人类大脑新发现

人的大脑具有最令人叹为观止的复杂结构。但是，随着大脑成像技术、基因遗传学和干细胞研究等领域的进步，专家们已经开始揭开它的一些奥秘。下面就是有关人类大脑的9个问题和神经科学的最新发现。

人的记忆由什么构成？

记忆是人进行思维的基本要素。每当人们执行一项任务，通过语言进行交流或者是阐明最简单的概念时，都要使用自己所获得的知识。然而，长期以来，有关记忆的物理形式一直是个谜。当载入新的记忆时，大脑会发生怎样的变化呢？

专家已经知道的是，在记忆形成的过程中神经元之间的突触联系会增强。2009年，美国加利福尼亚大学一

个由凯尔希•马丁领导的研究小组，利

用海蛤蝓这种神经系统相对简单的生

物，首次观察到记忆以新蛋白质形式

在突触中形成。

但是，知识存储在哺乳动物复

杂大脑的什么部位呢？短期记忆，例

如要使用的一个电话号码等，似乎存

储在两个称为海马的小小卷曲式结构

中，埋藏在大脑两个半球的深处。

2008年，美国阿拉巴马大学的库特

尼•米勒和大卫•斯韦特利用老鼠研究

证明，在一件难忘的事情发生后的第

一个小时里，这个部位的神经细胞的

DNA出现了化学变化，使所产生的蛋

白质发生改变。在随后的一星期里，

大脑皮质神经细胞的遗传因子也发生

了类似的变化。这些变化似乎是永久

性的，这表明长期记忆存储在那里。

这两位研究人员认为，他们观察到短

期记忆形成在海马中，然后在大脑皮

层中变成长期记忆。

能够使大脑重生吗？

有一种说法曾经流行了几十年：

人出生时所拥有的脑细胞就是其一生

中所能拥有的全部脑细胞。

到了20世纪90年代，这个长

期流行的教条被推翻。研究人员发

现，包括人在内的哺乳动物在其一

生中能够产生新的神经细胞。在人

类身上，这种“神经发生”出现在

两个地方：嗅球中生成的神经细胞

似乎与识别新气味有关，而海马中

生成的神经细胞与学习和记忆有

关。新的神经细胞能够与成人大脑

结合为一体这一发现引起了人们的

兴趣。这个过程可以被控制，进而

被用来治疗帕金森氏症和阿尔茨海

默氏症等脑部疾病吗？在美国哈佛

大学研究皮质发育和神经发生的杰

弗里•马克利斯说，方法就是使用合

适类型的神经细胞替换病变细胞。

据一些人估计，神经系统是由1万种

不同的神经细胞构成的。

镜像神经元具有什么作用？

镜像神经元（位于动物大脑皮

层的一种神经细胞）是20世纪90年代

发现的。当时，研究人员对植入猕猴

大脑内的微电极进行记录，从而发现

了镜像神经元。当动物进行一种活动

时，许多神经元变得活跃；而当动物

们看到研究人员进行相同的活动时，

一些神经元也会变得活跃，不同种类

的镜像神经元会因为不同的活动而变

得活跃。

专家们推测，在人类身上，镜像神

经元也许是移情作用的神经基础。它们

可能还有助于模仿甚至学习语言。

研究人员一直难以确定人类是否

拥有镜像神经元，但核磁共振成像扫

描显示，当人们在做某种动作或者注

人类大脑新发现

□ 李有观

探秘

14 自然与科技　2011年第5期　总第187期

视同样一个动作时，大脑中被称为镜像系统的某个部位会“发光”。许多研究表明，镜像系统活跃的人好像能够更好地理解别人的感情。

意识拥有几种状态？

英国埃克塞特大学半岛医学院的亚当姆•泽曼说，人们过去认为意识只有三种状态：1、醒着；2、睡着了做梦；3、睡着了没有做梦。但是脑部成像表明，意识还存在更多状态。泽曼以梦游为例说：“梦游者的大脑确实处于半清醒半睡着状态。”研究人员曾设法给一名梦游者进行脑部扫描。虽然他们看到梦游者的与知觉和意识有关的很大一部分大脑皮质

处于“脱机”状态，但

大脑其他部位却是活跃

的，包括那些与情感有

关的部位。

与之类似的现象也许

可以解释其他奇怪的意识

状态。在睡梦中，也称为

快速眼动睡眠过程中，人

静静地躺着是因为脑干中

称为桥脑的部位抑制了发

送给肌肉的信号。快速眼

动睡眠行为紊乱的人丧失

了这种抑制，因此会将他

们的梦付诸行动。

专家们认为，在意识和昏迷之间

可能还存在一些至今还未引起人们注

意的抑制点。英国剑桥大学一个由阿

德里安•欧文领导的研究小组不久前发

现，人们是有可能与植物人交流的。

处于植物状态的人反应能力完好，可

以自行呼吸却对周围环境完全没有意

识。研究人员将植物人与大脑扫描仪

连接，让他想象打网球或是在自己家

里四处走动的情形，他们能够从植物

人那里得到同意或拒绝的回答。目前

这类病人被当作是没有意识的，但是

他们却可以听懂问题并进行交流。他

们也许能够表达对治疗的意见以及是

否应该放弃治疗。

心灵和身体的联系有多大力量？

假如你不幸生病住院了，要设法

住进一间可以看到风景的病房。因为

如果能够远眺一片树林而不是看见一

堵砖墙，你可能会恢复得更快。

有关心灵和身体之间联系的研究

就和行医一样古老。例如，聪明的医

生知道，对于身体症状很难解释的病

人，要研究其精神状态。为什么一些

疾病受精神状态的影响比其他疾病更

大？令人难以置信的安慰剂效应背后

的原因是什么？人们能不能学会通过

思考自我治愈？

专家们认为，这其中有许多可能

是免疫系统在起调节作用。研究结果

表明，巨大压力会降低人体中免疫细

胞的活性。大脑似乎可以利用多种方

式影响免疫系统，从化学调节到直接

进行神经控制。美国纽约范士丹医学

研究所的凯文•特雷西说：“来自于大

脑的信号通过迷走神经传递，它们在

这里改变脾脏免疫细胞的行为。”

为什么有些人更聪明？

在1955年对著名科学家爱因斯

坦的尸体进行解剖时，他的大脑令人

感到失望，因为它比普通人的大脑还

要略小一些。事实上，后来的研究表

明，大脑的体积与智商之间的联系微

乎其微。看来，大脑的质量而非数量

才是关键。

人的神经元在互相交谈方面是

否发挥得好似乎是一个重要因素。

荷兰乌得勒支大学医学专家马蒂因•

范登赫维尔发现，比较聪明的大脑

神经元之间似乎存在更多高效网

络——换句话说，在大脑不同区域

之间传递信息所需要的步骤较少。

一个族群的智商差别大概有三分之

一是由此决定的。

精神病与创造力有什么联系？

现在，历史上颇具创造力的天才

人物被追溯诊断为患有精神病的事例

已经有许多。

精神分裂症和其他种类Nature & SciTech No. 187 (September-October 2011) 15