得到：脑科学50讲精华笔记（23页）.pdf

1、王立铭脑科学50讲王立铭生物学家深圳湾实验室资深研究员生命科学50讲 主理人精华笔记脑科学50讲模块导览脑科学的核心问题脑的基本单元心智活动的载体是什么？神经元心智活动是如何发生的？人类智慧是独一无二的吗？脑科学需要什么研究工具？动作电位突触感觉输入运动输出学习记忆本能情绪人类语言预测未来理性思考自我意识自由意志神经元脑脑的四大角色角色一：智能计算机角色二：本能和情绪的容器角色三：人类独特智慧的载体角色四：人体核心器官脑的未解难题先天和后天：大脑功能到底如何造就？灵魂和肉身：灵魂离体的感觉是怎么回事？现在和未来：脑机接口能否带来脑的升级？脑科学的核心问题问题一：心智活动的物质载体是什么？心脏

2、大脑脑中亿万个神经细胞，以及神经细胞彼此之间的连接，是一切心智活动的载体和容器。问题二：心智活动是如何发生的？1.本能活动：标记线极少数生死攸关的、基于动物本能的、不太需要频繁调试和改动的心智活动，是通过脑功能和神经细胞一一对应 的方式工作的。比如动物饿了会进食、困了会睡眠、遇到危险会战斗和逃跑。2.复杂活动：群体编码问题三：人类智慧是独一无二的吗？以情绪为例，如何证明动物也有情绪，且和人类情绪类似？1.看起来像：动物在进入某种情绪状态时，它的外在特征，比如身体姿态、动作、声音等等，和处在这种情绪中的人类看起来很像。2.机制类似：如果我们认为动物也有某种人类的情绪，我们得证明两者在底层的脑科学

3、机制上比较类似。3.药物反应：当我们已经根据 看起来像 和 机制类似 建立了某种动物的情绪模型之后，如果又找到了一种或者几种药物，或者某种非药物的干预手段，能够同时改变大量神经细胞形成 网络 来记录和处理更复杂、更动态的信息。思路拆解：五个神经细胞作为一个系统中的五个节点，可以代表大量不同的大脑状态。比如说用1来代表一个神经细胞正在活动、0代表它处在静默状态，那么五个神经细胞最多就可以呈现25=32种不同的状态。11000是一种，11001是另外一种，以此类推。动物和人类的同一种情绪状态，我们就能进一步说明动物和人类共享同一种情绪。由此推测，绝大多数心智活动都并非人类独有，或者即便是人类独有，

4、在其他动物身上也能找到更简单、更粗糙的原始版本。问题四：脑科学需要什么研究工具？1.自下而上：研究脑功能从大脑结构、神经细胞、乃至基因和蛋白质的角度，追问这些物质载体和它们的特定结构到底如何参与到心智活动中。2.自上而下：研究心智活动基于自身的体验和感受，追寻这些心智活动到底是如何产生的。3.现有的技术缺陷自下而上的研究可以利用一切先进技术手段来提高研究精度，但无法直接在人脑上做实验；而自上而下的研究可以直接利用人脑，但只能在合乎伦理的范围内选择较为粗糙的技术。【进展：脑机接口技术】自下而上的方法能带我们到神经细胞的层次，而自上而下的方法则会到达特定的脑区。目前两者间仍存在巨大的鸿沟。【进展：

5、神经环路研究】脑的基本单元神经元拥有一个椭球型的细胞体，细胞体的相反位置会伸出两类不同的凸起一根细细的长凸起，长度可能是细胞体的几倍乃至几十倍，名字叫“轴突”；以及有一丛细而密的短凸起，叫“树突”。典型结构神经元神经元学说1.神经细胞的信号传递有明确的方向性，是从树突传向细胞体，再从细胞体传到轴突。2.在神经细胞的轴突末端，信号能够跨越细胞之间的间隙，进入下一个神经细胞的树突。3.在发育过程中，神经细胞的轴突需要持续伸长、生长，找到需要连接的那个神经细胞的 树突位置。提出者：卡哈尔在神经元学说的框架下，每一个神经元，也就是神经细胞，都可以被看成是独立的信息处理单元。它可以独立地从其他神经元那里

6、通过树突的结构接收信号，也可以独立地通过轴突的结构向下一个神经元发送信号。在神经元细胞膜的两侧，带电离子出现了不对称分布。例如钠离子，外面多、里面少，就形成了一种天然的从外向内、从高浓度向低浓度流淌的内在驱动力。动作电位平静状态下的神经元电位动作电位沿轴突传播的示意图轴突的细胞膜上密密地排列了钠离子通道，专供钠离子通过。在休息状态下，通道是关闭状态，钠离子进不去。但在某个特定时刻，神经元的某个位置受到了某种刺激，钠离子通道打开，细胞外大量的钠离子就会涌入细胞内，能在1毫秒的时间内，将细胞膜内外的电压差提高大概100个毫伏。在脑科学中，这样一次微型的电活动就被称为一个 动作电位。钠离子通道的打开