关于大脑你不知道的10件事
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2020-06-30 14:36
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火星译客

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大脑物质

(图片来源:Dreamstime)

纵观历史,人类的大脑一直非常善于自我解嘲。从古埃及人到亚里士多德,每个人都对我们耳朵之间的神秘物质的作用轻描淡写。著名的解剖学家盖伦认为大脑是运动和语言的指挥者,但就连他也把白质和灰质撇在一边,认为大脑中充满液体的心室完成了大部分工作。

人类的大脑很大……

(图片来源:NIH, NIDA)

成年人的平均大脑重量不到3磅(约1.3到1.4公斤)。一些神经外科医生将活大脑的质地描述为牙膏,但据神经外科医生卡特里娜·弗里克(Katrina Firlik)说,在当地的健康食品店可以找到更好的类比。

“(大脑)不会像牙膏一样扩散。它不像牙膏那样黏在你的手指上,”弗里克在她的回忆录中写道,“额叶的另一天:脑外科医生暴露内部生活”(兰登书屋,2006年)。“豆腐——柔软的品种,如果你知道豆腐的话——可能是一个更准确的比较。”

如果你对这一描述不感兴趣,可以这样想:你的头盖骨中大约80%是大脑,剩下的由相同数量的血液和脑脊液(缓冲神经组织的透明液体)组成。如果你把所有的大脑、血液和液体混合在一起,它会达到大约1.7升,或者不足以装满一个2升的汽水瓶。

…但是它们正在变小

(图片来源:Dreamstime)

不要对你的苏打瓶子大小的大脑太过自信。5000年前的人类大脑更大。

“我们确实从考古数据中得知,在我们能测量到的几乎所有地方——欧洲、中国、南非、澳大利亚——大脑体积从平均1350立方厘米缩小到了150立方厘米。威斯康辛大学麦迪逊分校的古人类学家约翰·霍克斯在2009年告诉《生命科学》。

研究人员不知道为什么大脑会萎缩,但一些理论认为它们正在进化,变得更有效率。另一些人认为,我们的头骨越来越小,因为我们的饮食包括更容易咀嚼的食物,所以大而有力的下颚不再需要。

不管原因是什么,大脑的大小与智力并没有直接的联系,所以没有证据表明古人比今天的人类更聪明。

我们的大脑消耗能量

现代大脑是一个能量消耗器。根据美国神经精神药理学学院的说法,这个器官约占体重的2%,但它消耗了我们血液中20%的氧气和循环在血液中的25%的葡萄糖(糖)。

这些能量需求已经在人类学家中引发了一场争论,即究竟是什么促使了大脑的进化。许多研究人员将此归功于肉类,并引用了我们早期祖先狩猎的证据。但其他科学家说,肉是不可靠的食物来源。2007年发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Science)上的一项研究发现,现代黑猩猩知道如何在热带大草原上挖掘富含热量的块茎。也许我们的祖先也做过同样的事,用蔬菜来提高脑力。

至于是什么促使大脑膨胀,有三个主要假设:气候变化、生态需求和社会竞争。

皱纹让我们更聪明

我们人类聪明的秘密是什么?答案可能是皱纹。人类大脑的表面被深深的裂缝、称为脑沟的更小的沟槽和称为脑回的脊所缠绕。这个表面被称为大脑皮层,是大约1000亿个神经元或神经细胞的家园。

折叠的、蜿蜒的表面允许大脑在颅骨的有限范围内聚集更多的表面积,从而获得更多的处理能力。我们的灵长类近缘种在大脑中显示出不同程度的卷积,其他智能生物如大象也是如此。事实上,埃默里大学(Emory University)神经科学家洛里·马里诺(Lori Marino)的研究发现,海豚的大脑皱纹比人类还要明显。

我们大部分的脑细胞不是神经元

(图片来源:Alexander Gourine)

老话说我们只用了大脑的10%是不正确的,但是我们现在知道神经元只占大脑细胞的10%。

另外的90%,占大脑重量的一半,被称为glia,在希腊语中是“胶水”的意思。神经科学家过去认为神经胶质只是将神经元粘合在一起的粘性物质。但最近的研究表明,神经胶质的作用远不止这些。2005年发表在《神经生物学最新观点》(Current views in Neurobiology)杂志上的一篇论文列出了这些未被发现的细胞的作用,它们的作用范围从清除多余的神经递质到提供免疫保护,乃至实际上促进和调节突触的生长和功能。(突触是神经元之间的连接。)事实证明,沉默的大多数并不是那么沉默。

大脑是一个高级俱乐部

就像夜总会的保镖一样,大脑血液系统中的一组细胞被称为血脑屏障,只让少数分子进入神经系统的内部密室——大脑。为大脑提供营养的毛细血管里排列着紧密结合的细胞,阻止大分子进入。屏障中的特殊蛋白质将必要的营养物质输送到大脑。只有少数精英能挺过来。

血脑屏障保护大脑,但它也可以阻止救命药物。试图治疗脑瘤的医生可以使用药物来打开细胞之间的连接,但这会使大脑暂时容易受到感染。一种让药物通过屏障的新方法可能是纳米技术。2009年发表在《癌症研究》(Cancer Research)杂志上的一项研究表明,经过特殊工程的纳米颗粒可以穿过屏障,附着在肿瘤组织上。在未来,将纳米粒子与化疗药物结合可能是一种靶向肿瘤的方法。

大脑一开始是一个管子

12-week sonogram

(图片来源:Dreamstime)

大脑的基础是很早建立起来的。在受孕几周后,一种被称为神经板的胚胎细胞折叠并融合到神经管中。这个组织将成为中枢神经系统。

神经管在整个妊娠的前三个月不断生长和分化。(当细胞分化时,它们会分化成各种组织,从而形成身体的各个部位。)直到怀孕中期,神经胶质和神经元才开始形成。大脑直到更晚的时候才起皱。根据2000年发表在《放射学》(Radiology)杂志上的一项研究,24周时,磁共振成像显示,在胎儿平滑的大脑表面,只有几个新生的沟槽。随着第26周妊娠晚期的开始,沟槽加深,大脑开始看起来更像新生儿。

青少年的大脑还没有完全形成

固执的青少年的父母们很高兴,或者至少可以放松一下:青少年的态度在某种程度上源于大脑发育的变化无常。

大脑的灰质在青春期前达到顶峰,然后在整个青春期逐渐减少,其中一些最显著的发育发生在额叶,额叶是判断和做决定的地方。

2005年发表在《儿童发展》杂志上的一项研究发现,大脑中负责多任务处理的部分直到我们16或17岁时才完全成熟。2006年BA科学节上的一项研究表明,青少年也有一个以自我为中心的神经借口。在考虑一个会影响他人的行为时,青少年不太可能使用内侧前额叶皮层,这是一个与同理心和负罪感相关的区域。研究人员说,青少年通过练习社交来学习同理心。让他们禁闭到20岁。

大脑永不停止变化

(图片来源:Lu et al,2009年《公共科学图书馆:生物学:细胞间连接体》)

科学智慧曾经认为,一旦你成年,你的大脑就失去了形成新的神经连接的全部能力。这种被称为可塑性的能力被认为仅限于婴儿期和儿童期。

这是错的。2007年的一项关于中风患者的研究发现,她的大脑发生了变化。大脑通过从其他神经中提取相似的信息来适应携带视觉信息的神经的损伤。在此之前的几项研究表明,多体小鼠可以形成新的神经元。后来的研究发现了更多的证据,证明人类神经元在成年期建立了新的连接;与此同时,对冥想的研究表明,密集的心理训练可以改变大脑的结构和功能。

女人不是从金星来的

(图片来源:Dreamstime)

流行文化告诉我们女人和男人的大脑是不同的。的确,男性和女性荷尔蒙对大脑发育的影响是不同的,成像研究发现,大脑在感觉疼痛、做出社会决策和应对压力方面存在差异。这些差异在多大程度上是由基因决定的,在多大程度上是由经验决定的,这是古老的先天与后天之争,目前尚不清楚。

但在大多数情况下,男性和女性的大脑(和智力)是相似的。2005年美国心理学家对性别差异研究的分析发现,在其他研究报告的78%的性别差异中,性别对行为的影响很小或接近于零。最近的研究已经揭开了男女能力不同的神话。2010年1月发表在《心理公报》上的一项研究调查了来自69个国家的近50万名男孩和女孩,发现数学能力没有整体差距。把注意力集中在我们的差异上,可能会给书起一个吸引人的名字,但在神经科学领域,没有什么事情是那么简单的。

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