪層叫做髓鞘。就像這樣（需要一秒鐘才能開(kāi)始）：

周?chē)S突上髓鞘的形成

除了有保護(hù)和絕緣的好處之外，髓鞘也是影響通信速度的一個(gè)主要因素——當(dāng)軸突上覆蓋了髓鞘時(shí)，動(dòng)作電位會(huì)移動(dòng)得快得多。

有一個(gè)很好的例子來(lái)展示髓鞘導(dǎo)致的速度差異：當(dāng)你腳底下絆了一跤，還沒(méi)感覺(jué)到疼的時(shí)候，你知不知道你的身體是怎樣給你一秒鐘的思考時(shí)間來(lái)讓你想想你剛剛做了什么，你又將會(huì)感覺(jué)到什么？實(shí)際上，你同時(shí)感覺(jué)到了你腳底下絆到了東西和刺痛，因?yàn)榇掏葱盘?hào)是通過(guò)覆蓋了髓鞘的軸突傳遞到大腦的。要花一兩秒才能感到鈍痛，因?yàn)殁g痛是通過(guò)沒(méi)有覆蓋髓鞘的“C纖維”傳導(dǎo)的，速度僅有約每秒1米。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)在一點(diǎn)上很像計(jì)算機(jī)晶體管——它們都用二進(jìn)制語(yǔ)言傳遞1（發(fā)放動(dòng)作電位）和0（不發(fā)放動(dòng)作電位）的信息。但是與計(jì)算機(jī)晶體管不同的是，大腦里的神經(jīng)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化。

你知道為什么有時(shí)你學(xué)了一項(xiàng)新技能而且你干得還挺不錯(cuò)，然而第二天你又試了一下發(fā)現(xiàn)你還是不行？那是因?yàn)槟闱耙惶熘愿傻貌诲e(cuò)，是因?yàn)槟阏{(diào)節(jié)了或者集中了在神經(jīng)之間傳導(dǎo)信號(hào)的化學(xué)物質(zhì)的量。不停的重復(fù)會(huì)調(diào)節(jié)化學(xué)物質(zhì)，這能幫你做得更好，但是第二天化學(xué)物質(zhì)恢復(fù)到了常規(guī)水平，你的水平也跟著回去了。

但是如果你堅(jiān)持練習(xí)，你就會(huì)持久地擅長(zhǎng)某件事情。這是因?yàn)椋阋呀?jīng)告訴了你的大腦“這可不是什么一次性的事情”，然后大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就回應(yīng)以制造持久的結(jié)構(gòu)性變化。神經(jīng)改變了形狀和位置，并加強(qiáng)或減弱各種各樣的連接，這樣就建立了一個(gè)知道如何完成這項(xiàng)技能的路徑的硬線集。

神經(jīng)擁有改變其化學(xué)、結(jié)構(gòu)甚至功能的能力，這使你的大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以充分優(yōu)化自身以適應(yīng)外部世界——這種現(xiàn)象稱為神經(jīng)可塑性。嬰兒的大腦是最具有神經(jīng)可塑性的。當(dāng)嬰兒出生時(shí)，他的大腦根本不知道他需要適應(yīng)的人生是屬于一位需要專精劍術(shù)的中世紀(jì)武士，還是屬于一位需要精細(xì)的肌肉記憶以演奏大鍵琴的17世紀(jì)音樂(lè)家，亦或是一位需要存儲(chǔ)和管理海量信息并精通復(fù)雜的社會(huì)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代知識(shí)分子——但是嬰兒的大腦已經(jīng)準(zhǔn)備好改變它自己的形狀，以面對(duì)它已準(zhǔn)備好去面對(duì)的任何一種人生。

嬰兒是神經(jīng)可塑性的超級(jí)明星，但是我們一輩子都擁有神經(jīng)可塑性，這就是為什么人類(lèi)可以成長(zhǎng)、改變并學(xué)習(xí)新東西。并且這也是為什么我們能夠形成新的習(xí)慣，打破舊的習(xí)慣——你的習(xí)慣反映了你大腦中現(xiàn)存的回路。如果你想改變你的習(xí)慣，你需要用意志力來(lái)凌駕你大腦中的神經(jīng)路徑，但是如果你堅(jiān)持的時(shí)間足夠長(zhǎng)，你的大腦最終會(huì)領(lǐng)會(huì)你的意思然后改變那些路徑，然后新的表現(xiàn)就不再需要意志力了。你的大腦會(huì)在生理上改變形狀，形成新的習(xí)慣。

總之，大腦中有大約1000億個(gè)神經(jīng)元，它們構(gòu)成了這個(gè)不可思議的巨型網(wǎng)絡(luò)——這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于銀河中恒星的數(shù)量，比世界人口的十倍還多。大約150—200億個(gè)神經(jīng)元存在于大腦皮層，其余的都在大腦的髓質(zhì)。（令人驚奇的是，隨便一個(gè)小腦擁有的神經(jīng)元數(shù)量都比大腦皮層的三倍還多）。

讓我們把鏡頭縮小回來(lái)，看看大腦的另一個(gè)橫截面——這一次不再?gòu)那巴笄衼?lái)看一個(gè)腦半球，而是從左往右切：

大腦物質(zhì)可以分成所謂的灰質(zhì)和白質(zhì)?；屹|(zhì)顏色上看起來(lái)更暗，由腦神經(jīng)元的細(xì)胞體、樹(shù)突叢和軸突構(gòu)成——還有許多其他物質(zhì)。白質(zhì)主要是線路——那些攜帶著信息從一些胞體傳送到另一些胞體或者到身體中的目的地軸突。白質(zhì)是白的，是因?yàn)槟切┹S突通常都覆蓋著像白色脂肪組織的髓鞘。

大腦中的灰質(zhì)有兩個(gè)主要區(qū)域——包括了邊緣系統(tǒng)和我們上文討論過(guò)的腦干的內(nèi)部集群，和包裹在外部的有一鎳幣厚的皮層。居于其中的大塊白質(zhì)主要由皮層神經(jīng)元的軸突構(gòu)成。皮層就像是一個(gè)指揮中心，它通過(guò)它下面的由大量軸突構(gòu)成的白質(zhì)來(lái)發(fā)號(hào)施令。

我所遇到的闡釋這一概念的最棒的插圖是由格雷格·A·唐恩博士和布里安·愛(ài)德華博士所做的一套藝術(shù)地再現(xiàn)了大腦結(jié)構(gòu)的精美圖集。

那些皮層神經(jīng)元可能正把信息帶向皮層中的另一處，帶向大腦中較低的一部分，或者正通過(guò)脊髓——神經(jīng)系統(tǒng)的高速公路——去向身體的其他部分。

我們來(lái)看看整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)：

大腦  脊髓  中樞神經(jīng)系統(tǒng)     神經(jīng)節(jié)  神經(jīng)  藍(lán)色=周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)

神經(jīng)系統(tǒng)分為兩部分：中樞神經(jīng)系統(tǒng)——你的大腦和脊髓——和周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)——由從脊髓放射到身體其他部分的神經(jīng)元構(gòu)成。

大多數(shù)神經(jīng)元都是中間神經(jīng)元——那些與其他神經(jīng)元通信的神經(jīng)元。當(dāng)你思考時(shí)，大量的中間神經(jīng)元正在互相討論。大腦包含的主要是中間神經(jīng)元。

其他兩種神經(jīng)元是感覺(jué)神經(jīng)元和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元——它們通向你的脊髓，構(gòu)成了周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)。這些神經(jīng)元最長(zhǎng)可達(dá)一米。每個(gè)類(lèi)型的典型結(jié)構(gòu)如下：

（a）多級(jí)中間神經(jīng)元  樹(shù)突 細(xì)胞體  軸突 軸突  軸突末梢

（b）運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元  樹(shù)突  細(xì)胞體  軸突丘  軸突  郎氏結(jié)  髓鞘  神經(jīng)-肌肉突觸 肌肉 軸突末梢

（c）感覺(jué)神經(jīng)元  感受細(xì)胞  周?chē)窠?jīng)支軸突  細(xì)胞體 軸突 中樞神經(jīng)支

還記得我們的兩條帶子？

運(yùn)動(dòng)皮層  軀體感覺(jué)皮層

這兩條帶子就是你的周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)的源頭。感覺(jué)神經(jīng)元從你的軀體感覺(jué)皮層出發(fā)，穿過(guò)大腦白質(zhì)，通向脊髓（它只是一大捆軸突）。從脊髓出發(fā)，它們通向你全身各處。你的每一寸皮膚都連接著從軀體感覺(jué)皮層出發(fā)的神經(jīng)。順便說(shuō)一下，一條神經(jīng)，就是用一小段線包起來(lái)的幾束軸突。這是一張神經(jīng)的示意圖：

神經(jīng)纖維束  神經(jīng)外膜  神經(jīng) 動(dòng)脈  脂肪細(xì)胞  靜脈

神經(jīng)就是用紫色圈出來(lái)的部分，其中四個(gè)大圈就是捆起來(lái)的許多軸突（這里是一張有幫助的卡通畫(huà)）。

如果一只蒼蠅落在了你的胳膊上，就會(huì)發(fā)生下面的事：

蒼蠅碰到了你的皮膚，刺激了一束感覺(jué)神經(jīng)元。神經(jīng)中的軸突末梢產(chǎn)生微小的痙攣并開(kāi)始發(fā)放動(dòng)作電位，向大腦發(fā)送信號(hào)來(lái)告發(fā)這只蒼蠅。信號(hào)傳遞到了脊髓并到達(dá)軀體感覺(jué)皮層中的胞體。軀體感覺(jué)皮層輕輕敲了敲運(yùn)動(dòng)皮層的肩膀，告訴他“你胳膊上有一只蒼蠅，你得收拾收拾他（懶）”。你的運(yùn)動(dòng)皮層中那些連接著你胳膊上的肌肉的胞體接著開(kāi)始發(fā)放動(dòng)作電位，把信號(hào)傳遞回脊髓，接著傳到胳膊上的肌肉。這些神經(jīng)元末端的軸突末梢刺激了你的臂肌，臂肌收縮以揮動(dòng)手臂來(lái)趕跑蒼蠅（此時(shí)這只蒼蠅已經(jīng)在你的胳膊上吐了），然后蒼蠅（它的神經(jīng)系統(tǒng)也來(lái)了這么一大圈）飛走了。

然后你的杏仁體檢查了一下，發(fā)現(xiàn)有個(gè)問(wèn)題，然后它叫你的運(yùn)動(dòng)皮層尷尬地跳起來(lái)。要是那不是一只蒼蠅而是一只蜘蛛，它也會(huì)叫你的聲帶不由自主地大叫起來(lái)，丟盡你的臉面。

那么，現(xiàn)在看起來(lái)我們好像真的有點(diǎn)理解大腦了，是吧？但是，為什么那位教授提了那樣一個(gè)問(wèn)題——如果你需要知道的所有關(guān)于大腦的事情有一英里長(zhǎng)，那我們已經(jīng)走了多遠(yuǎn)？——然后說(shuō)答案是3英寸？

答案就在這里。

你是否知道，我們完全了解單獨(dú)一臺(tái)電腦是怎樣發(fā)電子郵件的，我們也完全理解互聯(lián)網(wǎng)的一些寬泛的概念，例如網(wǎng)上有多少人、哪些是最大的網(wǎng)站、有哪些主要的趨勢(shì)——但是所有中間的事情——互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)部運(yùn)行——人們依然搞不清楚？

你是否知道，經(jīng)濟(jì)學(xué)家能告訴你單獨(dú)一個(gè)消費(fèi)者發(fā)揮了什么作用，他們也能告訴你宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的主要概念和正在起作用的最重要的力量是什么——但是沒(méi)人能告訴你經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的所有細(xì)節(jié)，或者預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)在下一個(gè)月或下一年里會(huì)發(fā)生什么事？

大腦就像這些東西。我們有微觀的認(rèn)識(shí)——我們完全知道神經(jīng)元發(fā)射信號(hào)的方法。我們也有宏觀的認(rèn)識(shí)——我們知道大腦里有多少神經(jīng)元，知道主要的腦葉和結(jié)構(gòu)控制了什么，也知道整個(gè)系統(tǒng)消耗多少能量。但是那些中間的事情——那些關(guān)于大腦各部分的實(shí)際運(yùn)行情況的中間的事情？是的，我們還沒(méi)有看到。

想要知道我們到底有多困惑，就要去聽(tīng)一位神經(jīng)學(xué)家講講我們理解得最好的那些大腦的部分。

例如視覺(jué)皮層。我們對(duì)視覺(jué)皮層理解得很好，是因?yàn)楹苋菀诪樗?huà)一張圖。

科學(xué)家保羅·梅羅拉對(duì)我說(shuō)：

視覺(jué)皮層擁有很好的解剖學(xué)功能和結(jié)構(gòu)。當(dāng)你觀察它，你真的像是看到了一幅世界地圖。因此，當(dāng)你的視野中的某個(gè)東西存在于空間中的某一特定區(qū)域，你將會(huì)在皮層中看到一小塊色斑，它代表著那個(gè)空間中的區(qū)域，并會(huì)亮起來(lái)。并且隨著那個(gè)物體的移動(dòng)，相鄰的細(xì)胞會(huì)描繪出一幅地形圖。這就像是把真實(shí)世界的直角坐標(biāo)映射到視覺(jué)皮層中的極坐標(biāo)一樣。而且你真的可以從你的視網(wǎng)膜，經(jīng)過(guò)你的丘腦，追蹤到你的視覺(jué)皮層，然后你就會(huì)看到從空間中的一點(diǎn)到視覺(jué)皮層中的一點(diǎn)的真實(shí)映射。

到目前為止，沒(méi)有什么問(wèn)題。但是他接著說(shuō)道：

因此，如果你想要與視覺(jué)皮層的特定部分發(fā)生互動(dòng)，這種映射確實(shí)很有用。但是，視覺(jué)區(qū)域有很多，隨著你越來(lái)越深入到視覺(jué)皮層的內(nèi)部，事情就變得有些模糊，然后這幅地形圖開(kāi)始崩潰?！竽X里盡是這種事情，視覺(jué)只是一個(gè)突出的例子。我們觀察世界，然后那里就是這樣一個(gè)3D的物理世界——就像你觀察一個(gè)杯子，你只看到一個(gè)杯子——但是你的眼睛看到的實(shí)際上只是一堆像素。當(dāng)你觀察視覺(jué)皮層時(shí)，你會(huì)看到那里有差不多20-40種不同的地圖。V1是第一個(gè)區(qū)域，那里它以那種方式追蹤很小的邊緣和顏色等等。還有別的區(qū)域在觀察更為復(fù)雜的對(duì)象，在你的大腦表層中你能看到有如此多種不同的視覺(jué)表現(xiàn)。而且所有那些信息都以某種方式在這個(gè)信息流中捆綁在一起，那種編碼方式使你以為你只是在看一個(gè)簡(jiǎn)單物體而已。

還有運(yùn)動(dòng)皮層，大腦中另一個(gè)我們理解得最好的部分，可能在粒度級(jí)別上比視覺(jué)皮層更難理解。因?yàn)楸M管知道在運(yùn)動(dòng)皮層中哪些寬泛的區(qū)域?qū)?yīng)著身體的哪些部分，可是在運(yùn)動(dòng)皮層的這些區(qū)域里還沒(méi)有在局部解剖中確定個(gè)體神經(jīng)元，而且它們共同引發(fā)身體運(yùn)動(dòng)特定方式還完全不清楚。保羅又說(shuō)到：

大腦中手臂運(yùn)動(dòng)部分的神經(jīng)震顫有點(diǎn)不同——并非像是神經(jīng)會(huì)講英語(yǔ)然后說(shuō)“動(dòng)起來(lái)”——它是一種電活動(dòng)的模式，在每個(gè)人那里都有一點(diǎn)不一樣?！阆胍軌驘o(wú)縫地理解那意味著“胳膊往這邊動(dòng)一動(dòng)”、“把胳膊往目標(biāo)那邊動(dòng)一下”、“把胳膊往左動(dòng)動(dòng)，抬起來(lái)，抓，用一定的力氣抓，用一定的速度伸出去”，等等。我們運(yùn)動(dòng)的時(shí)候是不考慮這些的——它就這樣無(wú)縫地發(fā)生了。因此每個(gè)大腦都有一套獨(dú)特的代碼，用它來(lái)對(duì)胳膊和手上的肌肉說(shuō)話。

神經(jīng)可塑性不僅使我們的大腦十分有用，也使它難以置信地不可理解——因?yàn)槊總€(gè)大腦的運(yùn)行方式都基于大腦如何塑造了它自己的形狀，基于它獨(dú)特的環(huán)境的人生經(jīng)歷。

那些我們理解得最好的大腦的部分，“當(dāng)談到一些更為復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程，如語(yǔ)言、記憶、數(shù)學(xué)”，一位專家再次對(duì)我說(shuō)，“我們真的不知道大腦是怎樣工作的?！彼粺o(wú)嘆惋地說(shuō)到，舉個(gè)例子，對(duì)每一個(gè)人來(lái)說(shuō)，母親的概念都以不同的方式編碼，都在大腦中的不同部分。在前額葉——你知道，大腦的那個(gè)部分是你真正生存的地方——“根本就沒(méi)什么地形圖”。

但是無(wú)論如何，這根本不是建立有效的腦機(jī)接口為什么如此困難、或如此令人畏懼的原因。使BMI如此困難的原因在于，工程方面的挑戰(zhàn)是極為嚴(yán)峻的。與大腦在身體上的協(xié)作，使BMI成為了世界上最為困難的工程事業(yè)之一。

既然我們的大腦背景的樹(shù)干已經(jīng)建立起來(lái)，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好向第一根樹(shù)枝進(jìn)發(fā)。

本文摘錄自：

1、【2萬(wàn)字巨獻(xiàn)】馬斯克腦機(jī)融合系統(tǒng)Neuralink：人類(lèi)只有一個(gè)選擇——成為 AI，作者：熊笑、劉小芹，來(lái)自「新智元」，搜索「AI_era」即可關(guān)注。

英文原文地址：http:///2017/04/neuralink.html

2、《Neuralink》編譯系列二:大腦的運(yùn)行原理與人工智能的未來(lái)，來(lái)源：AI100