脑科学科普| 顶尖神经科学家讲述的 13 个关于大脑的有趣事实

文摘   2024-11-22 00:00   德国  

背景:在过去的一年里,多位世界顶尖的神经科学家曾接受采访,他们曾访问赛因斯伯里威康中心。作为2019年脑意识周的一部分,下面分享一些他们最喜欢的神经科学事实。


1. 即使没有自由意志,我们的大脑也会编造故事来暗示我们有自由意志

“研究人类患者的神经科学家发现,如果刺激运动区的某一部分以产生特定行为,患者会编造理由来解释自己为什么会做出这个动作。

我不知道我们是否真的拥有自由意志,但我认为,随着越来越多的例子出现,明显显示他们的自由意志并没有导致他们的行为,但大脑为了保持一致性,还是会编造一个理由。”——詹姆斯·菲茨杰拉德,贾内利亚研究中心组长

2. 神经科学家可以“读取”老鼠的想象力

“海马体早已被认为存储记忆和表示空间,但最近的证据表明它也支持想象。当这种心理模拟模式开启时,你可以通过老鼠的神经活动读取它可能在想象什么。”——亚当·凯佩克斯,冷泉港实验室神经科学项目教授

3. 大脑中超过一半的神经元只有四个输入

“颗粒细胞是小脑中最简单的细胞之一,它们占据了大脑中超过一半的神经元!颗粒细胞非常小,只有四个树突,每个树突只有一个突触。这意味着颗粒细胞总共只接收四个兴奋性信息,所以它们必须进行一些简单的整合,但它们占据了大脑中一半的神经元,因此它们一定在某种方面非常重要。

颗粒细胞的实际功能尚不清楚,因为尽管它们小而简单,但记录这些细胞的活动非常困难。赛因斯伯里威康中心的马格里实验室已经进行了一些对这些细胞的记录。”——亚当·汉特曼博士,贾内利亚研究中心组长

4. 大象进化出巨大脑区来控制它们的鼻子

“人们说大象拥有最大的脑和最多的细胞,原因在于它们的小脑中有大量的颗粒细胞(甚至比人类更多)。我认为部分原因是大象必须能够控制它们复杂的鼻子,鼻子有许多不同的肌肉。”——哈维尔·梅迪纳教授,贝勒医学院(休斯顿)

5. 斑马鱼可以再生脊髓

“斑马鱼、以及大多数两栖动物和鱼类的一个惊人之处在于,如果你切断它们的脊髓,然后让它们自己待着,最多一周内,整个脊髓会再生,鱼就可以游走。”——图安·布伊博士,渥太华大学生物系副教授

6. 大多数神经元伴随你一生

“你出生时的神经元大部分会伴随你直到去世,因此这些细胞会伴随你一生。在你的一生中,这些脑细胞会积累基因突变,成年个体的所有神经元的基因组被认为是独特的。”——兰德尔·普拉特博士,苏黎世联邦理工大学

7. 大脑确保世界不会看起来颠倒

在早期神经科学研究中,科学家发现眼睛的晶状体不仅能聚焦图像,还会将图像上下颠倒。一个重要的问题是:大脑是如何将这些颠倒的图像翻转回正的?为什么我们看到的世界并不颠倒?

后来人们意识到,一旦图像进入大脑,就不需要再翻转。大脑不再使用绝对坐标。如果某个东西在你视觉皮层的底部,这并不意味着它在现实中就低。大脑只关注相对坐标。

这一发现是神经科学的一个哲学突破:大脑的坐标与现实世界的坐标之间的关系比我们最初想象的要复杂得多。这也揭示了大脑如何灵活处理信息,构建行为,而不拘泥于现实中的简单对应。

8. 大脑需要遗忘才能正常工作

人们常常把遗忘视为一种病态,但实际上,遗忘是适应性的。我们不需要记住每一件发生过的事。

一些拥有超强记忆的人,虽然能记住许多细节,但往往难以提炼出一般性原则。他们只看到树木,而看不到森林。因此,记住每个细节并不是一件好事。

9. 分脑现象可能导致意识分裂

在20世纪60年代,科学家们进行了关于“分脑现象”的实验,这种现象是由于连接大脑两个半球的胼胝体被切断。在这种情况下,同一个个体会出现两种独立的认知。

实验中,患者的左右视觉场分别展示不同的图像。当询问他们看到什么时,他们会报告右侧视觉场的内容,因为这些信息由与语言相关的左半球处理。如果让他们用左手选择看到的物体,他们会选择左侧视觉场的物体,因为这些信息传递到控制左手的右半球。这使得同一个个体似乎拥有了两种不同的意识。

10. 中风患者的半侧忽视也影响记忆

中风患者或有顶叶损伤的人,可能会经历一种叫做“半侧忽视”的现象,他们不会关注视觉场的左半部分。例如,他们可能只会刮脸的一侧,或者在画花时只画一边的花瓣。

更奇怪的是,半侧忽视还会影响记忆。在一项研究中,患者被要求想象自己站在米兰一个广场的中心,朝北回忆周围的商店和街道,但他们只记得右侧的商店和街道。然后让他们想象朝南,他们又能记起另一侧的街道和商店。

这表明,视觉想象和记忆使用了相似的神经机制,而记忆可能以空间组织的方式排列,这让这种现象变得更有道理。

11. 某些中间神经元的代谢活性与心脏细胞相当

过去,如果想判断一个人是否心脏病发作,通常会通过血液测试来查看LDH(乳酸脱氢酶A-B)的比率。大多数肌肉和血液中某种亚型的比例较高,心脏则相反,以支持更高的代谢水平。

然而,研究发现,皮层快速放电的中间神经元的LDH A-B比率也呈现出相反的情况。这些细胞代谢活跃,代谢特征与心脏细胞相似,甚至表达一种曾被认为只存在于心脏的特殊电子传输基因亚单位。

这些中间神经元的失调与精神分裂症和听觉幻觉有关,表明它们在大脑中扮演着重要角色。

12. 大脑中的抽象认知具有物质本质

“位置细胞”的发现开辟了全新的思维方式,证明了认知功能有其物质基础。这是大脑功能的一个非常抽象的方面首次被证明具有物质本质,我认为这是神经科学迄今为止最重要的科学发现。

13. 即使是自愿行为也受到大脑的隐性调控

研究帕金森病让我们更清楚地认识到,隐性调控在我们感觉正常的自愿行为中占据了多么核心的地位。

我们很容易想象,虽然一个人的思维能力完好无损,但他却可能无法执行某些动作,这通常与外周神经系统有关。然而,对于亨廷顿病、抽动症或帕金森病等疾病来说,实际上大脑的中央结构对我们行为的隐性控制是非常强大的,这种控制与我们认为的明确、自愿和深思熟虑的行为控制紧密相连。

比如,当你饿了,特别想吃午餐时,你会走得更快去吃。这看似并不算是自愿行为的核心,但从某种角度来看,这种调节行为的能力实际上是自愿行为的本质之一。

这部分是因为隐性神经回路在不需要我们思考的情况下,默默地调节着我们的行为,使一切变得流畅、自然,并适应环境。也许这些调节并不总是需要我们明确地去考虑。

根据我们的了解,过去五亿年间,大脑的基本结构几乎没有变化。基底神经节的规模随着大脑的大小线性增长。尽管在这段时间内,脑皮层经历了巨大的多样化,从最初的小结构(称为皮层)到灵长类动物的巨大新皮层,基底神经节始终是其中一个关键部分。

References:(上下滑动)

1. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/understanding-sensorimotor-circuits

2. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/learning-reward-and-punishment

3. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/neural-circuits-dexterity

4. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/predicting-and-preparing-future

5. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/maturation-motor-control

6. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/combining-vivo-genetic-perturbation-crispr-screening

7. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/hippocampus-predictive-map

8. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/searching-engram

9. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/defining-internal-tuning-curves-neuronal-codes-space

10. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/hippocampus-predictive-map

11. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/supporting-adaptive-changes-sound-processing

12. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/encoding-internal-3d-map-external-world

13. https://www.sainsburywellcome.org/web/qa/towards-canonical-computation-basal-ganglia-vigorous-pursuit-reward

编译| Jim


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