人類的大腦是個微型生物發電站

文／劉 勇

自然界中的很多生物自身能放電，比如說電鰻魚在捕食的時候，其瞬間放電電壓可達到350V。我們人類自身也有三種生物電，比如心臟跳動的時候會有生物電壓產生叫心電，被醫院用于測量心電圖；運動時肌肉也能產生生物電，被用于運動技能的研究；與我們的行為、精神狀態最緊密的當屬腦電了，腦電被用于腦部疾病偵測，以及精神方面的認知行為療法，用于增強我們的腦認知能力，改善身心的健康。

腦電是怎么產生的呢？我們需要從大腦的神經元講起。

神經元長啥樣

我們的大腦皮層中有多達800～1000億個神經元。

神經元有兩大組成部分，細胞體（直徑約5-100微米）和圍繞著細胞體伸展出來的組織（突起）。按其形狀又分為樹突和軸突兩種。樹突像沿著細胞體長出的樹枝分叉一樣，軸突則像一條長長的小辮子拖在細胞體上，長度從幾微米至1米不等，有的甚至可從神經中樞延伸到我們的軀體中。

這1000億個神經網元鏈接在一起，并組成不同的神經功能網絡分布在不同的腦區，比如與我們視覺和聽覺有關的視覺神經功能網絡、聽覺神經功能網絡等。大約形成100萬億個鏈接關系，這種鏈接實際上是為了傳遞信號。

神經元之間是怎么傳遞信號的

一個神經元的軸突與另外一個神經元的樹突進行“鏈接”，神經信號（神經沖動）經過軸突傳遞給下一個甚至多個神經元的樹突，且這種信號傳遞是單向的。

需要強調的是，神經元之間的“鏈接”并不是物理意義上的樹突與軸突貼合在一起，而是通過叫做“突觸”的部位實現信息傳遞。軸突末梢與樹突之間存在大約20-30納米的間隙，叫做突觸間隙。用顯微鏡觀察軸突和樹突鏈接的地方，可以在末端發現有一些呈球狀或杯狀膨大的組織，被稱為突觸，其由突觸前膜、突觸后膜、突觸間隙組成。

突觸前膜位于發送信息的神經元軸突的末端，內有囊泡、線粒體等物質，囊泡存貯著神經遞質。

突觸后膜位于下一個接受信息的神經元樹突的前端，突觸后膜表面有一些凸出的組織，被稱為受體，受體是一些特殊的蛋白質，吸收神經遞質。

突觸間隙是突觸前膜與突觸后膜之間的間隙，存在Ca2+、Na+/K+等離子，神經遞質也穿越其中。

突觸后膜如何形成電位差

提到神經遞質，相信很多人都聽說多巴胺、腎上腺素、5-羥色胺等，多巴胺可以抑制人的沖動行為，腎上腺激素可以讓人在遇到危險的時候快速反應。

當一個神經沖動沿著上一個神經元的軸突到達突觸前膜，Ca2+進入前膜與囊泡結合，囊泡的裂口就會被打開，囊泡內的神經遞質就釋放到突觸間隙中。間隙中的神經遞質被下一個神經元樹突（突觸后膜）上的受體接受，并與其中的蛋白質發生化學反應，使得突觸間隙中的某些帶電離子可以進出突觸后膜，從而在突觸后膜上形成電位差（電壓）。

理解了突觸的組成部分及生理機制，我們就基本了解了腦電成因。由此可見腦電不是我們通常意義上的電線內的電流，而是在神經沖動沿著軸突傳遞的過程中，神經細胞先產生了生物化學反應，進而控制帶電離子在后突觸膜內外的流動，最后在突觸后膜形成電位差。

腦電的應用

學術上的腦電分為多種類型，與測量神經元放電的位置及放電時刻有關，比如有動作電位、靜息態電位、事件相關電位等，而公認的被用于醫學及認知治療領域的腦電就是“后突觸電位”。

在醫學上，醫師通過監測腦電圖作為診斷腦部疾病的重要參考。比如癲癇患者和病毒性腦炎患者的腦電圖會夾雜一些非正常的“棘波”、棘慢波。

腦電除了用于診斷疾病，也被用于學生認知能力（核心素養）教育。比如“腦波拔河”就是一個腦電反饋訓練項目，學生頭戴腦波儀跟隨訓練系統的引導，與各種小動物開展注意力拔河比賽，只有調動大腦的主動注意意識才能戰勝小動物，且每次訓練都會形成評估報告，老師據此分析該學生的注意力狀態。

另外，腦電也用于身心健康的調節，比如通過腦電系統，可以測量出焦慮水平、心理調適能力等，并提供個性化的訓練課程，被用于輔助治療考前焦慮、失眠障礙、應激障礙等問題。