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一个精密神奇的结构,就藏在你的身体里

少儿编程网2021-09-24 14:47:27儿童科普文章 人已围观 来源:少儿编程 -用户投稿

简介出品:科普中国  制作:周盈盈(中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心)  监制:中国科学院计算机网络信息中心  我们经常会被问:“你心里到底在想些什么呢?”  如果人体器官能说话,那么听到这个问题,心脏可能会说:“什么??我根本就没有‘想’这个功能好嘛!”  而大脑则可能会感觉更委屈:“为什么问心在想些什么?明明是我啊!是我一直在‘想’!”    图片来源:veer图库  大脑实实在在承载着“想

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  制作:周盈盈(中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心)XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  监制:中国科学院计算机网络信息中心XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  我们经常会被问:“你心里到底在想些什么呢?”XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  如果人体器*能说话,那么听到这个问题,心脏可能会说:“什么??我根本就没有‘想’这个功能好嘛!”XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  而大脑则可能会感觉更委屈:“为什么问心在想些什么?明明是我啊!是我一直在‘想’!”XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  一个精密神奇的结构,就藏在你的身体里XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  图片来源:veer图库XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  大脑实实在在承载着“想”这件事。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  因为“想”,大脑这个仅占人体体重2%的器*,却要消耗全身耗氧量的20%,及全身ATP(能量)的17%,因此被誉为人体的“CPU”。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  它有着**复杂的神经网络结构,也是世界上已知的拥有**强计算能力的“存在”。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  2016年3日15日,著名围棋棋手李世石对战谷歌AlphaGo,尽管**终以1:4的成绩输给了AlphaGo,但是比赛时“阿尔法狗”要耗掉1202个CPU、176个GPU和100多名科学家的算力,而李世石只需要他的大脑和一杯咖啡。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  你一定很好奇,大脑是如何实现高速运算和信息传递的?XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  它有什么样的神奇之处?XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

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  在这个互相缠绕的网络中,神经细胞诉说着无尽的“秘密”XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  (图片来源:veer图库)XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  大脑“地图”长啥样?XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  我们的大脑由140亿个神经元组成,它们就像奔腾的大海,一天24小时,永远不停地为我们工作着,不同的脑区高度有序,各司其职,精细调控着我们的身体。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  在人脑的结构中,大脑皮层是整个中枢神经系统的**高级中枢,大脑皮层的高度进化也是哺乳动物进化的标志。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

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  大脑皮层的主要结构与功能(图片来源:维基百科-大脑皮层,作者改编)XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  而我们常说的大脑,通常是指大脑皮层及皮层下的一些重要结构,如扣带回、基底神经节、边缘系统、腹侧被盖区等。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  如图所示,人脑除大脑外,还包括胼胝体,间脑,脑桥,小脑,脊髓等结构,它们共同构成了我们的中枢神经系统。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

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  人脑主要的结构与功能(图片来源:《神经生物学原理》,作者改编)XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  你记不记得电视剧里时常上演的“吞枪自杀”场景?其实,枪在喉咙中正对着的就是脑干的延髓部分,而延髓又是调控我们呼吸、心跳和消化的重要脑区,一旦延髓被破坏,人就会立即丧失生命。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  因此,当遇到危险时,一定要保护好我们的后脑勺!XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  而在事故中,如果损伤到了脊髓,大脑和身体连接的通路就断了,此时大脑既接收不到身体的感觉信息,发出的运动指令也无法到达躯体,就会导致半身瘫痪。因此,在发生车祸或意外跌落的现场,切忌随意翻动伤员,以免加重其脊髓损伤,造成不可逆的后果。 XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  聪明的脑是怎样传递信号指挥身体的?XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  神经元是大脑活动的**基本的单元,约占神经细胞的1/10。神经元能传递外界的感觉信号、发出运动命令,像一位执行总指挥似的。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  除神经元外,大脑还具有胶质细胞,它则支持着神经元及其环绕神经的其他组织。胶质细胞占神经细胞的9/10,像是警卫员一般,履行着让大脑行动有序、高效运转的责任。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

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  神经胶质细胞保护,供养和支持神经元(图片来源:www.visiblebody.com)XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  其次,神经元独特的形状和结构帮助神经系统信号实现快速传递。神经元胞体有许多树突,它们就像是“天线”一样,在接收到信号后,引起神经元兴奋,将信号通过轴突传递给下一个神经元。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

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  神经元的基本结构(图片来源:www.visiblebody.com)XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  如果该信号是运动信号,当该信号传递到大脑的运动皮层时,运动神经元就会发出运动指令,通过皮层-皮层下运动环路调控后将信号传递给脑干,并到达躯体的各个部位,精确地控制我们每一个行为。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

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  皮层-皮层下的运动环路,Cortex 皮层;Basal ganglia:基底神经节;Brain stem/Spinal cord 脑干/脊髓;Cerebellum 小脑;Thalamus 丘脑 (图片来源:Movement Disorders. 2019 Aug;34(8):1130-1143)XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  被操控的大脑XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  在科幻电影中,我们经常能看到具有超能力者控制别人大脑的画面。而在现实生活中,大脑真的可以被操控吗?XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  2017年,耶鲁大学的Ivan E de Araujo教授利用光遗传技术(通过光来激活神经元)操控了小鼠捕食蟋蟀的过程。其中,中心杏仁核CeA和对应靶点应导水管周围灰质PAG,在小鼠的捕食行为中发挥着重要作用。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  如视频所示,当蓝色激光处于关闭状态时,小鼠看到蟋蟀会产生“好奇”和“害怕”的反应,而后慢慢远离它。而一旦蓝色激光开启,通过光遗传技术激活 CeA →PAG神经环路时,小鼠会立马跑过去捕食蟋蟀。这说明在实验中,小鼠的大脑是会被光信号控制的。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  人脑——地表**强!XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  人和动物的大脑究竟有什么区别?为什么是人类而不是其他动物创造了社会文明?XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  不同哺乳动物的大脑,在结构和比重上的差异是很大的,而人脑的特殊性则为人类文明的创造奠定了生理上的基础。相比较而言,人,猩猩和海豚大脑有很多褶皱,大鼠和兔子的大脑皮层则比较光滑。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

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  不同哺乳动物的脑对比(图片来源Neuroscience: Exploring the Brain(2007)-Chapter7)XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  皱褶的产生取决于两个参数:大脑皮质的生长速度和厚度。在大脑皮层发育过程中,神经细胞的数量、大小、形状和位置变化导致了大脑表面皮质的膨胀,而位于皮层下方的白质则变化不大,这使大脑皮层在压力下出现物理作用力的机械不稳定,**终形成褶皱结构。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  尽管猩猩和海豚都拥有更多“沟壑纵横”的大脑皮层,但是黑猩猩的皮层面积只有600平方厘米,但人的大脑皮质面积却有约2400 平方厘米之多。人的大脑皮质的面积和结构与猩猩有着巨大的差异,尤其是人大脑皮层的额叶所占比例远远大于猩猩,这也导致人的智力更高。 XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  而海豚作为拥有较高智商的动物,它的大脑皮质面积达到了2600 平方厘米,其神经元数目比人类还多,但是海豚大脑的功能远远无法和人类相比,这是为什么?XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  这是由于人和海豚的祖先选择了不同的进化路径:海豚选择了在海洋进化,四肢演变为鳍。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  为了适应复杂而广阔的海洋环境,海豚大脑皮质虽然很发达,但大部分都用来管理和控制它们的声波定位系统了。更有趣的是,海豚为了24小时保持运动、交流和捕食能力,它们的左右大脑甚至可以轮流睡觉。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

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  海豚的回声定位系统(图片来源: https://dolphinquest.com/)XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  而人类选择了陆地,进化出灵活的手指。手的进化创造了复杂的工具,而对复杂工具的学习与制作,又使得脑和手得到进一步开发。如此循环,渐渐使我们的祖先从原始人进化成智人,以及脑容量的急剧增加使得智人可以分辨和发出更多的音素,**终发展出人类独有的语言和文字,从而创造了社会文明。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  大脑的结构不断向复杂演化,适应着千变万化的复杂环境。而同时,环境的改变又促使着大脑结构的“升级”,我们就这样在不断的变化之中开启了漫长的进化之旅。XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  参考文献:XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  1. Han, W., et al., Integrated Control of Predatory Hunting by the Central Nucleus of the Amygdala. Cell, 2017. 168(1-2): p. 311-324 e18.XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  2. Parker, J.G., et al., Diametric neural ensemble dynamics in parkinsonian and dyskinetic states. Nature, 2018. 557(7704): p. 177-182.XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  3. Wichmann, T., Changing views of the pathophysiology of Parkinsonism. Mov Disord, 2019. 34(8): p. 1130-1143.XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  4. 大脑表面为什么有这么多褶皱?知乎XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

  5. 如果海豚在陆地上坚持了下来,或许海豚文明会取代我们人类文明 个人图书馆XVQ少儿编程网-https://www.pxcodes.com

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