博文
大脑是怎样工作的？
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【译自《New York Times》2003年十一月十一日】
SANDRA BLAKESLEE
欧阳峰译
在了解人类大脑的持续努力中，我们的疑案越来越多。让我们先来看看科学家们面对的是什么玩意儿。把我们的高级思维活动中心━大脑新皮质拉平的话，它的大小和厚薄大概和一张正式 餐巾一样。
大脑新皮质有一千亿个细胞，每个细胞有一千到一万个突触。这样，大脑新皮质拥有大约一百万亿个连接和三亿英尺的连线，这些都和其他组织一起被塞在大脑的一个半夸托的体积内。
令人困惑的是，这些细胞排列成很相似的六层。这些层中不同的区域，担负着不同的认知功能，如视觉、触觉、平衡感、运动和感情反应等。更诡异的是，在新皮层到大脑低层方向，还有大量的“反馈线路”，其数量，相当于自下而上的“输出线路”的10多倍。
更糟糕的是，我们缺少一个好的框架，去理解大脑的“线路连接”和它的电化学机制。科学家们不清楚这个6层的皮质是怎样产生自我意识的。他们也搞不懂在形成大脑的过程中，基因和经验之间错综复杂的关系。他们更不懂亿万个松散地连接在一起的神经元的激发，是如何产生协调的，有目的的行为的。
总之，他们看到了树木，却见不到森林。
但他们认为已经解决了一个多年的难题。神经学家们有一个共识：精神与大脑，是密不可分的。在人的大脑中，有思想、欲望、语言、感知、道德信仰和使人成之为人的所有特征的物质基础。所有这一切，都起自于亿万个普通细胞的交互作用。神经科学家没有找到二元论的证据。没有上帝的手指在指挥人的思想。
那神经科学家们在做什么呢？他们像个拆手表的孩子，卸下了大脑的所有部件，一只只地摆在面前。他们有了关于这手表工作原理的上千个线索。
但是怎么把它装回去呢？只是一件件看它的元件，怎么能了解如此复杂的玩意？更难的是，如何把不同层次的分析结果综合起来？有些大脑活动是在不足一毫秒的时间里发生的，但另一些活动，比如长期记忆的形成，却需要几天、乃至几周的时间。人们可以研究从分子、离子通道，神经元到功能区，线路，振荡和化学变化等各个层次。参与大脑随着经验而变化和修复损坏的还有神经干细胞和重塑机制。
仪器的发展一直在推动对脑的研究。在20世纪70年代末，科学家采用的方法，是把电流针插在单颗的细胞上，以测量它激发的模式。但进入20世纪90年代后，他们则用扫描成像技术，去观察人在说话、读书、赌博、或遇到道德难题时，大脑的活动。最近甚至有人观察性高潮时的脑状态。
可惜，这些研究虽然引人入胜，却反而加剧了在脑科学界的一个重大争论：大脑是由互通信息的个体分子组成，还是有着一个松散的组织，使得在面对一个特定任务时，一组相隔甚远的神经元会一起激发？在研究大脑的分区时，有些研究者认为象语言，肢体运动和辨认面貌等专门区域是固定连接的模块。
但也有人说这些区域是出奇地灵活。比如，同样是辨认人类面貌的区域，却可以被观鸟者用来观察相近物种间的区别，或被汽车专家用来分辨同一个牌子汽车的制造年份。
虽然双方都同意在出生时，大脑有一定的预设，但这种预设的性质不是很清楚。在大脑表达的基因做了什么？基因是如何影响行为的？什么是固定的，什么是可变的？文化在大脑定型的过程中起什么作用？
虽然还没有整体上和谐的框架，科学家们已在脑活动和行为之间建立起了若干关联。新的成像技术揭示了在人们思考问题或情绪变化时，大脑活动的连接和整体模式。科学家还将老鼠脑中的基因表达进行定位，以了解看来相似的神经元是否有不同的蛋白质和功能。一种磁性设备可以安全地暂时“关闭” 人脑中的区域，来了解这些区域的作用。
大脑活动的时间特性也仍然是一个热门话题。在没有外来刺激的时候，神经元仍然是活跃的。它们充满了电流起伏，可以产生振荡，也可以通过相互作用而形成瞬间的活动模式。这些瞬间模式携带信息吗？或许它们在平均上相互抵消了？大脑究竟是怎样携带信息的？
脑科学的最激动人心的进展之一是最近对“大脑前庭”（frontal lobes）的探索。大脑前庭位于人的前额的后面，可谓人的“社交中心”。它影响人的情绪，认知，纠错等活动。它也主管我们的身体意识，决策过程和对自身经验的认同。这里有一些特殊的电路，其中的纺锤状的细胞，似乎在向大脑的其他部位播送信息：这样好，那样不好。科学家发现身体和大脑的状态都会影响情绪。这就证明体脑的区分是虚幻的。
另一些科学家更对个性区别感兴趣。为什么有人善体人意，有人粗鲁刻薄，又有人善辩，有人害羞，有人能歌善舞呢？脾气是由基因所定吗？孩童的经历是否影响他们的大脑结构？有一种叫“镜细胞”的特殊脑细胞，似乎是专司婴儿的模仿的：如模仿大人的手势、表情、语言和情绪等。
脑化学也不再把神经调质（ｎｅｕｒｏｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）看成是给我们清醒和快感的“汁水”。象5－羟色胺（ｓｅｒｏｔｏｎｉｎ）,多巴胺（ｄｏｐａｍｉｎｅ）和去甲肾上腺素（ｎｏｒｅｐｉｎｅｐｈｒｉｎｅ）这些物质，在学习，记忆更新和精神病等方面都起着关键作用。
关于自由意志的问题也浮出水面。我们的一些行为是有意识的，但大多数却受臭名昭著的下意识控制。如此说来，虽然我们也有所选择，但自由意志恐怕只是幻觉。再说，所谓意识到底是什么？在寻找解答时，科学家们却又发现了新的疑团。他们现在相信，大脑是以模仿现实来工作的。大脑根据以往经验构造了一个框架，而输入的视觉，听觉和触觉等都被放到这个框架里去理解。
许多神经学家说，所有这些疑团是他们的饭碗的保障。
https://blog.sciencenet.cn/blog-309766-303706.html
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SANDRA BLAKESLEE
欧阳峰译
在了解人类大脑的持续努力中，我们的疑案越来越多。让我们先来看看科学家们面对的是什么玩意儿。把我们的高级思维活动中心━大脑新皮质拉平的话，它的大小和厚薄大概和一张正式 餐巾一样。
大脑新皮质有一千亿个细胞，每个细胞有一千到一万个突触。这样，大脑新皮质拥有大约一百万亿个连接和三亿英尺的连线，这些都和其他组织一起被塞在大脑的一个半夸托的体积内。
令人困惑的是，这些细胞排列成很相似的六层。这些层中不同的区域，担负着不同的认知功能，如视觉、触觉、平衡感、运动和感情反应等。更诡异的是，在新皮层到大脑低层方向，还有大量的“反馈线路”，其数量，相当于自下而上的“输出线路”的10多倍。
更糟糕的是，我们缺少一个好的框架，去理解大脑的“线路连接”和它的电化学机制。科学家们不清楚这个6层的皮质是怎样产生自我意识的。他们也搞不懂在形成大脑的过程中，基因和经验之间错综复杂的关系。他们更不懂亿万个松散地连接在一起的神经元的激发，是如何产生协调的，有目的的行为的。
总之，他们看到了树木，却见不到森林。
但他们认为已经解决了一个多年的难题。神经学家们有一个共识：精神与大脑，是密不可分的。在人的大脑中，有思想、欲望、语言、感知、道德信仰和使人成之为人的所有特征的物质基础。所有这一切，都起自于亿万个普通细胞的交互作用。神经科学家没有找到二元论的证据。没有上帝的手指在指挥人的思想。
那神经科学家们在做什么呢？他们像个拆手表的孩子，卸下了大脑的所有部件，一只只地摆在面前。他们有了关于这手表工作原理的上千个线索。
但是怎么把它装回去呢？只是一件件看它的元件，怎么能了解如此复杂的玩意？更难的是，如何把不同层次的分析结果综合起来？有些大脑活动是在不足一毫秒的时间里发生的，但另一些活动，比如长期记忆的形成，却需要几天、乃至几周的时间。人们可以研究从分子、离子通道，神经元到功能区，线路，振荡和化学变化等各个层次。参与大脑随着经验而变化和修复损坏的还有神经干细胞和重塑机制。
仪器的发展一直在推动对脑的研究。在20世纪70年代末，科学家采用的方法，是把电流针插在单颗的细胞上，以测量它激发的模式。但进入20世纪90年代后，他们则用扫描成像技术，去观察人在说话、读书、赌博、或遇到道德难题时，大脑的活动。最近甚至有人观察性高潮时的脑状态。
可惜，这些研究虽然引人入胜，却反而加剧了在脑科学界的一个重大争论：大脑是由互通信息的个体分子组成，还是有着一个松散的组织，使得在面对一个特定任务时，一组相隔甚远的神经元会一起激发？在研究大脑的分区时，有些研究者认为象语言，肢体运动和辨认面貌等专门区域是固定连接的模块。
但也有人说这些区域是出奇地灵活。比如，同样是辨认人类面貌的区域，却可以被观鸟者用来观察相近物种间的区别，或被汽车专家用来分辨同一个牌子汽车的制造年份。
虽然双方都同意在出生时，大脑有一定的预设，但这种预设的性质不是很清楚。在大脑表达的基因做了什么？基因是如何影响行为的？什么是固定的，什么是可变的？文化在大脑定型的过程中起什么作用？
虽然还没有整体上和谐的框架，科学家们已在脑活动和行为之间建立起了若干关联。新的成像技术揭示了在人们思考问题或情绪变化时，大脑活动的连接和整体模式。科学家还将老鼠脑中的基因表达进行定位，以了解看来相似的神经元是否有不同的蛋白质和功能。一种磁性设备可以安全地暂时“关闭” 人脑中的区域，来了解这些区域的作用。
大脑活动的时间特性也仍然是一个热门话题。在没有外来刺激的时候，神经元仍然是活跃的。它们充满了电流起伏，可以产生振荡，也可以通过相互作用而形成瞬间的活动模式。这些瞬间模式携带信息吗？或许它们在平均上相互抵消了？大脑究竟是怎样携带信息的？
脑科学的最激动人心的进展之一是最近对“大脑前庭”（frontal lobes）的探索。大脑前庭位于人的前额的后面，可谓人的“社交中心”。它影响人的情绪，认知，纠错等活动。它也主管我们的身体意识，决策过程和对自身经验的认同。这里有一些特殊的电路，其中的纺锤状的细胞，似乎在向大脑的其他部位播送信息：这样好，那样不好。科学家发现身体和大脑的状态都会影响情绪。这就证明体脑的区分是虚幻的。
另一些科学家更对个性区别感兴趣。为什么有人善体人意，有人粗鲁刻薄，又有人善辩，有人害羞，有人能歌善舞呢？脾气是由基因所定吗？孩童的经历是否影响他们的大脑结构？有一种叫“镜细胞”的特殊脑细胞，似乎是专司婴儿的模仿的：如模仿大人的手势、表情、语言和情绪等。
脑化学也不再把神经调质（ｎｅｕｒｏｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）看成是给我们清醒和快感的“汁水”。象5－羟色胺（ｓｅｒｏｔｏｎｉｎ）,多巴胺（ｄｏｐａｍｉｎｅ）和去甲肾上腺素（ｎｏｒｅｐｉｎｅｐｈｒｉｎｅ）这些物质，在学习，记忆更新和精神病等方面都起着关键作用。
关于自由意志的问题也浮出水面。我们的一些行为是有意识的，但大多数却受臭名昭著的下意识控制。如此说来，虽然我们也有所选择，但自由意志恐怕只是幻觉。再说，所谓意识到底是什么？在寻找解答时，科学家们却又发现了新的疑团。他们现在相信，大脑是以模仿现实来工作的。大脑根据以往经验构造了一个框架，而输入的视觉，听觉和触觉等都被放到这个框架里去理解。
许多神经学家说，所有这些疑团是他们的饭碗的保障。
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