Science：大腦中記憶構(gòu)建塊被發(fā)現(xiàn)(記憶是如何在大腦中形成和儲存的？)

Science：大腦中記憶構(gòu)建塊被發(fā)現(xiàn)

2016年09月27日訊 法國艾克斯馬賽大學(xué)的一組研究人員觀察到小鼠大腦中存在記憶構(gòu)建塊。他們的論文發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，研究人員描述了他們?nèi)绾我鹉承┥窠?jīng)元變得興奮。

想要弄清楚哪種大腦細(xì)胞參與形成記憶是一項艱巨的任務(wù)，盡管研究人員通過研究表明，海馬體是大腦的主要部分，主要用于處理信息，但直到現(xiàn)在人們還沒有真正看到神經(jīng)元水平的記憶形成機(jī)制。在這項新的工作中，研究人員認(rèn)為通過激活小鼠海馬體的神經(jīng)元可以觀察到神經(jīng)元序列的展開。

更具體地說，當(dāng)神經(jīng)元暴露在大量的鈣離子指示劑時就會發(fā)出熒光，表明神經(jīng)元已被激活。當(dāng)小鼠在跑步機(jī)上活動時，研究人員能夠監(jiān)控多達(dá)1000個神經(jīng)元的活性。以前的研究也發(fā)現(xiàn)，小鼠的大腦細(xì)胞會追蹤小鼠活動的距離，在這種情況下，當(dāng)小鼠在跑步機(jī)上活動時，它的一組神經(jīng)序列就會像預(yù)測的那樣被激活了。這就揭示了研究人員認(rèn)為的記憶的形成。此外，研究者在小鼠休息后繼續(xù)監(jiān)視了同組細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)相同序列的細(xì)胞被激活，好像小鼠大腦中的細(xì)胞活性被重新激活了。如果小鼠大腦在一段時間內(nèi)處理這一大塊數(shù)據(jù)，那么相比在最初的觀察中神經(jīng)序列的活動會更興奮。

研究小組對有關(guān)記憶的工作有著一個非常明確的研究進(jìn)展，但必須要做更多的工作才能證明我們觀察到的是真正的記憶形成和記憶重復(fù)。

腦細(xì)胞簡介

腦細(xì)胞，構(gòu)成腦的多種細(xì)胞的通稱，主要包括神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。人的一生就只有出生時那個數(shù)目的腦細(xì)胞可供利用，大約120億個。骨骼、肝臟、肌肉等其它器官或組織損傷后可因細(xì)胞分裂增殖很快得以恢復(fù)，唯獨(dú)腦細(xì)胞不可再生。

腦細(xì)胞處在一種連續(xù)不斷地死亡且永不復(fù)生增殖的過程，死一個就少一個，直至消亡殆盡。這是一種程序性死亡，也叫凋亡。人到20歲之后，腦細(xì)胞就開始以每天10萬個速度遞減，許多年來，人們一直認(rèn)為大腦只開發(fā)了10%左右，這種謬論統(tǒng)治了人類將近100年，最近的核磁共振顯示，人類大腦的每個地方都是高效利用的，大腦開發(fā)率高達(dá)100%，并不存在所謂的沉睡，閑置細(xì)胞。后面將會有詳細(xì)科學(xué)論述。

記憶是如何在大腦中形成和儲存的？

記憶是大腦最基本的功能之一，我們所擁有的知識大部分是通過學(xué)習(xí)或經(jīng)驗獲得，并通過記憶保存下來。因此，有人說，記憶是連接一個人的過去、現(xiàn)在和將來的“精神膠水”。每個人心中總有些刻骨銘心的記憶。記憶一旦喪失，病人將喪失自我及與他人的聯(lián)系。因此，如何發(fā)生記憶、如何儲存記憶，是腦科學(xué)研究的核心問題之一。

認(rèn)知心理學(xué)家將記憶分為陳述性記憶和程序性記憶。這兩類記憶有明顯的區(qū)別：首先，陳述性記憶可以通過有意識的回憶獲取，并可以用語言來描述被記憶的內(nèi)容，而程序性記憶則不行；其次，陳述性記憶容易形成也容易遺忘，程序性記憶通常需要多次的重復(fù)和練習(xí)，但一旦形成就不容易忘記。

無論陳述性記憶還是程序性記憶，根據(jù)保存時間的長短可分為瞬時記憶、短時記憶、長時記憶和永久記憶。人類經(jīng)由感官接收到的信息通過神經(jīng)傳遞至人腦，當(dāng)信息到達(dá)大腦前，大部分信息已經(jīng)被過濾。剩下的要進(jìn)入大腦皮層的信號，將在海馬體中暫時儲存，停留在那里的時間從幾秒至幾個星期不等。比如朋友新?lián)Q的手機(jī)號，你能在有限的時間通過復(fù)述而記下，即為短時記憶。所謂的短時記憶指的是短暫的、容量有限的、可能還需要大腦不斷復(fù)述的記憶。短時記憶存儲的內(nèi)容經(jīng)過一段時間可能會被遺忘。但如果經(jīng)過很長時間仍未遺忘，則說明這部分內(nèi)容已經(jīng)被輸入你的長時記憶中去了。這種更持久、容量更大、不需要復(fù)述的記憶被稱為長時記憶。

在大腦長期記憶中扮演重要角色的海馬體位于大腦顳葉，緊密聯(lián)系著大腦的邊緣系統(tǒng)。它是通向情感世界的重要所在，顳葉前部包含負(fù)責(zé)短期記憶的區(qū)域，而所謂的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)位于大腦和脊髓之間，負(fù)責(zé)保持清醒與集中注意力，這對主動、被動學(xué)習(xí)及活躍的回憶都至關(guān)重要。感覺信息既可以通過短時記憶系統(tǒng)進(jìn)入長時記憶系統(tǒng)，也可以直接進(jìn)入長時記憶系統(tǒng)。

記憶被儲存在哪里呢？經(jīng)典理論認(rèn)為，大腦像倉庫一樣儲存記憶，記憶片段像貨物一樣被儲存在大腦里，這被稱為“倉庫模型”。經(jīng)典的記憶定義可以表達(dá)為：人類的記憶是一個儲存和獲取由感官收集的信息的系統(tǒng)。根據(jù)這種理論，記憶有可能是被分成碎塊儲存在神經(jīng)元里（但不會是RNA）。但是，很多現(xiàn)代科學(xué)家提出新的記憶理論，他們認(rèn)為記憶是動態(tài)的，不是靜態(tài)地被儲存在大腦里，記憶應(yīng)該被看成聯(lián)系感知和行為的技能。根據(jù)這種理論，記憶不是什么儲存在神經(jīng)元細(xì)胞體內(nèi)的東西，而是由神經(jīng)元細(xì)胞突觸的狀態(tài)來表述的。當(dāng)我們的感知變?yōu)殡娦盘柡?，這些突觸將信號分配至一級又一級，直到肌肉，觸發(fā)行為。突觸的變化是和通過的電信號直接相關(guān)的，如果一個突觸長時間沒有相關(guān)電信號來觸發(fā)，就會“萎縮”，相關(guān)的記憶就會削弱；如果受到長時間刺激或者一個很猛的突然刺激，就會變得很強(qiáng)壯，記憶就很深刻。

不同類型的記憶儲存在大腦的不同部位。也就是說，和記憶相關(guān)的腦區(qū)不局限于某一個具體部位。研究顯示，某一特定部位并不能獨(dú)立于其他大腦部位單獨(dú)行使儲存我們生活經(jīng)歷的記憶功能。如顳葉和間腦與陳述性記憶密切相關(guān)，而海馬體和大腦新皮層則與短時記憶有關(guān)系。腦的特定部位受損可能只影響特定類型的記憶，其他類型的記憶則可能完整無損。

研究表明，來自聯(lián)合皮層、經(jīng)過高級整合處理的感覺信息，在內(nèi)側(cè)顳葉及間腦被進(jìn)一步加工處理，最終的記憶被以更持久的形式儲存到新皮層。

加拿大心理學(xué)家、認(rèn)知心理生理學(xué)的開創(chuàng)者赫布認(rèn)為，在腦內(nèi)反映某外界客觀物體的，是由被該刺激激活的所有皮層細(xì)胞組成的。在20世紀(jì)40年代，他出版了著名的《行為的組織》一書，指出對刺激的表征由所有被這一刺激同時激活的神經(jīng)元來實現(xiàn)。他把同時被激活的這群神經(jīng)元稱為細(xì)胞集合，并提出了細(xì)胞集合學(xué)說，記憶痕跡廣泛分布于細(xì)胞集合的突出聯(lián)系中，細(xì)胞集合可由那些參與感覺和感知的同一群神經(jīng)元組成，細(xì)胞集合中的部分神經(jīng)元被損毀并不能消除記憶。

根據(jù)他的觀點(diǎn)，如果記憶痕跡只源自一種感覺信息，它很可能位于與該感覺有關(guān)的皮層區(qū)。在訓(xùn)練猴子執(zhí)行視覺分辨任務(wù)操作的實驗中，待猴子學(xué)會視覺分辨任務(wù)操作后，損毀其IT神經(jīng)元，猴子的基本視覺能力保持完整，但不能再執(zhí)行視覺分辨任務(wù)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，IT神經(jīng)元與特定類型的記憶儲存有關(guān)，如IT神經(jīng)元能夠編碼面孔記憶。實驗顯示，猴子對其他猴子面孔的反應(yīng)不同，特定的IT神經(jīng)元只對特定的面孔起反應(yīng)。IT神經(jīng)元對面孔反應(yīng)的動態(tài)變化支持赫布的觀點(diǎn)，即大腦皮層感覺區(qū)既處理感覺信息又可以儲存記憶。

人類顳葉電刺激實驗是另一個陳述性記憶的痕跡位于顳葉新皮層的證據(jù)。顳葉包括顳葉新皮層、內(nèi)側(cè)顳葉、海馬體和杏仁體等結(jié)構(gòu)，對陳述性記憶的形成至關(guān)重要。

作者：宋森

來自：飛碟探索雜志（fdtszz）

夢境成真！ps合成圖片步驟：制作大腦中的記憶畫面效果

今天小編帶來的是ps怎么合成人物頭腦中的畫面效果教程，與二次曝光的方法有點(diǎn)類似，但是教程中的效果更具有創(chuàng)意，用多次曝光技術(shù)把想象的畫面表現(xiàn)在人物頭部區(qū)域，結(jié)合女孩深思的面部表情，突顯出這是一張有故事的圖片。設(shè)計的很有想法，感興趣的朋友可以接著往下看具體操作步驟吧!
看下震撼的最終效果
1、在ps中打開照片，使用污點(diǎn)修復(fù)工具修飾小女孩頭發(fā)的毛刺以及臉上的斑點(diǎn)。
2、復(fù)制背景圖層，命名為“Face Shape”。用鋼筆工具摳出小女孩的輪廓，然后點(diǎn)擊：圖層——矢量蒙版——當(dāng)前路徑。
3、關(guān)閉“Face Shape”圖層，再復(fù)制背景圖層，使用快速選擇工具選中小女孩的輪廓，注意頭發(fā)的部分。
4、點(diǎn)擊“調(diào)整邊緣”，半徑值打到5px，羽化2.5px，用“調(diào)整半徑工具”沿著女孩的頭發(fā)邊緣畫(這一步我做的時候感覺沒有什么效果)，最后輸出到“帶有圖層蒙版的圖層”。
5、選中背景圖層，轉(zhuǎn)化為智能對象，然后選擇：濾鏡——高斯模糊，數(shù)值調(diào)到40。這一步的目的是使原先背景中得褶皺部分消失，但是同時會在小女孩的輪廓四周出現(xiàn)光暈。
6、選中背景圖層的智能濾鏡圖層，用中等大小、低硬度的黑色筆刷沿著小女孩的輪廓畫(我在做的時候把畫筆的流量和不透明度也調(diào)低了一些)，這樣可以去掉周圍那討厭的光暈。
7、新建一個圖層，使用漸變工具，從黑色到透明，反向，徑向漸變。
8、新建一個曲線調(diào)整圖層，調(diào)整曲線(如圖)，主要使亮部區(qū)域更好看。
9、點(diǎn)擊“文件——置入”，置入進(jìn)第一張素材，先調(diào)低它的透明度，以便調(diào)整位置使其放在人臉的適當(dāng)位置，位置調(diào)整好之后再把透明度調(diào)回100%。然后添加蒙版，用畫筆將不需要的部分擦除。(我做這一步的經(jīng)驗是先在蒙版上覆蓋全黑色，再根據(jù)人的輪廓用白色涂抹出需要的部位)。
10、置入第二張素材，用與第9步同樣的方法對山洞的洞口進(jìn)行修飾。這一步再重復(fù)一次，第二次可以將素材進(jìn)行變換位置以達(dá)到需要，分別為洞口的上方和左方做修飾。
11、置入第三張素材，透明度調(diào)位75%，然后調(diào)整圖片的位置，使一家人位于畫面中間，同時海平面位于小女孩的嘴與鼻子的中間位置。
12、用快速選擇工具選取前面做好的山洞，做好選區(qū)之后再回到“family”這個圖層上，把透明度調(diào)回100%，添加蒙版。
13、新建“色相/飽和度”調(diào)整圖層，對“family”這個圖層創(chuàng)建剪貼蒙版，選擇“紅色”，飽和度降到-47，使圖像中較為分散的橙色收斂一點(diǎn)。
14、將曲線調(diào)整圖層以上的所有圖層建成一個組，并設(shè)置圖層混合模式為“濾色”。
15、在新建的組這一圖層上，添加蒙版，用硬度低的筆刷，流量和透明度都調(diào)低，根據(jù)女孩的頭部輪廓畫，使山洞與頭部更好的融為一體。
16、添加“色相/飽和度”調(diào)整圖層，飽和度降到-54，明度升高到12。有一種褪色的感覺。
添加“照片濾鏡”調(diào)整圖層，選擇“冷卻濾鏡(80)”，濃度調(diào)到8%。使圖片呈現(xiàn)冷色調(diào)，完成最終效果。

Neuralink 與大腦的神奇未來·第二部分：大腦

在寫這篇文章時，我想起了自己為什么喜歡下面這種長得好看又可愛的大腦：

因為真正的大腦長得很丑，一點(diǎn)都不可愛。人類真惡心。

但是在過去一個月里，我一直在谷歌圖片中看著一張張黏糊糊、布滿血絲的腦部圖片，那簡直就是地獄?，F(xiàn)在你也要經(jīng)歷同樣的體驗，所以請做好心理準(zhǔn)備。

現(xiàn)在我們先從最外層開始。我覺得生物學(xué)有一個優(yōu)點(diǎn)是它有時也挺有條理的，而大腦也有一些條理分明的地方，首先是人類的頭部構(gòu)造就像是一個俄羅斯套娃。

你的頭部最外層是頭發(fā)，頭發(fā)下面是頭皮，然后你以為接下來就到顱骨了——但其實中間還有大概 19 層?xùn)|西才到顱骨。

在你的顱骨和大腦之間 [1] ，又有這樣一堆的東西：

在顱骨下面，大腦被三層薄膜包裹著。

最外層的是 硬腦膜 （dura mater），一層結(jié)實、凹凸不平的防水膜。硬腦膜會緊貼著顱骨。我聽說大腦是沒有疼痛感知區(qū)域的，但硬腦膜上就有——它的敏感程度與臉部肌膚相當(dāng)——硬腦膜受到壓力或撞擊往往會引起劇烈的頭痛。

下面一層叫做 蛛網(wǎng)膜 （arachnoid mater），大家可以看到這層薄膜下面的空間布滿了一些看上去富有彈性的纖維。我一直認(rèn)為，我的大腦只是被浸在某種液體里，然后就這樣在腦殼里面漂浮著。但其實大腦外部和顱骨內(nèi)壁之間的唯一間隙就是這層蛛網(wǎng)膜。這些纖維物質(zhì)可以固定住大腦的位置，讓它不會四處移動。當(dāng)頭部受到碰撞的時候，它們還可以起到緩沖的作用。這塊區(qū)域充滿了密度接近水的脊髓液，能讓大腦保持著一定的浮力。

最后一層是 軟腦膜 （pia mater），這層薄膜是跟大腦外層緊緊貼合在一起的。你知道為什么你每次看到的大腦照片總是覆蓋著一層黏糊糊的血管嗎？這些血管其實并不是在大腦表面上，而是嵌在軟腦膜里面的。（如果你不怕惡心的話， 這個視頻 可以看到一位教授從人腦剝掉軟腦膜的過程。）

下面大腦的全貌，這里用的應(yīng)該是一個豬腦：

從左到右，你會看到皮膚（粉色的那層），然后是兩層頭皮，接下來是顱骨、硬腦膜、蛛網(wǎng)膜，最右邊就是包裹在軟腦膜下面的大腦。

如果我們把外層的東西都剝干凈，就會看到這個粉嫩的東西：

這個看起來很好笑的東西，可是宇宙中已知的最復(fù)雜的物體——雖然它只有三磅重，但是神經(jīng)工程師蒂姆·漢森（Tim Hanson）卻稱之為「目前已知信息密度最大、結(jié)構(gòu)化程度最高而且自我組織最完整的東西」。強(qiáng)大如此的大腦，它在運(yùn)行時的功率僅為 20 瓦 （一臺 性能同樣強(qiáng)大的計算機(jī) 將需要 2400 萬瓦的功率才能啟動）。

麻省理工學(xué)院的教授波麗娜·安妮基娃（Polina Anikeeva）則將大腦 形容成 「可以用勺子舀的軟布丁」。腦外科醫(yī)生本·拉波波爾（Ben Rapoport）給出的描述感覺更為科學(xué)：「介于布丁和果凍之間的形態(tài)」。他說如果你把一個大腦放在桌面上，它會在重力的作用下變得更扁，有點(diǎn)像水母的感覺。我們通常不會想到大腦會是這么軟綿綿的，因為它一般都處于懸浮在液體中的狀態(tài)。

但這就是我們的樣子。你在鏡子里看到自己的身體和臉龐，你以為這就是你——但那其實只是一副皮囊。你真正的樣子是一個奇形怪狀的果凍球。希望你不會介意這個說法。

雖然這聽起來很詭異，但你也不能責(zé)怪亞里士多德或者是古埃及人，盡管他們曾經(jīng)斷定大腦只是毫無意義的「頭骨填充物」（亞里士多德認(rèn)為心臟才是智力的來源）。 [2]

后來，人類逐漸了解到了更多關(guān)于大腦的真相，但只是片面地了解。

克里希納·謝諾伊（Krishna Shenoy）教授 打了個比方 ，他說我們對大腦的理解，就如同在 16 世紀(jì)初 人類對整個世界地圖的了解一樣。

另一位教授，杰夫·李奇曼（ Jeff Lichtman ）的說法就更為苛刻了。他在自己課程的第一節(jié)課都會問學(xué)生一個問題：「如果大腦總共包含的知識是一英里，我們已經(jīng)在這個路程上走了多遠(yuǎn)？」他說學(xué)生們有回答三分之一的，有一半的，有四分之一的——但是這位教授給出的答案是「 大約 3 英寸 」。

第三位教授是神經(jīng)科學(xué)家莫蘭·瑟夫（ Moran Cerf ），他向我分享了在神經(jīng)科學(xué)界的一句老話，其中指出了為什么試圖完全理解大腦是一個無法達(dá)成的悖論：「如果人類大腦真的有那么容易理解，那么擁有這種簡單大腦的我們也是不能理解大腦的?！?/p>

在人類正在建造的偉大知識庫的幫助下，我們也許在未來某天可以做到這點(diǎn)?，F(xiàn)在，我們先來看看人類目前對大腦已知的東西——先從宏觀的角度開始。

我們先通過下面的半球截面圖來看看大腦的主要結(jié)構(gòu)：

現(xiàn)在我們把大腦取出來，然后去掉左半球，這樣我們就可以清晰地看到里面的結(jié)構(gòu)了。

神經(jīng)學(xué)家保羅·麥克萊恩( Paul MacLean )做過一張簡單的示意圖，其中闡釋了我們之前討論過的一個基礎(chǔ)概念：在進(jìn)化過程中，最先出現(xiàn)的是爬行腦，后來的哺乳動物以此為基礎(chǔ)發(fā)展出了第二重腦部結(jié)構(gòu)，最后人類的出現(xiàn)完善了第三重腦部結(jié)構(gòu)。

下面是這些結(jié)構(gòu)在真正的大腦上對應(yīng)的位置：

接下來我們來看看這里的每個部分：

這是我們大腦中最古老的一部分：

這是上面的大腦截面圖中青蛙老大所在的部分。事實上，青蛙的完整腦部的形狀就跟我們大腦的這個部分很相似：

在了解過這些部位的功能之后，你就會明白它們?yōu)槭裁词枪爬系牧恕@些部位能做的事情，青蛙和蜥蜴都能做。下面是其中主要的部分（點(diǎn)擊動圖可以查看高清版本）：

延髓（medulla oblongata）唯一想的事情就是讓你不要死。它負(fù)責(zé)控制一些非自主的活動，比如心跳、呼吸和血壓，另外如果它認(rèn)為你中毒了，它就會讓你嘔吐，干的都是些吃力不討好的活。

腦橋(pons)的工作非常零碎。它負(fù)責(zé)吞咽、膀胱控制、面部表情、咀嚼、唾液分泌、眼淚分泌和姿勢保持等工作——基本上就是看心情什么都做點(diǎn)。

中腦(midbrain)的工作甚至要比腦橋更零碎。如果一個大腦部位所做的事情都已經(jīng)有其他部位負(fù)責(zé)了，那它肯定不會好受。這里所說的就是中腦，它負(fù)責(zé)的工作包括視覺、聽覺、運(yùn)動控制、警覺、體溫控制等各種其他大腦部位也在做的事情。大腦的其他部位似乎也不太喜歡中腦，因為你可以看到「前腦、中腦、后腦」的比例差距有多么懸殊，所以看來中腦是被其他部位排斥了。

不過腦橋和中腦也有一項值得肯定的工作，它們還負(fù)責(zé)控制眼球自主運(yùn)動，這可是件正經(jīng)事。所以如果你正在轉(zhuǎn)動眼球的話，說明你的腦橋和中腦正在進(jìn)行它們的一項專職工作。

這個看起來有點(diǎn)怪，像是大腦陰囊一樣的東西就是你的小腦(cerebellum)。小腦負(fù)責(zé)讓你保持平衡、手腳協(xié)調(diào)和正常行走。 這里 是之前那位淡定的教授展示小腦解剖結(jié)構(gòu)的視頻。

在腦干的上方就是邊緣系統(tǒng)（limbic system）——讓人類變得如此瘋狂的大腦部位。

邊緣系統(tǒng)是一個生存系統(tǒng)。一個籠統(tǒng)的說法是，當(dāng)你在做一些你的狗也會做的事情時——進(jìn)食、飲水、交配、戰(zhàn)斗、躲避或者逃離可怕的東西——這就是邊緣系統(tǒng)在幕后操控。無論你是否愿意承認(rèn)，只要你在做上述的任何一件事時，你就處于原始人的生存模式。

邊緣系統(tǒng)還控制著你的情緒，而情緒歸根到底也是生存的需要——它們是更高級的生存機(jī)制，對于生活在復(fù)雜社會結(jié)構(gòu)中的動物來說必不可少。

我在之前的文章中提到了 即時獎勵猴子 ， 社會生存猛犸象 ，還有 其他一些動物 ——它們所指都是邊緣系統(tǒng)。每當(dāng)你的大腦發(fā)生內(nèi)部斗爭時，邊緣系統(tǒng)的工作可能就是慫恿你去做一些你以后會后悔的事情。

我確信學(xué)會控制邊緣系統(tǒng)是人類成熟的象征，同時也是人類最核心的斗爭。這并不是說如果沒有邊緣系統(tǒng)我們會活得更好——邊緣系統(tǒng)是我們之所以為人類的一半原因，我們生命中的大部分樂趣都與情緒或者動物本能欲望的滿足有關(guān)——只是邊緣系統(tǒng)并不知道你生活在一個文明社會，如果你過于放任它的話，它很快就會毀掉你的生活。

好吧，讓我們再拉近一點(diǎn)看看。邊緣系統(tǒng)由許多小部分構(gòu)成，不過我們只介紹其中最重要的一些部分：

杏仁體（amygdala）可以說是大腦中負(fù)面情緒的集中地。它負(fù)責(zé)焦慮、悲傷、還有我們對恐懼的反應(yīng)。大腦有兩個杏仁體，奇怪的是左邊的杏仁體表現(xiàn)更加樂觀一些，除了通常的負(fù)面情緒之外，它有時也會產(chǎn)生愉悅的情緒，而右邊的那個就一直處于心情不好的狀態(tài)。

海馬體（hippocampus，顧名思義，因為它看起來 像一只海馬 ）就像是記憶的速寫板。如果將老鼠放進(jìn)一個迷宮里面，它會慢慢記得迷宮的路，因為迷宮路徑的記憶會被編碼到老鼠的海馬體里面——確實是這樣。當(dāng)老鼠走到迷宮的不同位置時，它的兩個海馬體的不同部位會被喚醒，因為迷宮的每一個部分都對應(yīng)著海馬體的某一部位。但如果在記住了一個迷宮之后，這只老鼠又做了其他任務(wù)，在一年后再被放回原來的迷宮中，它就很難回想起這個迷宮要怎么走了。因為這時海馬體速寫板上的大部分內(nèi)容都被清除了，這樣才能騰出地方記憶新的東西。

電影《記憶碎片》（Memento）所描述的疾病是真實存在的——順行性遺忘癥（anterograde amnesia）是由海馬體受損所導(dǎo)致的。阿茲海默癥的病發(fā)就從海馬體開始，然后才慢慢擴(kuò)散到大腦的其他部分，這也是為什么阿茲海默癥患者會先開始變得健忘，隨后才出現(xiàn)其他一系列的嚴(yán)重癥狀。

丘腦（thalamus）位于大腦的中心，它就像是感官系統(tǒng)的中間人，它負(fù)責(zé)接收來自感覺器官的信息，然后再將其傳輸?shù)酱竽X皮層進(jìn)行處理。當(dāng)你在睡覺的時候，丘腦也跟和你一同入睡，也就是說負(fù)責(zé)傳輸感官的中間人下班了。所以在深度睡眠時，你通常不會因為輕微的聲音、光亮或觸碰而醒來。如果你想喚醒處于深度睡眠的人，你的動靜一定要足夠大才能喚醒丘腦。

唯一的例外是嗅覺，它是唯一可以繞過丘腦的感官。這就是為什么可以用嗅鹽來喚醒昏迷者的原因。既然說到這兒了，下面就給大家補(bǔ)充一個冷知識：嗅覺是 嗅球 （olfactory bulb） 的功能，而且這是最古老的一種感官。跟其他感官不一樣，嗅覺位于邊緣系統(tǒng)的深處，它與杏仁體和海馬體都有緊密的聯(lián)系——這也就是嗅覺可以喚起特定記憶和情緒的原因。

我們終于聊到皮質(zhì)（cortex）了，它又名「cerebral cortex」、「neocortex」、「cerebrum」和「pallium」。

作為整個大腦最重要的部位，它竟然連自己的名字都搞不清楚。所以這是怎么回事？

皮質(zhì)幾乎無所不能——它負(fù)責(zé)處理聽覺、視覺及感覺信息，同時還掌管著語言、運(yùn)動、思考、計劃、性格等諸多方面。

皮質(zhì)可以分為四葉：

這幾個部位的職責(zé)要描述起來確實沒有什么條理可言，因為每個部位所做的東西都很多，而且彼此之間存在大量重疊的功能，不過我們可以簡單概括一下：

額葉 （ frontal lobe ，點(diǎn)擊查看動圖）負(fù)責(zé)你的性格，以及一系列我們認(rèn)為跟「思考」有關(guān)的東西，包括推理、規(guī)劃和執(zhí)行等功能。其中，你的大部分思考行為都發(fā)生在額葉前端叫做 前額皮質(zhì) （prefrontal cortex）的部位——這是在你大腦中的智者。在之前提到的大腦內(nèi)部斗爭中，前額皮質(zhì)是與邊緣系統(tǒng)對立的一方。它是敦促你完成工作的理性決策者；叫你不要擔(dān)心其他人看法的內(nèi)部聲音；希望你不要對小事斤斤計較的高級存在。

如果你覺得這些工作還不夠麻煩，額葉還負(fù)責(zé)你身體的運(yùn)動。額葉頂部的前回是你的 「主要運(yùn)動皮質(zhì)」 （primary motor cortex）。

頂葉 （ parietal lobe ）負(fù)責(zé)的一項功能是觸覺控制，其中最主要是 「主要體覺皮質(zhì)」 （primary somatosensory cortex）的作用，它就在主要運(yùn)動皮質(zhì)的后面。

互相緊挨著的主要運(yùn)動皮質(zhì)和主要體覺皮質(zhì)是特別有趣的兩個部位，因為神經(jīng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它們的每個位置都與某個身體部位一一對應(yīng)。這就引出了本文最驚悚的一張配圖—— 「小矮人圖」 （homuculus）。

小矮人圖由神經(jīng)外科先驅(qū)懷爾德·彭菲爾德（Wilder Penfield）提出，它形象地展示了主要運(yùn)動皮質(zhì)和主要體覺皮質(zhì)所對應(yīng)的身體部位。圖中比例越大的身體部位，它們在相應(yīng)皮質(zhì)中所占的區(qū)域也越大。這里可以得出一些有趣的發(fā)現(xiàn)：

首先，大腦負(fù)責(zé)面部和手部運(yùn)動和觸覺的區(qū)域比其他身體部位的全部加起來還要多，雖然這聽起來有點(diǎn)難以置信，但其實還是可以理解的，因為我們需要做出差別非常細(xì)微的面部表情，而且我們的雙手需要無比靈巧，但是身體的其他部分，比如肩膀、膝蓋、后背，它們的動作和感覺就不需要那么細(xì)致了。這就是為什么人類可以用手指彈鋼琴，用腳趾就不行。

其次，這兩種皮質(zhì)所對應(yīng)的身體部位比例也高度近似。我也可以理解這點(diǎn)，但我從來沒有想過，身體最需要運(yùn)動控制的部位恰恰也是最敏感的部位。

最后，我偶然找到了下面這張圖片，然后它就一直在我的腦海中揮之不去，所以現(xiàn)在我也讓你們體會一下這種感覺——一個 3D 版的小矮人。

我們繼續(xù)——

顳葉 （ temporal lobe ）負(fù)責(zé)儲存你的大部分記憶。另外因為它就在你的的耳朵旁邊，所以它也是 聽覺皮質(zhì) （auditory cortex）所在的位置。

最后，位于你的后腦勺的是 枕葉 （ occipital lobe ），它幾乎被完全用于處理視覺信息。

一直以來，我都以為這些大片的腦葉就是組成大腦的一塊塊部位——就像我們在 3D 模型中看到的分區(qū)一樣。但實際上，皮質(zhì)只占大腦最外層的 2 毫米——也就相當(dāng)于一個硬幣的厚度——表層下面的空間基本上是各種神經(jīng)組織的復(fù)雜連結(jié)。

如果將皮質(zhì)從大腦上剝下來，你可以得到一個 2 毫米厚，面積為 2000 至 2400 平方厘米的區(qū)域， [4] 相當(dāng)于一塊 48 厘米 x 48 厘米（19 x 19 英寸）正方形餐巾。

這塊餐巾是你的大部分大腦行為發(fā)生的地方——它是你能夠思考、運(yùn)動、感覺、看見、聽到、記憶、說話和理解語言的原因。這簡直是史上最棒的餐巾。

還記得之前我說過「你只是個果凍球」嗎？好吧，其實你所認(rèn)為的自己其實主要是你的皮質(zhì)。換句話說，你其實是一塊餐巾。

當(dāng)把完整的大腦和扒下來的皮質(zhì)放在一起時，我們就能清楚地看到這些褶皺所增加的餐巾面積了：

盡管還不完美，但是現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)基本掌握了大腦的全貌。此外，我們對大腦的細(xì)節(jié)也有了一定的認(rèn)識。接下來是對大腦細(xì)節(jié)的介紹：

盡管我們早就明白了大腦是人類智力的源泉，但是科學(xué)界是在不久前才弄清楚大腦的構(gòu)造?？茖W(xué)家已經(jīng)知道人體是由細(xì)胞構(gòu)成的，但是直到 19 世紀(jì)末，意大利外科醫(yī)生卡米洛·高爾基（Camillo Golgi）才發(fā)現(xiàn)一種 染色法 可以揭開大腦細(xì)胞的真面目。他最后發(fā)現(xiàn)的結(jié)果令人意外：

這看上去不是細(xì)胞應(yīng)該有的樣子。高爾基當(dāng)時沒有意識到自己發(fā)現(xiàn)的其實是「神經(jīng)元」（neuron）。

科學(xué)家后來認(rèn)識到，幾乎對于所有動物來說，神經(jīng)元都是構(gòu)成大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，以及它們內(nèi)部的巨大溝通網(wǎng)絡(luò)的核心單位。

但直到 1950 年代，科學(xué)家才進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元之間進(jìn)行交流的方法。

軸突（axon），即神經(jīng)元上負(fù)責(zé)承載信息的細(xì)長突起，它的直徑通常非常小——因為它實在太小了，所以科學(xué)家直到最近才能用它來做實驗。在 1930 年代，英國動物學(xué)家 J·Z·揚(yáng)（J. Z. Young）在偶然之下得到了一個顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的發(fā)現(xiàn)——烏賊擁有異常巨大的神經(jīng)軸突，可用于實驗。幾十年之后，科學(xué)家艾倫·霍奇金（Alan Hodgkin）和安德魯·赫胥黎（Andrew Huxley）利用烏賊的巨大軸突，終于找出了神經(jīng)元傳遞信息的方式——動作電位（action potential）。它的原理是這樣的：

首先，神經(jīng)元的種類有很多：

為了簡單起見，我們在此只討論一種簡單常見的神經(jīng)元——椎體細(xì)胞（pyramidal cell），你可以在運(yùn)動皮質(zhì)中找到它們。如果要畫出一個神經(jīng)元圖示，我們可以先畫一個小人：

然后給他多加幾條腿和一些頭發(fā)，把胳膊卸掉，最后再把他拉長——這樣我們就畫出了一個神經(jīng)元。

然后我們再加幾個神經(jīng)元進(jìn)來。

這里我就不打算解釋動作電位的詳細(xì)原理了，因為其中會涉及許多不必要又沒意思的專業(yè)內(nèi)容，這些東西你應(yīng)該已經(jīng)在初中生物課上了解過了。如果你想完整了解相關(guān)的只是，我建議你閱讀可汗學(xué)院的這篇優(yōu)質(zhì) 科普文 。接下來，我們只會了解跟本文主題相關(guān)的一些基本概念。

現(xiàn)在，我們的神經(jīng)元小人的尾巴—— 軸突 ——帶有負(fù)極性的「靜息電位」，也就是說當(dāng)它靜止時會稍微帶負(fù)電荷。我們的神經(jīng)元小人的頭發(fā)（ 樹突 ，dendrites）總是會被其他小人的腳碰到 [5] ，盡管他可能不太情愿。其他人的腳會將一種叫做 神經(jīng)遞質(zhì) （neurotransmitter） [6] 的化學(xué)物質(zhì)掉在他的頭發(fā)上，這種化學(xué)物質(zhì)會穿過他的頭部（細(xì)胞體，或稱「soma」），根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)，他會稍微改變自己身體所帶的電荷。雖然這會讓我們的神經(jīng)元小人有點(diǎn)不舒服，但這也不是什么大問題——除此之外什么都不會發(fā)生。

但是如果有足夠多的化學(xué)物質(zhì)碰到了他的頭發(fā)，使他的電荷上升到某個值——即神經(jīng)元的「閾電位]（threshold potential），這時小人就會處于 動作電位 ，也就是說他被電擊了。

這是一種非此即彼的狀態(tài)：我們的小人不是處于完全沒有變化的狀態(tài)，就是處于被完全電擊的狀態(tài)。他不會存在被部分電擊或者過度電擊的狀態(tài)——要么完全沒有受到電擊，要么受到每次程度都一樣的電擊。

當(dāng)出現(xiàn)這種情況的時候，一股電流會從他的身體（軸突）流向他的腳（ 軸突末梢 ，axon terminal），后者會因此碰到其他小人的頭發(fā)（這個接觸點(diǎn)叫做 突觸 ，synapse），在這個過程中，小人身體的電荷會從負(fù)電短暫轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，然后迅速回到他正常的?fù)電位狀態(tài)。當(dāng)這個動作電位到達(dá)小人的腳時，軸突末梢會釋放化學(xué)物質(zhì)到它正在觸碰的頭發(fā)上，這樣有可能會導(dǎo)致被觸碰的小人受到電擊，正如他之前所遭遇的情況。

這就是信息在神經(jīng)系統(tǒng)中傳遞的方式——化學(xué)信息通過神經(jīng)元間的細(xì)小間隙傳導(dǎo)，并觸發(fā) 穿過 神經(jīng)元的電流信息——不過當(dāng)身體需要快速傳遞某個信號時，神經(jīng)元之間也可以通過電流來傳遞信息。

動作電位的傳遞速度為每秒 1 到 100 米之間。之所以會有這么大的變動范圍，部分原因是神經(jīng)系統(tǒng)中的另一種細(xì)胞——施旺細(xì)胞（Schwann cell）——它像是一位總覺得孫子穿不夠的老奶奶，一直往軸突身上蓋一層層厚厚的毯子—— 髓鞘 （myelin sheath）。整個過程就像這樣：

除了起到保護(hù)和絕緣的作用以外，髓鞘還是影響神經(jīng)元信息傳遞速度的主要原因——當(dāng)軸突被髓鞘包裹時，動作電位的傳導(dǎo)速度會快很多： [7]

下面舉個例子來說明髓鞘對信息傳遞速度的影響：比如當(dāng)你的腳趾踢到什么的東西的時候，你會馬上意識到自己剛才的動作，但是你可能要過一兩秒的時間才會開始感受到腳趾隱隱作痛。你立刻可以感到自己踢到東西和一陣劇痛，因為劇痛信息是通過經(jīng)過髓鞘包裹的軸突傳到大腦的，而你后來才開始感到隱隱作痛是因為這種痛感是通過 沒有髓鞘 保護(hù)的「C類神經(jīng)纖維」傳遞的，它的傳遞速度為每秒 1 米左右。

在某種意義上，神經(jīng)元跟電腦的晶體管很相似——它們都是用「1」（動作電位激活）和「0」（沒有動作電位激活）的二進(jìn)制語言傳遞信息。但是跟電腦晶體管不同的是，大腦的神經(jīng)元會一直處于變化之中。

你肯定有過這樣的經(jīng)歷，你學(xué)會了一種新技能，掌握得還不錯，但是到了第二天你發(fā)現(xiàn)自己又不會了。你第一天之所以能學(xué)會這項技能，是因為在神經(jīng)元之間傳遞信號的 化學(xué)物質(zhì) 的數(shù)量或濃度發(fā)生了變化。不斷重復(fù)的行為會導(dǎo)致這些化學(xué)物質(zhì)的改變，讓你可以取得進(jìn)步，但是到了第二天，之前調(diào)整過化學(xué)物質(zhì)會回歸到正常水平，你之前取得的進(jìn)步也會隨之消失。

但如果你接下來繼續(xù)堅持練習(xí)，你最終會長久地掌握這項技能。在這個過程中，你其實在告訴大腦，「這不是一次性的工作」，然后大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)便會做出可以長期持續(xù)的 結(jié)構(gòu)性調(diào)整 。神經(jīng)元會改變自己的形狀和位置，強(qiáng)化或弱化不同的連接，根據(jù)需要學(xué)習(xí)的技能搭建一套固定的路徑。

神經(jīng)元能夠在化學(xué)上、結(jié)構(gòu)上、甚至是功能上改變自己，根據(jù)外部世界不斷優(yōu)化大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這種現(xiàn)象就啊哦做 神經(jīng)可塑性 （neuroplasticity）。嬰兒的大腦擁有最高的神經(jīng)可塑性。嬰兒出生后，他的大腦完全不知道自己以后會有什么樣的人生：擁有一流劍術(shù)的中世紀(jì)勇士？擅長彈奏大鍵琴的十七世紀(jì)音樂家？還是既要記住并整理海量信息，又要管理復(fù)雜人際關(guān)系的現(xiàn)代學(xué)者？不管怎樣，嬰兒的大腦都已經(jīng)準(zhǔn)備好不斷調(diào)整自己，可以應(yīng)對未來任何形態(tài)的人生。

雖說嬰兒擁有最強(qiáng)大的神經(jīng)可塑性，不過這種能力將會伴隨我們的一生，所以人類才能不斷成長、改變和學(xué)習(xí)新知識，同時這也是我們可以養(yǎng)成新習(xí)慣、改變舊習(xí)慣的原因——習(xí)慣其實是大腦現(xiàn)有神經(jīng)結(jié)構(gòu)的反映。如果你想改變自己的習(xí)慣，你就需要付出巨大的意志力來推翻大腦之前建立的神經(jīng)路徑，但如果你可以堅持足夠長的時間，你的大腦最終會得到指示，改變之前的路徑，新的行為習(xí)慣將不再需要意志力的支撐。大腦已經(jīng)為新的習(xí)慣做出了相應(yīng)的生理變化。

這個難以想象的巨大神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大腦內(nèi)部的大約 1000 億個神經(jīng)元構(gòu)成的——這個數(shù)量與銀河系的恒星數(shù)量相仿，或者說是全球人口的十幾倍。其中有 150 到 200 億的神經(jīng)元位于皮質(zhì)，剩下的神經(jīng)元都在大腦的低級部位（令人意外的是，小腦的神經(jīng)元數(shù)量是皮質(zhì)的三倍有余）。

現(xiàn)在我們再縮小一點(diǎn)，看看另一張大腦的截面圖——不過這次不把大腦切成兩個半球，而是從中間切開：

大腦的內(nèi)部物質(zhì)可以分為 灰質(zhì) （gray matter）和 白質(zhì) （white matter）兩種。灰質(zhì)看起來的顏色要更深一些，由大腦神經(jīng)元的細(xì)胞體、樹突和軸突等東西組成。白質(zhì)的主要成分是負(fù)責(zé)在神經(jīng)細(xì)胞體之間或身體其他部位傳遞信息的軸突。白質(zhì)是白色的原因是這些軸突通常都會被髓鞘包裹，后者是一些白色的脂肪組織。

灰質(zhì)主要存在于大腦的兩個區(qū)域——我們上面提到的邊緣系統(tǒng)和腦干部位的內(nèi)部，以及跟硬幣一樣厚的大腦皮質(zhì)。 而在這兩者之間的大塊白質(zhì)主要由皮質(zhì)神經(jīng)元（cortical neuron）的軸突組成。皮質(zhì)就像是大腦的總指揮中心，它會通過存在于下方白質(zhì)的大量軸突傳達(dá)自己的指令。

下面是我見過最漂亮的關(guān)于灰質(zhì)和白質(zhì)的 概念圖解 ，由格雷格·A·鄧恩（Greg. A. Dunn）博士和布萊恩·愛德華茲（Brian Edwards）博士制作。大家可以清晰看到外層的灰質(zhì)和底下的白質(zhì)之間的結(jié)構(gòu)區(qū)別（點(diǎn)擊圖片查看高清版本）：

這些皮質(zhì)軸突可能會將信息傳遞到皮質(zhì)的其他部位、皮質(zhì)下方的大腦部位，或者通過脊髓（神經(jīng)系統(tǒng)的告訴功能）傳遞到身體的其他部位。 [8]

下面我們來看看完整的神經(jīng)系統(tǒng)是長什么樣的：

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