方興未艾的腦科學

大腦就像是理解人類行為的一把鑰匙。從早期的顱相學到如今的腦成像技術;從還是一個胚胎時的渺小，到發展出復雜的腦世界，腦科學可謂是包羅萬象。經過千百年的觀察和實踐，科學家們發現這個由脂肪和蛋白質組成的器官是宇宙中極為復雜精妙的系統之一。醫學家和生物學家對復雜的腦結構和神奇的腦功能著迷，對腦科學的探索雖然異常艱辛，卻始終興趣不減。

大腦由數百億個神經元和數以萬計的神經連接而成，大腦損傷可以導致癱瘓、失語、失明、失聰甚至人格的改變

愛因斯坦的大腦結構解剖圖

愛因斯坦的大腦與常人有何不同？

好奇是人們進行科學研究的原動力。與人體其他組織器官相比較，腦形態學結構研究的最大難點是腦的各個功能區（神經中樞）相互融合接連，其間并沒有一個明晰可辨的解剖學分界。至今人們對腦的若干功能區，如運動（肢體運動）、感覺（視、聽、味、嗅、觸、熱、冷、疼、癢）相應中樞只能大致定位。至于腦的結構和功能之間的關系研究，仍處于空白狀態。

如今，當人們形容一個天才，總不可避免訴諸“智商”。智商測定也成為人腦功能評價的常用指標。當病理學家在對愛因斯坦的大腦進行觀察研究時，在細胞學層面上，他們并沒有找到愛因斯坦的腦組織與普通人的腦組織有任何形態學上的不同。同樣，人們在對精神分裂癥患者大腦的組織學和生物化學分析研究中，也未能找出與正常人的不同點。科學家一致認為兩者一定存在某種形式的差別，只是到現在仍沒有找到而已。

當人腦賦能電腦

過去一個多世紀以來，腦科學研究的主要進展是理解神經信息在神經網絡中傳遞和處理的基本原理。近年來，隨著分子生物學和生理學新技術的加入，人們在人類學、生物學、醫藥學、仿生學、人工智能等領域對人腦的研究手段有了極大的提升，已經跨入人腦和電腦互通互聯，相互研究探索、模仿借鑒的新階段。

電腦是人腦開發的，故而電腦和人腦也就有許多相似之處。人腦60%的有形成分是脂肪，為腦細胞提供支撐和保護。意識和思維功能的基本單元是腦組織中的數百億個神經細胞。而電腦運算功能的基本單元是集成電路上（芯片上）數十億的晶體管。

人腦只開發了10% ？

人腦和電腦效能的顯著區別是人們可以將芯片無限量的組裝成超級電腦，卻不能將更多的神經細胞植入人的腦組織中去。但是人們可以將一個課題交給成千上萬的人來做，這也就相當于組成了一臺超級電腦。

人腦細胞之間的聯系靠神經纖維，電腦晶體管之間的聯系則是導電線路。

腦神經可分為感覺神經、運動神經和混合神經

人腦組織顯微照片（供圖/侯安山）

但人腦和電腦又有一個共同點，即神經纖維和導電線路中的信號傳遞的介質都是電子。所以人們可以使用電位傳感器將人體多個器官的生理電位變化用示波器描繪出來，然后根據相關器官的生理和病理特點，進行診斷分析。人們還可以將具有穿透能力的X射線、磁力線或超聲波、紅外線等進行發射，并將它們穿過人體不同密度組織中的微細變化信號提取出來。再利用計算機強大的邏輯運算能力，合成二維圖像。如頭顱X線數字顯影（DR）、計算機斷層掃描/血管造影（CT/CTA）、磁共振成像（MRI）等檢查圖像。其清晰度已接近甚至超過肉眼直接觀察的程度，解決了對活體樣本無法進行無創性觀測的難題。電腦作為人類腦力勞動的工具，大大延伸與擴大了人類的智能活動范圍，電腦已經滲入到人類社會生活的各個方面，對社會生產和進步起到巨大的推動作用。人腦只開發了10%？

人腦對電腦的科學研究成果，也加快以電腦為載體的人工智能研究。人們利用算法學習，監督學習等培訓手段，使電腦初步具備了對形、聲、溫、位、動等外界環境的感知和分析判斷能力，以及對人的語言、動作、文字指令的響應能力等。

將人腦與現代電腦做比較，那就是兩者一出世都被賦予了極大的儲備能力。普通人的大腦利用了10%左右，而一部高端手機，多數人能開發利用的功能也就20%。也就是說，無論是電腦還是人腦，都還保有很多功能作為備份或代償的能力，有待于開發利用。

從遺傳學的角度講，智商高低確實與基因遺傳有直接的關系。相當于父母送給孩子的手機，有的是128G的，有的是256G的，表面看后者是前者的2倍。但是，功能的發揮是需要用軟件來支撐的（相當于人腦的學習和訓練），沒有足夠多的性能優異的軟件和數據的導入，存儲量再大的電腦也只是一個金屬、硅片和塑料的堆積體。同理，沒有后天的刻苦學習和訓練，再聰明的人也只是一個骨骼和血肉的堆積體。

知識鏈接 大腦“切片”技術——CT

CT是X射線計算機體層成像的縮寫，CT和普通X射線的最大區別，就在體層二字。簡單來說，X射線是無數的層疊加出一張圖像，而CT是真正的斷層圖像，也就是把被掃描的部位的多個層面都分別進行成像。

CT通常采用橫軸面斷層成像，所以大家平時看見的CT片總是一個一個的橢圓形圖像。但在頭面部或顱腦CT檢查時，有時增加一個冠狀層面掃描（豎著劈成前后兩半的大平面），這樣能把大腦的各個層面看得一清二楚。

CT通常采用橫軸面斷層成像，每一層都可單獨成像

大腦的復雜性讓人類擁有了智慧，探究大腦成為全世界科學家努力抵達的“終極疆域”。

腦科學是一門極富魅力的生命科學，它充滿神秘，又和每個人的生活息息相關。腦科學研究不僅可以使我們理解認知、思維、意識和語言等腦功能原理，對人類認識自身有重大科學意義，還能夠對各種腦功能神經基礎進行解析，而腦科學所啟發的類腦研究也可以推動新一代人工智能和新型信息產業的發展。希望我們借助科學的“翅膀”，早日抵達這一神奇的“終極疆域”

（責任編輯/陳天昊 美術編輯/周游）

人腦科學的研究成果尚不具備人和動物的大部分原始智能，活動能力也僅限于程序上給定的指令動作