顾凡及:我们只窥测了人脑奥秘的冰山一角

?

19.jpg

7月27日,复旦大学生命科学学院顾凡和教授参观了第21届知识阅读会,与观众分享了有关脑科学研究的有趣故事。大脑就像一个嵌入人体的“小宇宙”。虽然重量只有三磅,但它和浩瀚的宇宙一样神秘而复杂。

谈论功能:“整体论”和“功能定位论”的争论,以及人类大脑“整体论”与“功能定位论”之间争论的开始。他指出,探索人类思维的奥秘涉及一个特定的问题。当人们想要做某事时,他们是否需要整个大脑的参与,或者他们是否可以通过大脑的一部分来实现?事实上,这场辩论始于18世纪后期。当时,一位名叫加尔的奥地利医生通过广泛的观察和经验发现,人脑由许多不同的部分组成,不同的部分表现出不同的功能。

例如,尖叫“金色鱼眼”的人有着优越的记忆力。颧骨突出的人喜欢虐待动物。诗人喜欢在写诗时触摸他们的头脑和创造力。因此,加尔认为,个人生理学中大脑发育的差异会影响个体。心灵的形成表现在头骨的形状上。最后一点人们现在知道没有科学依据。

从那时起,支持“整体理论”的科学家通过“鸽子脑实验”观察到,在不同部位切割大脑并不会对鸽子的行为产生显着影响。

直到法国医生布鲁卡对患有语言问题的患者进行了病例观察,并解剖了尸体,发现大脑某个区域的损伤导致语言表达的丧失,表明人类大脑皮层是功能位置。德国科学家Wernick发现,尽管患者可以说话,但他总是胡言乱语,这是由于对大脑某个部分缺乏了解所致。后来,人们将这部分大脑称为Wernicke地区。

“如果大脑皮层中的布鲁卡区域控制表达人类语言的能力,那么韦尼克就负责语言理解能力。”顾凡并得出结论,这两个例子充分证明了大脑不同部门的工作在一起,共同工作,并承担着不同的心理功能,但这并不意味着每个大脑区域都存在孤立。

今天,科学家们普遍认为,除了可以位于小脑区的非常简单的功能之外,大多数复杂功能需要多个大脑区域进行合作。

20.jpg事件网站

谈结构:“网络理论”与“神经元理论”的争论

随后,顾凡和现场的读者抛出了第二个问题,大脑结构是什么?它是由相对独立的单元组成,还是相互连接的“网”?在这个问题上,1906年诺贝尔医学奖的两位获奖者高尔基和卡哈尔就针锋相对进行了激烈辩论。

在此之前,科学家们还没有找到一种观察神经系统细胞结构的好方法,人们已经无法确认神经细胞的真实形状,这也催生了两种学说的网格理论和神经元理论。

网状理论的支持者认为,神经系统包含一个完整,连续的网络结构,两者之间没有断点,并且没有“独立的神经细胞”;神经元理论的信徒坚持认为,神经组织是一个神经元,由两个神经细胞组成,它们通过突触相互连接。

在19世纪下半叶,意大利生理学家Camilo Gorky首先通过硝酸银染色观察神经纤维的方向。他凝固了大脑并将其置于硝酸盐溶液中。在染色和切片之后,发现许多图案彼此连接,形成像心血管一样的网,在中间有一些肿胀。从那以后,高尔基成为网络理论的领导者。

另一位西班牙科学家Ramon Kahar从小就喜欢绘画。他的父亲受到了医学院老师的影响。他在医学绘图方面表现出惊人的才能在显微镜相机尚未诞生的时代,Cahal以极高的技巧记录了神经细胞的精细结构。在综合其他研究结果后,他提出每个神经细胞都是独立的,神经细胞的轴突与其他细胞之间存在间隙而不是紧密连接。

直到20世纪50年代电子显微镜的出现,人们终于确定了神经元理论的正确性。但高尔基的说法并非完全错误。人体中的神经细胞确实彼此分离,但也有一些细胞相互连接。分离中有蛋白质打开两个细胞,一个细胞中的物质可以流向另一个细胞。

顾凡和告诉读者:“科学有时会有两个'学校'的战斗情况,这似乎是不相容的,但最终经常会发现一个是占优势但另一个并非完全错误。所以我们的思想要保持开放,不要太绝对。“

谈论幻觉:你所看到的并不一定存在,但大脑认为它存在

俗话说,眼见为实,人们通常认为他们所看到的是真实存在。但诺贝尔奖获得者弗朗西斯克里克给出了另一种解释。你看到的不一定是你所看到的,而是你大脑重建的结果。

“寻找”是一个积极的建构过程,在这个过程中,人类大脑可以根据以往的经验和眼睛提供的有限和模糊信息做出最佳解释。进化可以确保大脑在正常条件下成功完成这些任务。但情况并非总是如此。

顾凡和提到,心理学家热衷于研究视错觉,因为视觉系统的一些功能缺陷可以提供一些有用的线索来揭示系统的组织。换句话说,拥有幻觉也是一件好事,也就是让我们知道正常视觉是如何产生的。

顾凡和谈到了幻觉和幻想之间的区别。他说:“幻觉是没有输入,没有刺激,但你似乎在脑中看到了什么,你听到了什么,这是一种幻觉;幻觉是真的。我收到了某种刺激,但它只是与人眼中看到的真实画面不一致。“

一条特别暗的线,这是由于神经细胞和视觉系统的神经细胞之间的相互抑制;

例如,在“魔术屋”中,如果两个相同高度的人走到房间的左右角,则视觉高度将存在显着差异。当一个人从一侧走到另一侧时,身体会变得越来越萎缩,因为“魔法屋”的后墙是倾斜的,观察者错误地认为后墙的两个角是由于视野的限制,与观察者的距离相同,因此对待接近它的人比远处的人要高得多。

谈论记忆:记忆是存储在整个大脑还是特定部分?

在20世纪上半叶,美国科学家拉什利利用小鼠实验来研究生物记忆是存在于整个大脑还是大脑的一部分。拉什利将鼠标放入迷宫中,通过摧毁大鼠脑的不同部位观察鼠标出错的可能性。实验的结果是,大脑区域被破坏的面积越大,犯的错误越多,记忆越差。因此,假设存储器应该存储在整个大脑中并且与其位置几乎没有关系。

在20世纪50年代,亨利莫里森的案件彻底推翻了之前被广泛接受的研究。当Moleson在外面玩耍时,他被自行车击中并造成脑损伤导致癫痫。医生认为癫痫病灶位于颞叶内的海马区,因此通过手术切除海马体,但后遗症直接引起。也就是说,他再也不能记住手术后发生的事情了。

奇妙之处在于他仍然可以学习新的技能,例如在只看到镜子中的手和五角星的情况下的五角星。人们通过莫里森的案例发现,人类记忆分为两种类型,一种是陈述性记忆(包括经验,知识和空间记忆),而海马体的损伤可直接导致无法将短期陈述记忆转化为成长。时间记忆;另一种是程序记忆,这是技能,而技能的掌握与海马的质量无关。

巧合的是,莫里森的故事不是一个孤立的案例。顾凡和还向听众讲述了健康症患者威灵的故事。

英国音乐家Verlin在钢琴演奏方面有很高的成就,但由于脑炎,大脑两侧的海马体受损。与莫里森相似,他生病后忘了一切,但仍然保持着高超的钢琴技巧。在日记中,他每时每刻都记录着自己的状态。每次他认为只有在他写作时他才醒来,但他不知道他已经做了无数次同样的判断。因此,他没有过去和未来,对他来说是“永远是今天”。

顾凡和指出,人脑科学研究似乎进展迅速。实际上,只有冰山一角才能窥探人类大脑的神秘面纱。 “我们知道了一百多年前的事情,但我们知道的不仅仅是我们。还有更多要知道的事情。脑科学是一个尚未开发的大陆,等待有兴趣进一步探索的人们。“