探索大脑的奥秘 1-3学时

5.记忆途径
• 人生的某些经历很难忘却，科学家利用大脑成像技术设法弄清楚创造记 忆和储存记忆的机械反映。发现大脑灰质内部的海马体能充当记忆储存 箱的功能。但是这个储存区域的分辨能力并不强。
• 对相同的大脑区域的刺激，可以让它产生真实的和虚假的记忆。为了把 真实记忆从虚假记忆中脱离出来，研究人员提出根据背景回忆以加强记 忆的方法，如果某些事情没有真正发生过，就很难通过这种方法加强人 脑对它的记忆。
3.幻觉
• 80%的截肢者都体验过来自断肢的包括温暖、渴望、压力和痛苦等感觉 ，经历这种现象(我们所知的“幻觉肢体”)的人，总是感觉到被截掉的 肢体仍然存在。一种解释认为，断肢的神经区与脊髓重新建立了联系， 好像缺少的肢体依然存在一样，继续向大脑发送信号。 • 另一个可能是，大脑是一条传输“硬线”，它就像对待完美无缺的身体 一样操纵残体——这意味着大脑仍然保存着肢体健全时的操纵蓝本。
10.意识
• 清晨一觉醒来，你可能就已经意识到太阳刚刚升起，听到一些鸟儿在枝 头欢快的鸣叫，甚至清新的空气轻拂你的面颊，你会感到一有幸福感。 换句话说，你是有意识的。这个复杂的话题从一开始就困扰着科学界。 最近，神经学家才把意识作为一门现实的研究课题。
7.天生与教育
• 我们的思想和个性是否是由基因或环境控制的问题，长期以来一直争论 不休。科学家建立了一个让人信服的证据体系，证明它可能是受其中之 一控制或者是由两方面同时控制。 • 研究个体基因的能力显示出我们对很多人类特性无法控制，然而在很多 领域，同辈人面对的压力或接受的教育会对我们是什么样的人以及我们 将做什么产生深远影响。
6.笑
• 科学家发现，当人们开怀大笑时，大脑内部有三个部位变的活跃起来， 它们是：管辖思维的区域，它让你获得笑料； • 运动区域促使你的肌肉运动；情感区域引出“轻佻的”情绪，但是为什 么某人会因兄弟愚蠢的笑话而发笑，而另一些人会在看恐怖影片时咯咯 大笑。笑声是对违反常规的不协调的故事的一个十分有趣的反映。 • 幽默领域的另一个观点把笑看作向其他人发出这种行为很“有趣”的信 号的一条途径。笑让我们感觉更好。
5.男性大脑比女性大10%
• 男性的大脑比女性大10%。不过，女性的大脑虽小，但却拥有更多神经 细胞和神经连接，能够比男性大脑更有效地工作。
• 女性的情感处理能力更强，男性则拥有更出色的逻辑思维能力。女性的 脑回比例更大，这一大脑区域与女性化特征有关。可以说，两性之间的 差异实际上就是大脑的差异。
北京理工大学2012年通识课1-3学时
探索人脑的奥秘
主讲人: 闫天翼 生物医学工程系 副教授
生命学院 认知与人机接口实验室
中关村校区5号楼 715室
E-mail:yantianyi@bit.edu.cn
课程安排
课程内容 1. 意识与潜意识; 2. 面孔与情感; 3. 知觉与感觉; 4. 推理与决策; 5. 记忆与语言; 6. 运动与整合; 7. 脑功能的研究方法; 8. 脑疾病预防与治疗
人类大脑十个未解之谜
1.梦境
• 如果问10个人同一个问题——是什么引起做梦，你可能会得到10种不同 的答案。这是因为目前科学家还没有揭开这个谜底。
• 一种可能是：做梦过程中通过刺激大脑分子间的信息神经键对大脑进行 锻炼。另一个理论是，人们梦到白天不能顾及的任务和情感，这个过程 可以帮助人们巩固思想和记忆。一般而言，科学家赞同梦境会在浅睡时 发生的观点，他们称这一时期为雷姆期睡眠。
3. 正电子断层扫描技术：20 世纪70 年代中期发展起来的核 医学成像技术。 4. 功能磁共振成像的发展：20 世纪90 年代脑研究领域发展 最迅速的一种非侵入性活体脑功能检测技术。 5. 光学成像技术：时间和空间分辨率已达约5μm 的物方元和 每秒25 帧以上的视频速度。
背景
认知神经科学的兴起 1. 神经科学作为一门综合性学科开始于20 世纪50-60 年代 2. 1960 年国际脑研究组织（IBRO）成立。1962 年美国麻省 理工学院推出了“神经科学研究规划” 3. 1969 年，美国神经科学学会成立；1979 年，美国的认知科 学学会成立
4.左右脑存在差异
• 大脑由左右脑构成，彼此对称。左右脑协同工作，左脑侧重于理性思维 ，善于推理，逻辑性强；右脑侧重于感性思维，善于创新，跳跃性强。 • 有趣的是，如果掐自己的左脚脚趾，疼痛感却是在右脑完成。此外，它 们还会将任何颠倒的图像“拨乱反正”。 • 也就是说，如果视网膜接收到的图像是倒立的，视神经在将图像信息传 往大脑过程中，大脑会自动将图像颠倒过来。更令人感到不可思议的是 ，即使只有半个大脑，人也能活下来。
8.人为什么笑至今原因不明
• 笑是一种自然而然的行为，只有人类天生具有这种能力。土狼的笑并不 是真正意义上的笑。 • 4个月的时候，婴儿开始发出笑声。笑会传染，同时也很难假装。不过 ，我们发笑的原因并不是因为听到好笑的笑话或者类似因素。 • 在一项为期10年的研究中，医生对2000个促使人发笑的情境进行了分析 ，结果发现绝大多数笑并非是笑话或者幽默故事的功劳。也许在将来的 某一天，我们能够找到发笑的原因。
2.脑血管总长度达到16公里
• 人类的大脑由1000亿个神经细胞构成，相当于银河系内的恒星数量，总 重量与一个罗马哈密瓜差不多。 • 大脑内的血管总长度达到16公里。虽然大脑的重量只有身体的2%，但 却消耗了身体大约17%的能量，20%的氧。清醒时，大脑产生的电量在 10到23瓦之间，足以点亮一个灯泡。 • 大脑中75%的空间被水占据，脂肪比重占60%，连接神经细胞的突触数 量超过100万亿，数据存储量达到1000Tb，是《大英百科全书》的5倍
9.大脑大小很重要吗？
• 爱因斯坦的大脑只有1230克，相比之下，成年男性的大脑重量平均为 1400克，说明大脑尺寸与IQ无关。
• 研究发现爱因斯坦大脑的胶质细胞数量远远超过常人，让他拥有惊人的 IQ。
• 另一项研究发现，头部越大的人越聪明，头部较尖的人则智商偏低。
10. IQ最高纪录210
• 韩国人金恩荣(Kim Ungyong)是世界上IQ最高的人 ，高达210。 • 他出生于1972年3月8日，8 个月时开始学习代数，2岁 时便能讲4门语言，4岁上 大学，15岁毕业。 • 除了IQ高外，他还是一位才 华横溢的画家和诗人。金恩 荣现生活在韩国，拥有足够 的时间做自己此前没有机会 做的事情，例如重新感受一 下童年。
背景
心理学 信息科学
生物学 哲学
物理学 数学
脑科学
生物医学工程
计算机科学
旨在阐明自我意识、思维想象和语言等人类 高级精神活动的神经机制
推荐看的书
约翰· 格雷
背景
脑科学研究技术的发展 1. 脑电图与事件相关电位的发展：英国人Richard Caton 于 1875 年发表了有关EEG 和诱发电位（EP）的论文。20 世 纪50 年代末随着计算机在生物学中的应用导致事件相关电 位（ERP）问世。 2. 脑磁图的发展：第一套有屏蔽室的脑磁图系统（MEG）设 在麻省理工学院的Fran-cis Bitter Magnetic 实验室。
４.任务控制
• 大脑丘脑下部的下丘脑视交叉上核或生物钟保持身体随着24小时的节奏 运转。生理节奏引起的一个最明显的结果是：睡眠-醒来的循环，但是生 物钟还影响着消化力、体温、血压和激素的产生。 • 研究人员发现，通过增强光亮调节褪黑激素可以将生物钟向前或向后调 整。最近人们不断争论，是否可以通过补充褪黑激素来帮助人们预防飞 机时差——昏昏欲睡和飞机通过时区时产生的头痛感。
8.死亡之谜
• 我们为什么会变老？人的老化被分成两个种类的学说： • (1)像人类的其他特征，变老可能是人类遗传学的一部分，并且从某些方 面来说对人类有益。 • (2)以最不乐观的观点来看，变老不是有意图的，人的一生中细胞不断受 到损害从而引起人体老化。大量研究人员认为，科学将最终推迟变老速 度，使人类寿命至少可以达到预期生命期限的两倍。
上课形式 1. PPT; 2. 看视频; 3. 做实验; 4. 师生互动; 5. 教学博客交流
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知识结构
• 心理学； • 认知科学、行为学； • 计算机科学、信号处理、图像处理、 机器学习； • fMRI、EEG、ERP
成绩考核及评分方法
• 平时成绩：40% • 提交报告（期中）：30% • 提交报告（期末）：30%
7.控制梦境并非不可能
• 在所谓的“清醒梦”中，人们能够控制梦境的结果。 • 古代的西藏佛教徒会修习“睡梦瑜珈”，在梦境中做一些不可思议的事 情，让自己意识到梦境乃是一种虚幻。
• “睡梦瑜珈”这个词由弗雷德里克-威廉-凡-伊登19世纪80年代创造，但 直到20世纪60年代才引起外界的关注。
• 现在，睡梦瑜珈成为一种非常流行的修行方式，可以在互联网上搜索到 大量相关教程。睡梦瑜珈高手不仅能够战胜噩梦，同时还能在梦境中与 邻家女孩发生性关系。
6.大脑在人睡觉时更活跃
• 进入梦乡时，大脑会处理白天经历的所有事情，一些科学家认为这是我 们会做梦的原因所在。
• 一些科学家表示大脑以做梦的形式处理复杂的情感和日常生活中经历的 事情，其他一些科学家则认为这是大脑将信息归零的一种方式，就像电 脑一样。 • 最近进行的一项研究发现，做梦能够帮助我们缓解伤痛。智商越高的人 越容易做梦，白天打个盹能够让人精力更加充沛，以更饱满的热情投入 到工作中去。
4. 70 年代末，“认知神经科学”一词开始出现
5. 1994 年，美国建立认知神经科学学会；1997 年，成立人类
脑成像组织
背景
国际重大脑科学研究计划
• 1990 年，美国“脑的十年”（1990-1999），“行为的十年”
，旨在多学科共同努力，促进行为和社会科学的研究。
• • 1991 年，欧洲推出“欧洲脑的十年”。 世界卫生组织于1995年在全球开展了“脑的十年”运动，旨 在促进脑科学研究的发展，提高人类的生存质量。 • • 1996 年，日本提出“脑科学时代”。 “人类前沿科学认划”是耗资100 亿美元的庞大研究计划， 被认为是与美国战略防御计划、欧洲尤里卡计划鼎足而立的 三个重要计划。
3.爱因斯坦大脑被保留下来
• 1955年，爱因斯坦去世，但他的大脑却被保留下来。 • 在爱因斯坦去世后仅仅7个半小时，托马斯-哈维医生摘除了他的大脑， 主要用于科学研究。不久后，哈维以及爱因斯坦的大脑神秘失踪。 • 1978年，记者史蒂文-利维在美国堪萨斯州威奇托发现哈维。哈维当时 承认他仍保存着爱因斯坦的大脑并且将其切成240片，装进两个有金属 螺盖的玻璃瓶，瓶内盛满甲醛。
9.人体冷冻
• 要求长命百岁可能并不现实。但是一个被称作 人体冷冻学的新领域将会让某些人死而复生。 • 在充满液态氮并且温度为华氏零下320度(78绝 对温度)的刺骨的容器中储藏死者的遗体。这个 想法的目的是，死于目前无法治愈的疾病的人 在将来发现治愈方法后可以通过解冻让他们死 而复生。 • 人体冷冻是一门新兴的科学，主要研究体温对 寿命的影响。降低体温的实验已经取得了良好 效果。如果将人的体温降低两度，那么一个人 便可以多活120到150 年。果真如此，人类就 能像《圣经》里说的那样，活到700甚至800 岁。但是，实验刚刚开始，所以现在向世人宣 称我们已征服了死亡还为时尚早。
2Leabharlann Baidu睡眠
• 人的一生要花费四分之一的时间睡觉。然而，睡觉的根本原因仍然像天 马行空的梦境一样让人迷惑不解。长期失眠能导致精神恍惚、幻觉，并 最终引起死亡。 • 睡眠的两种状态——深睡期(眼球活动减慢)，此时脑部代谢活动放慢； 浅睡期(此时会做梦)，这一时期大脑活动活跃。某些科学家认为深睡期 睡眠能让身体休息，保存精力，就像动物冬眠一样。浅睡期睡眠有助于 把记忆的东西组织起来。然而这种观点没有得到证实，浅睡期做梦不总 是与记忆有关。
人类大脑十个奇特事实
1.大脑感觉不到疼痛
• 大脑内没有疼痛感受器，这也就是为什么外科医生能够在患者仍保持 清醒的时候进行脑外科手术。 • 这种无法感知疼痛允许精细的外科手术顺利进行，同时不破坏任何视 觉和运动控制功能。 • 我们之所以能够感到疼痛是因为疼痛感受器，这种感觉接收器将信号 传给脊髓和大脑，大脑随之发出危险警告。