科学家发现大脑的秘密模式（盘点关于大脑的9个人类一直想破解的）

人的大脑具有最令人叹为观止的复杂结构。但是，随着大脑成像技术、基因遗传学和干细胞研究等领域的进步，专家们已经开始揭开它的一些奥秘。下面就是有关人类大脑的9个问题和神经科学的最新发现。

人的记忆由什么构成？

记忆是人进行思维的基本要素。每当人们执行一项任务，通过语言进行交流或者是阐明最简单的概念时，都要使用自己所获得的知识。然而，长期以来，有关记忆的物理形式一直是个谜。当载入新的记忆时，大脑会发生怎样的变化呢？

专家已经知道的是，在记忆形成的过程中神经元之间的突触联系会增强。2009年，美国加利福尼亚大学一个由凯尔希•马丁领导的研究小组，利用海蛤蝓这种神经系统相对简单的生物，首次观察到记忆以新蛋白质形式在突触中形成。

但是，知识存储在哺乳动物复杂大脑的什么部位呢？短期记忆，例如要使用的一个电话号码等，似乎存储在两个称为海马的小小卷曲式结构中，埋藏在大脑两个半球的深处。2008年，美国阿拉巴马大学的库特尼•米勒和大卫•斯韦特利用老鼠研究证明，在一件难忘的事情发生后的第一个小时里，这个部位的神经细胞的DNA出现了化学变化，使所产生的蛋白质发生改变。在随后的一星期里，大脑皮质神经细胞的遗传因子也发生了类似的变化。这些变化似乎是永久性的，这表明长期记忆存储在那里。这两位研究人员认为，他们观察到短期记忆形成在海马中，然后在大脑皮层中变成长期记忆。

能够使大脑重生吗？

有一种说法曾经流行了几十年：人出生时所拥有的脑细胞就是其一生中所能拥有的全部脑细胞。

到了20世纪90年代，这个长期流行的教条被推翻。研究人员发现，包括人在内的哺乳动物在其一生中能够产生新的神经细胞。在人类身上，这种“神经发生”出现在两个地方：嗅球中生成的神经细胞似乎与识别新气味有关，而海马中生成的神经细胞与学习和记忆有关。新的神经细胞能够与成人大脑结合为一体这一发现引起了人们的兴趣。这个过程可以被控制，进而被用来治疗帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等脑部疾病吗？在美国哈佛大学研究皮质发育和神经发生的杰弗里•马克利斯说，方法就是使用合适类型的神经细胞替换病变细胞。据一些人估计，神经系统是由1万种不同的神经细胞构成的。

镜像神经元具有什么作用？

镜像神经元（位于动物大脑皮层的一种神经细胞）是20世纪90年代发现的。当时，研究人员对植入猕猴大脑内的微电极进行记录，从而发现了镜像神经元。当动物进行一种活动时，许多神经元变得活跃；而当动物们看到研究人员进行相同的活动时，一些神经元也会变得活跃，不同种类的镜像神经元会因为不同的活动而变得活跃。

专家们推测，在人类身上，镜像神经元也许是移情作用的神经基础。它们可能还有助于模仿甚至学习语言。

研究人员一直难以确定人类是否拥有镜像神经元，但核磁共振成像扫描显示，当人们在做某种动作或者注视同样一个动作时，大脑中被称为镜像系统的某个部位会“发光”。许多研究表明，镜像系统活跃的人好像能够更好地理解别人的感情。

意识拥有几种状态？

英国埃克塞特大学半岛医学院的亚当姆•泽曼说，人们过去认为意识只有三种状态：1、醒着；2、睡着了做梦；3、睡着了没有做梦。但是脑部成像表明，意识还存在更多状态。泽曼以梦游为例说：“梦游者的大脑确实处于半清醒半睡着状态。”研究人员曾设法给一名梦游者进行脑部扫描。虽然他们看到梦游者的与知觉和意识有关的很大一部分大脑皮质处于“脱机”状态，但大脑其他部位却是活跃的，包括那些与情感有关的部位。

与之类似的现象也许可以解释其他奇怪的意识状态。在睡梦中，也称为快速眼动睡眠过程中，人静静地躺着是因为脑干中称为桥脑的部位抑制了发送给肌肉的信号。快速眼动睡眠行为紊乱的人丧失了这种抑制，因此会将他们的梦付诸行动。

专家们认为，在意识和昏迷之间可能还存在一些至今还未引起人们注意的抑制点。英国剑桥大学一个由阿德里安•欧文领导的研究小组不久前发现，人们是有可能与植物人交流的。处于植物状态的人反应能力完好，可以自行呼吸却对周围环境完全没有意识。研究人员将植物人与大脑扫描仪连接，让他想象打网球或是在自己家里四处走动的情形，他们能够从植物人那里得到同意或拒绝的回答。目前这类病人被当作是没有意识的，但是他们却可以听懂问题并进行交流。他们也许能够表达对治疗的意见以及是否应该放弃治疗。

心灵和身体的联系有多大力量？

假如你不幸生病住院了，要设法住进一间可以看到风景的病房。因为如果能够远眺一片树林而不是看见一堵砖墙，你可能会恢复得更快。

有关心灵和身体之间联系的研究就和行医一样古老。例如，聪明的医生知道，对于身体症状很难解释的病人，要研究其精神状态。为什么一些疾病受精神状态的影响比其他疾病更大？令人难以置信的安慰剂效应背后的原因是什么？人们能不能学会通过思考自我治愈？

专家们认为，这其中有许多可能是免疫系统在起调节作用。研究结果表明，巨大压力会降低人体中免疫细胞的活性。大脑似乎可以利用多种方式影响免疫系统，从化学调节到直接进行神经控制。美国纽约范士丹医学研究所的凯文•特雷西说：“来自于大脑的信号通过迷走神经传递，它们在这里改变脾脏免疫细胞的行为。”

为什么有些人更聪明？

在1955年对著名科学家爱因斯坦的尸体进行解剖时，他的大脑令人感到失望，因为它比普通人的大脑还要略小一些。事实上，后来的研究表明，大脑的体积与智商之间的联系微乎其微。看来，大脑的质量而非数量才是关键。

人的神经元在互相交谈方面是否发挥得好似乎是一个重要因素。荷兰乌得勒支大学医学专家马蒂因•范登赫维尔发现，比较聪明的大脑神经元之间似乎存在更多高效网络——换句话说，在大脑不同区域之间传递信息所需要的步骤较少。一个族群的智商差别大概有三分之一是由此决定的。

精神病与创造力有什么联系？

现在，历史上颇具创造力的天才人物被追溯诊断为患有精神病的事例已经有许多。精神分裂症和其他种类的精神病是最常提到的病症，著名科学家牛顿和爱因斯坦是其中最有名的研究对象。荷兰著名画家文森特•梵高和英国作家弗吉尼娅•伍尔夫，则与躁狂抑郁症联系在一起。

很少人会认为完全患有精神病有助于取得创造性成就，不过略有一些精神病可能是有帮助的。

对大脑左右半球相对优势的研究提供了一些证据。通常认为，语言和逻辑分析主要与大脑左半球有关，而创造性思维则更多地与大脑右半球有关。各种研究似乎确实表明，精神分裂症患者右脑更为活跃。

另外还有与一种蛋白质有关的遗传学证据。这种蛋白质称为“神经调节蛋白-1”，与大脑在子宫中的发育有关。英国爱丁堡大学的杰里米•霍尔经过研究发现，为这种蛋白质进行编码的基因发生突变会加大患精神分裂症的危险。

潜意识具有多大力量？

近来潜意识深受人们关注。它在创造力中占据中心位置，为解决问题带来灵感，在学习和记忆中起着关键作用，并且比理性分析更有助于做出艰难决定。

法国医学专家斯坦尼斯拉斯•德哈纳揭示了潜意识思维和意识思维之间微妙的相互作用。在他的试验中，志愿者看到屏幕上闪现一个词，紧接着立刻出现一幅图画，用来阻挡意识理解这个词。当两者出现的时间间隔加大时，这个词突然在意识里出现，同时脑扫描显示大脑出现特有的活动。这通常发生在间隔时间达到50毫秒左右时。但是，当使用的是“爱”或“恐惧”等具有情感意义的词时，这种现象会早几毫秒出现，就好像词语的重要性与是否值得关注是由潜意识自行决定的。

这样的试验改变了人们对意识思维和潜意识思维两者关系的看法。潜意识牢牢掌握着控制权。将意识比作一盏聚光灯，潜意识对什么时候打开它并将光束投向哪里起着控制作用。一位专家说，意识思维并不是自由自在的，人们所认为的“自由意志”实际上存在于潜意识之中。

是否能够制造出有意识的机器人？

制造出有意识的机器人是一种巨大的挑战，一些人怀疑是否能够实现，或者是否应该去做。但是，勇于进取的研究人员从来没有放弃。

目前最接近有意识的软件机器人，也许就是2003年由美国田纳西州孟菲斯大学的斯坦•富兰克林设计的智能分配代理软件“埃达”（IDA）了。当美国海军水兵的服务期结束以后，“埃达”给他们分配新的任务，此外还要负责协调海军政策、工作要求、成本变化和水兵需求等。

与人类一样，“埃达”分为“有意识”和“无意识”两种操作等级。在无意识等级，它调配软件代理程序来收集数据和处理信息。这些代理程序通过竞争进入“埃达”的“意识”工作空间。在这里，它们进行互动并得出结论。更新版学习型“埃达”，或称“利达”（LIDA），已经于今年完成。它学习进入其意识的东西并利用这些来指导未来决策。“利达” 还具有“情绪”特征。情绪是用来指导其决策的高级标杆。

设计机器人的另一个进步，是在它们受到损坏后仍然能够保持其功能。2006年，美国佛蒙特大学的乔什•邦加德设计了一种行走机器人，具有可以不断更新的自身内部模型。如果受到损坏，这种机器人对自身的了解使它能够利用依然具备的功能设计一种替代步法继续行走。具有一种“想象的”自身内部模型，被认为是人类感觉能力的重要组成部分，机器人具有这种功能使其更接近于自我意识。