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作者：薛媛,关胜江

出版社：中国中医药出版社

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脑的秘密试读：

一、初识人脑

脑是统帅

你注意到了吗，在平时人们称领导人为“头头”、“首长”，称国家的领导人为“首脑”、“元首”，又称脑为中枢，可见头脑地位之重要性人所皆知。人类为何有异于其他动物，主要就是人类有一个精细复杂的神经系统，使得外界的任何变动与信息能够被感应接收，并且迅速地产生适当的反应，所以人类才能成为“万物之灵”。脑就是这个精细复杂的神经系统的最高统帅，也是人类区别于其他动物的主要器官。

人类的脑是在长期进化过程中发展起来的具有思维和意识功能的器官。平时，一个人如果学习、工作成绩优异，大家会说他“头脑很聪明”，而如果一个人老是犯错误，人们就会说他“没脑子、脑子笨”。人之所以比所有的动物聪明（总的来说如此，但不是所有方面，人也有许多地方不如一些动物），全靠人的头脑；人的思维活动在大脑里进行，人之所以能说话、写字、作出判断、学习绘画和音乐等等，全是头脑的作用。人的一切活动，都由头脑控制和调节，没有头脑，这个人就不成为一个人。而且，一旦脑子停止工作——死亡了，即使肉体一些细胞还活着，还有一些功能，这个人也被医生认为已经死亡了，这就是脑死亡。有的科学家认为，人的所有精神活动，本质上都是脑子工作的结果，就是说，一切精神活动都是头脑中的电化学生物活动造成的。人的感觉、情绪、动作，包括人自己不能意识和控制的体内活动，全由头脑左右，人类的所有的有意识活动和无意识活动，都出自头脑的功能。

不同的人之间进行交流的枢纽唯有脑和神经系统。即使是心脏，异体之间也不可能进行交流，虽然有“心心相印”的说法，而实际上指的仍是脑与脑的相通。尽管我们都会使用语言这个非凡的工具进行交流，但如果没有语言，只是皮肤与皮肤间的亲近，眼睛与眼睛间的传情，也可以完成脑与脑的交流。

奇妙的脑

让我们一起看看下面这组数字：人脑中的主要成分是水，占80%；脑虽平均只占人体体重的2%，但它需要使用全身所用氧气的25%，相比之下肾脏只需12%，心脏只需7%；一天内流经大脑的血液为2000升，血流量占心脏输出血量的15%；人脑细胞有140～160亿个，重约1400克，而被开发利用的仅占1/10；据估计脑细胞每天要死亡约10万个（越不用脑，脑细胞死亡越多）；

大脑皮层厚度为2～3毫米，总面积约为2200平方厘米；人的脑细胞数超过全世界人口总数的2倍多，每天可处理8600万条信息，其记忆贮存的信息超过任何一台电子计算机；大脑神经细胞间最快的神经冲动传导速度超过400公里/小时；一个人的脑贮存信息的容量相当于1万个藏书为1000万册的图书馆；而最善于用脑的人，一生中也仅使用了脑能力的10%；根据科学家的部分测量，人脑的神经细胞回路比今天全世界的电话网络还要复杂1400多倍；每一秒钟，人的脑子中进行着10万种不同的化学反应，如能把脑的活动转换成电能，相当于一只20瓦灯泡的功率；人体5种感觉器官（视、听、嗅、味、触觉）不断接受的信息中，仅有1%的信息经过大脑处理，其余99%均被筛去；脑的四周包着一层含有静脉和动脉的薄膜，这层薄膜里充满了感觉神经，但是脑本身却没有感觉，即使将脑子一切为二，人也不会感到疼痛。

脑做了什么“工作”

是不是很奇妙？人体设计之高明，已经远远超出了我们的想象。就说我们引以为自豪的大脑：在我们的大脑皮质中，思维是通过神经网络来实现的。神经网络由大约160亿个“神经细胞”组成，包含着数不清的连接。这些神经细胞排成6层，每层都有一百多万列，而每一列又有约1000个细胞。如此完美的设计，所产生的作用大于其各部分作用的总和，以致产生了“自我意识”。单从性能上看，大脑能把生活中经历的点点滴滴编码记忆存储在细胞构成的存储器中。任何时候只要需要，就会在不到一秒的时间内检索出来！不仅如此，大脑在思考一件事情的同时，还在“同时”处理着许多其他事情：我们可以一心两用，边看电视边听音乐，甚至一心多用。

我们日常生活中不经意所做的一切都是由脑和神经系统完成的，例如，我们早晨从睡眠中醒来，从穿衣、刷牙、看报、吃饭一直到穿鞋、去上班。从卧位站立起来靠的是脑和神经系统支配的肌肉的运动，而刷牙这样的反复动作也必须由大脑、小脑一起协调起来才能完成。如果小脑有了毛病，刷牙就有可能刷到面颊上，剃须也可能会弄得血流满面了。人可以边看报纸边和家人聊天，一只手还能取来桌上的牛奶喝，这样有条不紊的同时做几种动作也靠脑的支配。系领带、穿鞋的动作在某种脑病患者就可以表现为失用症，病人不知如何穿上鞋子，也忘了系领带的方法。我们正常人都是用左脚去穿左边的鞋，在拥挤的汽车上不被人踩脚，到了目的地下车，在班上做各式各样的工作，这些日常活动都是靠脑和神经系统完成的。大脑皮层的前额叶具有思考、判断和创造等人的最高级功能，小脑主要维持身体平衡、运动协调；主管语言的中枢在左脑，而右脑在视觉空间的认知能力上有突出的作用。总之，脑是一个既有细致分工又被高度整合统一的器官。

那么脑又是如何发挥功能呢？我们思考问题的时候需要用脑，但人脑的奥秘是否能由人脑自身来加以揭示呢？这确实是长期以来科学家们争论不休的问题。进入本世纪后，特别是近十几年来，随着神经科学取得的令人瞩目的进展，人们对脑的构造及其功能的认识产生了新的飞跃。然而，在探索脑的奥秘所迈进的每一步，仍然会碰到无数难以逾越的障碍。脑就是这样一个充满神秘色彩的、令人惊叹不已的绝妙器官。人体的其他器官和脑子比较起来，简单得几乎不值一提。脑子虽然也被列为一个系统中的器官，却是一个超出所有器官之上的统领。其他器官不像脑子那么重要。脑子是一个核心。因为脑子是人的意识中心，也是潜意识中心。使人成为万物之灵的，是脑子而不是其他器官。如果列出宇宙所创造出的无与伦比的杰作的话，应当首推人类的脑及神经系统。

如何看待我们的脑

对大脑的认识应该从两方面来入手。一个是生理性的，就从解剖结构来说，它仅仅局限于颅骨之内，远离躯体的其他部位，其黏稠度与半熟的鸡蛋相似。大脑分为左右两半，分别指挥身体的对侧部分。也就是左脑控制身体的右半边，右脑控制左半边。另外一个重要的方面是心理性的，心理性的脑时时与我们相随。想想看，为了祖国的强大，我们在努力地学习和工作；成绩不理想我们又有点压抑；面对周围的各种现象，每个人都有自己不同的心理活动，这种活动虽然别人看不到，但时时存在。关于脑生理结构的认识，由于解剖学的逐渐成熟，大家基本上认识是一致的。一谈到大脑，都会津津乐道地说出人类的大脑有多重，有多少亿个神经细胞组成等等，甚至有的科学家曾经研究过聪明人的大脑与普通人的大脑有什么不同，结果是在解剖结构上没有大的区别。随着现代生理心理学的发展，已经对大脑的个别功能区做出了大致范围的定位，如感觉区、运动区、视觉区、听觉区等等。但是对脑心理方面的认识却存在着各种不同的观点。正是由于大脑的这种心理生理关系之复杂，加之脑研究不可活体解剖的特点，给人们造成了一种对大脑研究深不可测的印象。一些非常有成就的科学家转向了脑科学的研究领域。人类用自己聪明的大脑认识了许许多多自然界的规律，小到分子、原子及量子理论，大到宏观宇宙天体，但是就是这样一个聪明的大脑却并没有完全了解自己。

由于人们对脑功能认识的这种不确定性，造成了对大脑的不正确理解。有的人努力寻求灵魂在大脑中的位置，有的人甚至认为灵魂就是独立于大脑而存在的物质。对大脑的研究越深入，就越觉得它无限神秘。同样一个脑结构，为什么有的人睿智谋广，而有的人却思绪零乱；有的人是科学家，而有的人却是神经病。

现代一个健康人的概念应该是除了身体健康以外还要有一个健全的人格和心理。这种人格和心理的物质结构基础就是人类的大脑。一个人的人格特点涉及了他的认知和行为特点。曾经有人做过这样一个研究，本来是个很有组织才能的人，由于脑部受伤，他后来变得狂妄和偏执，他的人格特点彻底改变了。正是认识到了人类大脑的重要性，一些发达国家纷纷制定了适合自己发展的大脑研究计划。目前的研究往往注重于脑的物质结构，如脑功能定位、认知、记忆和思维等等方面，相对来说，对人格及其与脑功能的关系研究比较薄弱。培养积极的人格特征，能够很好地维护社会的和谐与进步。那么怎样培养积极良好的人格特征呢？只有从人格与人类大脑的关系、人的心理活动也是脑活动的范畴入手，建立正确的健康人的概念。从小培养对他人、对社会的宽容和理解，培养坚韧不拔的人格特点及乐于助人、积极向上的心理品质。

人类对自己大脑的认识任重而道远，对这个人体黑匣子的彻底破译之时，也是诠释生命秘密之日。

“人脑”和“电脑”

人脑同计算机的差别可以用一个词来表述：复杂性。哺乳动物的脑，就我们目前所知道的而言，是最复杂的东西。人脑重一千多克，但在这一千多克中，有上百亿个神经细胞和上千亿个较小的细胞。这么多亿的细胞在一种我们现在还无法阐明的庞大而复杂的网络中互相联系着。即使人类迄今已经制造出来的最复杂的计算机，在复杂程度上也不能同人脑相比。计算机的开关和元件的数目只是以千计，而不是以亿计。此外，计算机的开关只是一种启闭装置，而脑细胞本身则具有极其复杂的内部结构。

计算机能思考吗？这就看你所说的“思考”是指什么。如果“思考”是指解答一个数学问题，那么，计算机是能“思考”的，而且比人要快得多。当然，大多数数学问题能够完全用机械方法一次又一次地重复某些运算过程而得到解决，甚至今天最简单的计算机也能进行这种工作。

人们常说，计算机解答问题，仅仅是因为它们被“编成了程序”才能这样做。计算机仅仅能做人们让它们做的事。我们必须记住，人类也仅仅能够做他们被“编成程序”所要做的事情。我们的基因在受精卵形成的瞬间就把我们编了“程序”，而我们的潜力就受到这种“程序”的限制。

然而，我们的“程序”要复杂得多，因此，我们想要把“思考”定义为一种创造力。例如写一部大剧本，作一部大交响曲，酝酿一个光辉的科学理论或一个深奥的理论判断……在这种意义上，计算机肯定不能思考，大多数人也不能做到这一点。

但可以肯定地说，如果一台计算机做得非常复杂，那么，它也可能像我们一样具有创造力。如果能把它做得像人脑一样复杂，它就可能相当于一个人脑，并且能做一个人脑所能做的任何工作。

此外，还可以设想，人脑比组成人脑的物质有更多的东西。人脑是由具有某种排列方式的细胞所构成，而细胞又是由具有某些排列方式的原子和分子所构成。如果说人脑还有什么别的东西，那么，至今还没检测到这种东西的迹象。因此，复制人脑的物质复杂性，就是复制脑的一切。

但是需要多长时间才能制造出一台在复杂程度上足以复制人脑的计算机呢？这也许不需要有些人所想象的那样长的时间。远在我们能够制造出一台像人脑那样复杂的计算机之前，也许我们会制造出一台这样的计算机，它的复杂程度至少足以设计出比它自身更复杂的计算机，这种较复杂的计算机能设计出更复杂的计算机，如此发展下去，复杂性越来越高……换句话说，一旦我们通过了某一临界点，计算机就把人脑要做的工作接过去，于是出现了“复杂性的爆发”。从那以后，在一个很短的时间内，计算机也许不仅仅能复制人脑，而且远远超过这一点。

再往后又会怎样呢？唉！人类目前还没有把地球管理得很好，那么，也许总会有一天，我们应该谦恭地退让，而把这个工作交给能够做得更好的超级计算机类。如果我们不靠边站，那么，也许超级计算机就会毫不客气地走进来，把我们推到一边。

这个“沉睡的巨人”

一个人的大脑平均重量约1400克，细胞的数目达1000亿之多。黑猩猩尽管身躯庞大，可大脑的重量却只有五百多克，人类的大脑不仅在重量上占显著优势，大脑的表面积也为所有动物之冠，每侧大脑皮层的表面积可达1200平方厘米。大脑是一个超级计算机，它是使你正常生活的命令和控制中心，完全参与你所做的每一件事。你的大脑决定你如何思考、如何感知、如何行动以及如何与其他人和平相处。你的大脑甚至决定你是哪种人，它决定你是如何深思熟虑的、如何彬彬有礼或如何粗鲁的，它决定你如何独立思考，它影响你如何工作和与家人相处。你的大脑也影响你的情感幸福，以及你和异性相处如何融洽。人类在长期进化发展过程中，由于生产劳动、语言功能和社会生活的产生和发展，人类的大脑皮质高度发展。而人脑作为高级神经活动（思维和意识）的器官，反过来又进一步推动了劳动和语言的发展，这样人类就远远超越了一般动物的范畴，不仅能适应和认识世界，而且能主观能动地改造世界，使自然界为人类服务。英国作家、心理学家、教育家托尼·布赞简明地指出：“你的大脑就像一个沉睡的巨人。”那么，你怎样利用大脑大部分的巨大能力呢？布赞指出：“你首先要了解大脑是什么样的，以便使用你大脑的大部分。你要做的第一件事情就是弄清大脑的构造，然后是它如何工作、如何记忆、如何集中注意力、如何进行创造性思维。这样，你确确实实地就开始对你自身的了解和探索了。”这样，我们就很有必要了解我们脑的主要功能和它的一些结构了。

二、脑的结构

了解我们的脑

围绕着脑的构造这一话题，我们首先要简单了解，使每个人都感到通俗易懂，而实际上这是一个涉及医学和生物学领域的一个最前沿的课题——脑的研究。尤其是近年的分子生物学或基因水平的研究已取得令世人为之震惊的成就，这些进步是我们20年前根本无法想象的，而这方面的内容还在日渐复杂，且变得愈加高深莫测了。如果问这样复杂的脑的构造完全被搞清楚了吗？很遗憾，这几乎是不可能的。很久以前，科学家们就给自己提出了一个带讽刺意味的问题：“我们的大脑到底能不能把自身的脑搞清楚？”这个问题到了什么时代才能满怀信心地做出回答呢？恐怕永远不会有满意的答案。脑就是这样一个充满无数奥秘的东西，把它称作是宇宙所创造的万物之灵中的杰作都毫不过分。在这里我们讲解的只是脑的基本构造与功能。

头脑的层层自我保护

人的脑子是最需要仔细和严格保护的器官，因为脑子不但是人最重要的器官，而且脑细胞无法再生，一旦受损就无法恢复。人在长期的进化过程中，对大脑形成了层层严密的防护层。首先了解一下脑的位置。我们的脑处于仿佛是量身打造的坚硬颅骨中，远离躯体的其他部位，其黏稠度与半熟的鸡蛋相似，而且没有任何部分是运动着的，这种结构特点一方面对脑起保护作用，显然，脑注定无法承受任何物理的张力，或参与大幅度的机械性动作。另一方面，颅骨对脑组织的限制也成为颅内高压和脑疝形成的结构基础。

在坚硬的头盖骨下面是硬脑膜，它十分坚韧，连接着两个大脑半球。其下面是一层富有弹性的蛛网膜。在脑的深处是一个由互相联通的腔组成的迷宫，可以统称为脑室，当胎儿在子宫内发育时它便已形成，内含无色的液体。这种看上去非实质性的液体称为脑脊液，其主要成分是盐、糖和某些蛋白质，它包围着整个脑以及脊髓，临床医学中通过腰椎穿刺从低位脊髓取样检查脑脊液，可以诊断各种神经病学的问题。在正常情况下，脑脊液的产生和吸收是平衡的，它会被重新吸收，进入人体血液循环。由于新鲜的体液在不断地生成，因此它可以不断地循环，给脑和脊髓带来营养物质和运走其代谢产物。整个脑就是在被一层薄软的脑膜所包绕后浮在像垫子一样的这种被称作脑脊液的液体当中。硬脑膜在拉丁语中有“坚强母亲”的意思，而软脑膜有“温柔母亲”的意思。在这样层层严密的护卫中，那团果冻一样柔软的大脑就像在母亲腹中的胎儿一样，舒适而安全，脑就是这样靠着骨的包围和浮在脑脊液中而免遭物理性的冲击。

另外还有一种保护脑的构造，即脑毛细血管阻止某些物质（多半是有害的）进入脑循环血的结构——血脑屏障。血液中多种溶质从脑毛细血管进入脑组织，有难有易：凡是与蛋白质结合的物质基本上不能通过血脑屏障，因此不会进入脑组织；脂溶性强的物质可快速进入脑组织，而脂溶性弱或非脂溶性物质则进入脑组织极慢或完全不能进入；某些物质进入脑部的速率取决于该脑区对这些特殊物质的代谢需要。这种有选择性的通透现象使人们设想可能有限制溶质透过的某种结构存在，这种结构可把有害物质如微生物、毒素等拒之脑组织之外，使它不能逸出脑毛细血管，从而使脑组织少受甚至不受循环血液中有害物质的损害，从而保持脑组织内环境的基本稳定，对维持中枢神经系统正常生理状态具有重要的生物学意义，这就是血脑屏障。通俗地说，就是由于血液中含有各式各样的物质，而脑内存在这样一种哨所似的结构，它只允许有用物质通过而拒绝有危险的物质通过。人脑对氧的消耗量是全身氧耗总量的1/5，脑一旦缺氧，神经细胞将无法生存，因此大量的氧可以通过血脑屏障，必要的葡萄糖、维生素也能通过。血脑屏障拦住许多有害物质不能通过，从而保护脑免受化学刺激，同样在使用任何药物时都会遇到血脑屏障的问题。

中枢神经系统疾病常引起血脑屏障结构和功能的剧烈变化：如血管性脑水肿，使屏障的通透性显著提高，以致血浆白蛋白这样的大分子物质都可通过；严重脑损伤导致血脑屏障的严重破坏，使血清蛋白也可通过屏障进入脑组织。随着损伤的修复，大分子物入脑首先停止，完全恢复后小分子物交换加快现象也会消失，此时血脑屏障功能已经正常。另外电离辐射、激光和超声波都可使血脑屏障的通透性增加。

脑是什么样子的

接下来让我们一起认识脑的主要结构。要认识脑先从神经系统开始：神经系统一方面调节和控制体内各系统各器官的功能活动，使机体成为一个统一的整体；另一方面调整机体功能活动与不断变化的外界环境相适应，因此可以说，神经系统是机体的主导系统。其按分布的对象不同可分为躯体神经系统和自主神经系统，分管不同部位的感觉和运动。而神经系统按照其解剖位置和功能的不同，可分为中枢神经系统和周围神经系统。中枢神经系统包括脑和脊髓。周围神经系统则包括与脑相连的12对脑神经和与脊髓相连的31对脊神经及其分支组成。

脑作为中枢神经系统的主要部分，位于颅腔内。我们探讨的第一个主题是脑的外形：设想一下，你正在看手中的脑：一个奶油色的、有皱褶的物体，它的质量平均在1.4千克左右。你将注意到的第一个特征是，这个外表怪异的物体小到可以置于手掌之中，但它是由不同的区域组成的。这些区域有着特定的形状和纹理，按一定的方式互相折叠、交联在一起，而对于这种交联方式，我们现在刚有一点粗浅的了解。脑的黏稠度与半熟的鸡蛋相当，它可分为清晰的两半，称为半球，看上去像是坐落在一根粗壮的主茎（脑干）上。脑干基部逐渐变细成为脊髓。在它的背面是菜花样的突出物——小脑，悬于大脑之后，摇摇欲坠。如果你去观察小脑、脑干和这些半球的表面，你会发现它们不仅表面纹理完全不同，而且颜色也在奶色、粉色、棕色的范围内略有变化。而当你将脑翻过来看它下面时，你还可以容易地发现更多颜色、纹理和形状各不相同的部位。对脑的绝大部分而言，每一区域在脑两侧的分布是完全一样的，所以你可以在中间画一条线作为轴，相对于这个轴，脑是对称的。脑的不同区域堆叠在柄状的脑干周围，神经科学家们在解剖学上把这些区域有序地加以划分。你可以把这些脑区想象为由边界区分的不同国家。这些边界通常是很明显的：它可以是充满液体的脑室，也可以在纹理或颜色上有细微的变化。按照公认的模式，每一区域都有不同的名字，但我们只在需要时才冠以名称（譬如小脑、脑干等）。低等脊椎动物的脑较简单，人和哺乳动物的脑特别发达，可分为大脑、间脑、小脑和脑干四部分。下面我们来一起具体看看这些区域。（1）大脑

大脑的外形由左、右两个椭圆形的大脑半球汇合在一起组成，是中枢神经系统的最高级部分。两半球间有横行的神经纤维（胼胝体）相联系。半球间的腔隙称为侧脑室，它们借室间孔与第三脑室相通，左右侧脑室产生的脑脊液即是上面提到的垫子一样的液体，它的缓冲作用保护脑和脊髓免受外力振荡，维持颅内压力。它像人体的血液循环一样，脑脊液通过循环供给脑和脊髓营养物质和运走其代谢产物。每个半球有三个面，即膨隆的背外侧面，垂直的内侧面和凹凸不平的底面，背外侧面与内侧面以上缘为界，背外侧面与底面以下缘为界。人的大脑表面凹凸不平，有很多弯弯曲曲深浅不同的往下凹陷的沟槽和很多凸起的皱褶，分别称作脑沟和脑回，它们大大增加了大脑皮层的面积。这些脑沟、脑回就像一块皱拢起来的绸布，一旦展开，它的面积约有1/4平方米，想象一下那仅仅是半张报纸的大小，也许这已令你感到很震惊，但更令你震惊的是与人类血缘最接近的黑猩猩，它的大脑皮层的面积却只有一张A4纸张的大小。

大脑半球被三条较重要的沟分隔为五个分叶，三条沟是中央沟（中央沟从上缘近中点斜向前下方）、外侧沟（大脑外侧沟起自半球底面，转至外侧面由前下方斜向后上方）和顶枕沟（在半球的内侧面有顶枕沟从后上方斜向前下方），五个叶分别是前面的额叶（中央沟以前、外侧沟以上）、头顶的顶叶（外侧沟上方、中央沟与顶枕沟之间）、后面的枕叶（顶枕沟后方）、侧面的颞叶（外侧沟以下）和深部的岛叶（深藏在外侧沟里）。另外，以中央沟为界，在中央沟与中央前沟之间为中央前回；中央沟与中央后沟之间为中央后回。大脑每个叶各有不同的功能，额叶与思维、想象力和人格特性有关；颞叶与听觉有关；顶叶是人体体表冷、热、触、痛等知觉中枢；枕叶则是视觉中枢。

每个半球内部结构包括：大脑皮质（大脑皮层），是覆盖在大脑半球表面的一层灰质（

神经细胞

扮演人体机能总司令的就是大脑皮质，人的大脑皮质最为发达，是思维的器官，主导机体内一切活动过程，并调节机体与周围环境的平衡，所以大脑皮质是高级神经活动的物质基础。若将人类大脑的形状与动物作比较，脑皮质在人类的大脑中所占比例还比其他动物要多出很多，而且，愈低级的动物，脑皮质所占比例就愈小！我们大脑皮质的表面比起其他动物也变得很不光滑，甚至还呈现出多且深的皱褶，就是我们上述的沟回。根据临床观察和实验研究，人的大脑皮质有许多不同的功能区，又称中枢，比较重要的有躯体运动中枢、躯体感觉中枢、视觉中枢、听觉中枢、语言中枢、嗅觉中枢、内脏运动中枢等，每一部分受到损伤会引起不同功能的受损。（2）间脑

间脑位于两个大脑半球之间，故有此名。由于大脑半球高度发达，间脑除腹面的一部分露于表面外，其余皆被大脑半球所掩盖。主要包括背侧丘脑、后丘脑和下丘脑三部分，是情绪变化的中枢。（3）小脑

在头部后侧的后颅凹内，大脑的后下方。分为中间的蚓部和两侧膨大的小脑半球，表层的灰质即小脑皮质，被许多横行的沟分成许多小叶。小脑的内部也由白质和灰色的神经核所组成，白质称髓质，其内含有与大脑和脊髓相联系的神经纤维。小脑主要是一个与运动调节有关的中枢，其主要功能是协调骨骼肌的运动，维持和调节肌肉的紧张，保持身体的平衡。（4）脑干脑干包括中脑、脑桥和延髓。脑干上接间脑，下连脊髓，背面与小脑连接，并同小脑位于颅后窝中。间脑往下依次为中脑、脑桥和延髓，分布着很多由神经细胞集中而成的神经核（神经中枢），并有大量上、下行的神经纤维束通过，连接大脑、小脑和脊髓，在形态上和机能上把中枢神经各部分联系为一个整体。脑干的背侧与小脑之间有一空腔，为脊髓中央管的延伸，称第四脑室。脑干最下部的延髓像个倒置的圆锥体，在出颅骨处和脊髓上端相连。

脑干同样由白质和灰质构成。脑干的灰质仅延髓下半部与脊髓相似，其他部位不形成连续的细胞柱，而是分散成大小不等的团块或短柱形神经核。神经核分两种，一种是与第　Ⅲ～Ⅻ对脑神经相连的脑神经核；另一种不与脑神经直接相连，统称非脑神经核。白质大都是脊髓纤维束的延续。脑干负责人体的呼吸、血压、心跳，并且也是大脑与全身各处信息传递的必经通道，可以说是人体的生命中枢。大家平时可能听说过，人脖子后面（项部）被打容易导致人体死亡，这就是脑干部位所在，由于受外力损伤致生命中枢（即呼吸、血压、心跳等）受损害而危及生命。神经细胞

从细胞水平来看，脑和神经系统也像肝、肾一样由许多细胞构成，但又与这些细胞有着截然不同的特点。脑由神经细胞和胶质细胞组成，前者是脑组织工作的最基本的成分，具有感受刺激和传导冲动的功能，是脑各种功能的行使者，因此又称神经元，而后者是辅助成分，对神经元起营养和保护作用。

神经胶质细胞并不是神经元，但在脑中含量丰富，实际上其数量超出神经元10倍。神经胶质细胞这一术语源自希腊语，意为“胶水”，因人们第一次观察到这些细胞时，它们似乎黏附于神经元上。有许多具不同功能的各类胶质细胞。一类胶质细胞（巨噬细胞）起的作用是清除损伤后脑内死亡细胞的碎片；另一类胶质细胞产生脂肪性鞘，绕在许多神经元周围，就像电线外的胶皮起着电绝缘的作用。

星形细胞是以其星形外表而得名的一类胶质细胞，它无处不在，似乎并无单一功能。原先人们认为星形细胞有一种相当被动的功能，即只是通过提供一种生物网架（更正式的名称为胞外基质）来防止神经元滑动。但现在已清楚，星形细胞起的作用范围广泛，且更为动态。在健康成年人，这些非神经元细胞，通过确保神经元周围化学组成上的良好微环境来保护神经元，它们起海绵或缓冲器的作用，清除潜在的过量或致毒含量的化学物。在神经元损伤发生时，星形细胞将会加倍工作，大小和数量均增加，从而能释放大量特殊物质，使随后的神经元生长及损伤后的修复成为可能。

神经元是一种特殊类型的细胞，那它是什么样子的呢？在所有的神经元中，都有一个直径约50微米的团状部分，称为胞体。实际上，胞体的形状并不像团状一样模棱两可和无定形，而总是属于以下几种特征性形状之一，如圆形、卵圆形、三角形甚或梭形（形如老式的纺锤）。胞体包含了神经元生存所必需的所有细胞器，从这点上讲，神经元胞体的基本构造与其他任何细胞并无差别。然而，如果将神经元与其他细胞相比，一旦注意到胞体以外的部分，你就会发现一个巨大的差异：与其他细胞不同，神经元除了胞体外还有其他部分，它具有接收信号的天线一样的树状突起，纤细的分支从神经元胞体中伸出，几乎就像某种微小的树，事实上，这些部分被称为树突，具有接受刺激和将冲动传入细胞的功能。一个神经元可以有一个或多个树突，树突在形态上千姿百态，在密度上千差万别，它们或者从神经元的四周长出使其呈星形，或从胞体的一端或两端伸出。根据树突分支的程度，神经元在总体外观上差异悬殊：在脑中，神经元至少有50种基本形状。

神经元不仅有这些小分支，而且绝大部分还有一个从胞体上伸展出来的长而细的纤维，称为轴突，功能是将冲动自胞体传出到其他神经元，它要比神经元其余部分长许多倍，并且其外面包绕着一层叫做髓鞘的脂肪鞘，就像是电线外面的绝缘层一样保护神经元外传的信号。一个细胞的直径通常约20～100微米，但在一种极端的情况中可长达1米，如沿着人脊髓下行的神经纤维。

只要看一眼神经元，你就很容易区分出这两个特征来。轴突远细于相对粗短的、分叉的树突，甚至在显微镜下也极难看到它们。树突就像真的树上的分枝，其末梢逐渐变细，轴突则不然，这就使得神经元在总体外观上表现为一个团状的中心区、一根蜿蜒而行的细长的纤维，以及伸出的相对粗短的微枝。如此怪异的东西怎么可以成为我们脑细胞构件呢？既然胞体中含有与所有其他细胞相似的整套内部装置，很容易推想，至少轴突和树突的某些功能是为了确保细胞存活，并制造出适当的化学物质。然而，鉴于轴突和树突的存在与神经元的特殊功能紧密相关，因此它们的作用并不那么一目了然。此外，轴突和树突间如此清晰的形状上的差异，提示它们也分别扮演着迥然不同的角色。

我们脑中的神经元功能也有所不同，按功能的不同可把它们分为：①感觉神经元，也称传入神经元，负责感受刺激并将其转化为一种信号上传入中枢；②运动神经元，也称传出神经元，作用是将中枢的指令传出到器官；③联络神经元，也称中间神经元，位于感觉神经元和运动神经元之间，和它的名字一样起联络作用。

在我们的脑中有多达数千亿个神经元和神经胶质细胞。为了感觉一下一千亿究竟有多大，亚马孙雨林提供了一个恰当的类比。亚马孙雨林方圆700万平方千米，约有1000亿棵树木，大脑中的神经元和胶质细胞数量基本上与之相当。如果我们现在考虑神经元间连接的巨大数量，那么我们可以说，其大约和亚马孙森林中的树叶一样多。要去想象整个脑中化学活动和电活动的激烈状态，事实上是不可能的，即使在任何一个时刻，我们的神经元中仅有10%在活动。

神经细胞如何工作呢

早在1875年，英国生理学家就从兔脑和猴脑中记录到微弱的电流，但这一发现几乎未引起注意，其临床意义在50年后才被认识到，1929年德国精神病学家汉斯·贝格尔首先做了尝试，记录了人脑的电流。当电极置于头颅表面时，它不会引起任何疼痛，人完全清醒，可检测到不同类型脑电波，这就是至今仍在神经病学中广泛应用的一项技术——脑电图（EEG）的起源，脑电图记录的电波是由脑表面之下成千上万的脑细胞产生的。由此人们首次接触神经元能产生电的想法。

树突充当这些电信号的接收装置，就像某个巨大的码头一样，接纳各种船只载入的货物。正如货物可以从码头上卸下，并沿着路线运送汇聚于某个中心工厂一样，这些分散的信号沿着汇集于胞体的树突传导，如果信号足够强，树突将会产生一个新的电信号，或者沿用刚才的类比，将会生产出一个新的产品。这时轴突开始起作用，它们将这个新的电信号从胞体传送到下一个目标神经元，就好比工厂的产品输送到某个远处的目的地。

尽管人们已经了解神经元中信号是如何产生，又如何沿轴突向下传递的，但下一步发生什么还远没有搞清楚。现在我们需要知道的是，为了传递信号，神经元是如何同另一个神经元相联系的。自从人们能将神经元染色并加以观察时起，科学家们就一直思考着这个问题。例如，有人认为，所有的神经元是联结在一起的，有点像一个发电网。当时，这种想法遇到了来自西班牙的伟大解剖学家拉蒙·卡赫的强烈反对。他们在这一长时期的冲突中各执一词。卡赫确信，在神经元间有一间隙。这个问题直到20世纪50年代人类发明了电子显微镜才明确地解决。电子显微镜所赋予的惊人放大倍数使人们能够从事对细胞的研究。一台光学显微镜采用正常光波和高放大率的透镜，只能将物体放大到1500倍，而一台电子显微镜则能放大几万倍。一旦科学家们能以这样的精确程度去窥视大脑时，神经元的一个秘密就大白于天下了。最终结论是，卡赫是正确的，在两个神经元间确实存在间隙，即突触。

在脑中，通过细胞不同部位的各种方式的相对排列，神经元相互间形成突触接触：树突间、轴突间、树突轴突间都能形成突触；轴突也能直接与靶细胞胞体形成突触。最常见的突触形式是，细胞的离心部分轴突抵达其终点轴突终末，并与目标细胞的粗短分枝部树突形成突触。突触的概念立即引发了一个问题。试想一下，一个电脉冲信号以每小时约352千米的速度到达轴突终端突触的情况。确实，这个轴突终端（轴突末梢）被兴奋，电位在刹那间变得更正。但这个兴奋波何去何从呢？当它为一个间隙（突触）短暂阻挡后，它怎么能用作为另一个神经元的信号呢？这有点像驾驶一辆汽车来到一条河边，一个理想但过分奢侈的对策是放弃汽车，寻找更合适的旅行工具：一艘船。我们需要一种将电信号转译成另一种能通过突触的信号的方法。人们想象，化学物质可能以某种方式参与神经元通讯。实验证明乙酰胆碱是脑中不同类神经和神经元释放出来的许多化学物质的原型，在脑信号传导中充当重要的使者，专业术语称为神经递质。

乙酰胆碱作用的发现，对于了解脑细胞如何在突触部位进行通讯具有重要意义。一旦我们认识到电刺激能引起神经释放一种自然发生的化学物质，我们就能更容易地明白当轴突末梢被电信号有效刺激时，脑的一个突触上可能会发生什么。一旦动作电位到达轴突末梢时，它立即建立起适宜的条件，使乙酰胆碱释放至突触中。在产生信号的细胞的轴突末梢中，乙酰胆碱储存在许多囊泡中。当动作电位沿着轴突传播到达这个末梢区时，这个瞬间的电压变化触发一些囊泡把内含物（乙酰胆碱）排至突触中。到达的电信号越多，排空的囊泡就越多，释放的乙酰胆碱也就越多。用这种方式，原先的电信号真实地被转换为化学信号。一旦到达突触的另一边，每一个递质分子必然同靶神经元产生某种接触，递质像船一样需要停靠，在靶神经元的外部有特殊的大分子蛋白质称为受体，它们是为某一种特殊化学物质定制的，精确得就如同钥匙配锁或手和手套相配一般。一个受体不是简单地让任何化学物质与之适配，它必定是特异匹配的，即分子构象完美地相对应。一旦递质被锁入受体并与之结合，一种新的化学物质，即含原来两个成分的复合体便诞生了，它将触发以后一系列事件的展开。递质分子和靶细胞上受体蛋白的结合相当于发令枪，在靶细胞中存在的离子任一种的进出，都将反映在电位差的瞬变上。接下去，这个电位差的瞬变便成为许多电信号中的一个，沿着树突传向胞体，如此完成信息的传递。

以如此的方式，信号又被传递给再下一个神经细胞而最终形成一个网络。一个神经细胞不仅接受一个神经细胞传来的信号，还接受许多其他神经细胞的信号。科学家研究表明，全脑突触数量有100～1000兆之多。一个神经细胞所含受体也不止一个，有1000～2000种或更多，除了已知的乙酰胆碱、多巴胺、去甲肾上腺素以外，还有5-羟色胺、谷氨酸、γ-氨基丁酸等，它们随不同神经的兴奋释放到突触间隙去，作用在各自相应的受体。我们的脑通过如此的网络系统得以实现最佳的分工和协作。这些神经递质传送一个信息（一个神经脉冲）的时间为1‰～3‰秒，如果喝点咖啡，会加快这种传递，因此人会感到兴奋。

正是脑功能这种化学特异性使那些企图用计算机模拟脑的人望而却步。如果我们用高倍电子显微镜看一下神经元网络，它更像某个盛有一大堆缠结的面条的大锅，其中错综复杂，而非一块集成线路板。撇开化学上的多样性不说，大脑中还有精确的连接，而线路板只能是一个苍白无力的模拟。汇聚到一个细胞上的不同输入将导致不同化学物质的释放，而这些化学物质在任意时刻都具有活性。另外，根据这些输入强度的大小，细胞将释放不同量的递质。最后，每种递质将与相应的受体结合，而这一受体都以自己特有的方式去影响靶细胞的电压。这样，利用递质分子不同的组合，在每一个环节都为脑中巨大的灵活性和多样性提供了空间。这个分子交响曲是计算机所无法比拟的。首先，也是最明显的，脑基本上是一个化学系统，甚至连它产生的电也来自化学物质。更显著的是，除了进出神经元的离子流外，在细胞内部繁忙而封闭的世界中，不停地发生着大量的化学反应。在这些事件中，有一些将决定细胞对未来的信号的反应如何，但这些事件并没有直接的电的对应物，或者说与计算机没有简单的可类比之处。其次，神经元本身的化学组分是变化着的，因而没有分离且不变的硬件，这与可编程的软件形成鲜明对比。进而，大脑这种不停变化的能力导致了其与硅片系统的第三个差异：计算机对同一个指令的反应几乎总是不变的，不能产生新的反应，虽然它是能“学习”的。

现在我们能够明白，药物之所以以多种方法影响大脑，是因为它们作用于大脑中多种化学物质，而且又干预突触传递的不同阶段。尼古丁和吗啡通过作用于某种天然产生的化合物的受体来模拟该物质，而可卡因则扩散过突触前增加另一种物质的有效性。迷幻药又不同，事实上它耗竭了脑中另外一种化学递质。由于我们脑中有如此之多的化学递质，因此药物作用方式不但高度多样化，而且存在高度专一性的靶体。在某种程度上，我们知道药物能做什么，但实际上我们并不知道其长时间内的全部作用或对身体其他部位的副作用。就此来看，对药物作用的考察清楚地显示，突触所发生的专一明确的事件，以及这些突触事件最终如何形成一种情绪间联系的本质仍然令人难以捉摸。

由此可见，人脑即是由上述数以亿计的神经细胞和更多的突触组成，具有极为复杂精细的结构和功能。脑是调控各系统、器官功能的中枢，参与学习、记忆、综合分析、意识等高级神经活动。脑功能异常对人的精神、情感、行为、意识以及几乎所有的脏器功能都会产生不同程度的影响。认识这些脑部的基本结构，有助于我们了解脑部有病变（如脑中风、头部外伤、脑肿瘤、脑膜炎等）时所出现的临床症状和体征，就可推断出脑部的哪个位置出毛病了。

脑的进化

我们的脑是如此的精密，可你想过没有，人脑是怎样发达到今天这种地步的呢？在生物长期进化的过程中，在寻找食物、逃避强敌和其他伤害以及繁衍后代等基本欲望的驱使下，为了生存就必须变得更加勇猛、灵巧和富有智慧。于是，与此相应的最有效的器官——脑，就这样应运而生了。所有动物的脑，尽管不如人脑发达，但原始脑和神经系统是必须的，动物从非常原始的简单生物发展而来，又经过无限漫长的进化过程，才演变为今天具有理性的人类。在人脑的断面可以看见旧皮层（古皮层）和新皮层，旧皮层是非常古老系统中的皮层，新系统中的皮层叫新皮层。蛇的脑几乎都是旧皮层，到了狗新皮层多起来了，而人的新皮层更加发达，在脑的表面布满了皱褶，然而不要以为旧皮层就没有了。在漫长的进化过程中，人脑有的部分变得非常发达，有的部分则退化了，但绝非可以没有。我们提到的自主神经系统就属于非常重要的古老系统。

当一个受精卵发育成熟为一个人而呱呱落地，其

脑的发育

正如前面所述，动物为了生存，一些不经思考而存在的简单反射和自主神经的调节是必须的，这主要由脑干和脊髓完成。而人类为了生存，需要勇敢、灵巧和智慧，勇敢包括本能行为靠脑的旧皮层完成，而灵巧和智慧需要新大脑皮层起作用，它可以产生适应行为乃至更高层次的创造行为。我们的脑就是这样通过神经系统的调节，帮助人类得以顽强生存和创造辉煌。脑的发育

有人曾问，婴儿期的意义何在？人类出生时比其他生物更无用，并比其他生物需要长得多的抚育期、多得多的长辈悉心照顾和明智引导，其意义何在？我们现在通过观察脑的发育来了解这个问题，并确定使我们成为个体的那些因素。

生命始于卵子的受精，但是，从一个直径只有约0.1毫米的卵子发育成大脑是一个漫长的历程。建立一个大脑（实际上还有身体的其他部分）的第一步，是由卵子和精子形成单个细胞合子。一天多（约30个小时）之后，合子分裂成两个细胞，并一再地重复这个过程，以至在3天内，就已形成了一个形如桑葚的细胞球，因而名为桑葚体。受精后5天，桑葚体内的细胞分裂为两群，一群细胞形成外壁，为发育中的胚胎提供营养，胚胎则由内细胞群生成，桑葚体即成了胚泡，这在妊娠后16天时完成。胚泡下一个重要阶段是植入子宫内膜，在那里新生命将会得到以后约39周所需的所有营养。

植入子宫内膜后约1天，聚集在胚泡内部的内细胞群已与外壁分离，与子宫合为一体。混杂的细胞群开始平贴在胚盘上，那是一个两层细胞厚的椭圆盘。令人难以置信的是，这小薄盘竟是组成人体的各类细胞的本源，而这些早期的细胞前体，尽管相当原始，但已经开始变得多种多样。约12天时，胚盘上层的某些细胞开始移向中部，在胚盘中部，这些可动的细胞即嵌入到原来的上层和下层之间，沿胚盘盘绕，这样产生了第三层细胞。这时胚盘有三层厚了。正是在这个阶段，我们第一次可以把注意力放在未来的脑上。中层细胞好像发送化学信号到上层细胞，后者因而再次分化，成为神经元。胚胎学家把前体神经元的上层称为神经板。到了18～20天，神经板中部开始发生变化，其中心内凹，而边缘部分向上、向外移动。3周之后，边缘部分开始隆起，生成神经沟。然后神经沟边缘内折并愈合，从而形成一种柱状结构，即神经管。到达子宫后1个月，一个初始的脑已经形成。事实上，正好在神经管成形之前，年轻的大脑就开始显示自己的存在，甚至在神经板阶段，某些区段就已经注定要形成特异的脑区。

在子宫内15周时，可以在胚胎前端辨认出两个隆起，那是我们高度发达的大脑半球的原基，也可以辨认出皮层下的某些脑区，如基底神经节，基底神经节在运动中起重要作用。包容所有这些纷乱的萌芽状活动的是头颅。发育中的头颅有膜质区，使其能扩展，为这种充分的生长提供了可能。

未来的神经元中的每一个都要分裂几次，以至细胞数目有巨大的增加。初始脑继续发育，神经管顶部增厚形成三个突起。在第二个月开始时，在适当位置上可识别若干脑区。因为部分脑生长得比其他部分更快，神经管的前段开始弯向两个位置，与发育中的脊髓以直角相对，正前端膨大成为两个半球，约11周时，后端外伸，形成易于辨认的小脑。神经管的关闭导致了脑内的空腔——脑室的形成。这些脑室组成相互交错的迷路，最终开口向着脊髓。通过这些迷路的小孔，无色液体可以循环，并将终生浸浴整个脑和脊髓，也就是前面我们提到的脑脊液。

对于所有的物种而言，在基本构造单元即神经元的水平上，脑生长中发生事件的顺序是一样的。如果脑要生长，而脑又是由神经元组成的，那么神经元在数量上必须持续增加，日后将成为神经元的那些细胞通过分裂的方式来满足发育中脑的要求。为了分裂，一个神经元的前体将作可循环数次的短程旅行。通过伸出其触须样的延伸部分，神经元的中间部分从神经管的外区滑向中心。一旦到达中心，核就分裂，两个新生细胞接着退回到神经管外缘，开始下轮循环。

重要的是记住，脑并不是一个均质团，而是由高度特化的区域组成。这些区域可以按其形状和各自在脑的总体功能中所执行的任务来加以区分。对于生长中的脑，至关重要的不仅是足够的细胞，而是它们必须出现在正确位置。一旦一个神经元已经历了几次分裂循环，就必须迁移到新脑中的正确位置上去。

起初，神经元会简单地从神经管外区移向内区，但当这一区域随着细胞增加而变厚，且构筑完善后，细胞会按其不同的命运向不同的方向移动。例如，有一些细胞恰在此中间区下移动，它们将成为一种特殊类型的神经元——中间神经元，在较小的局部回路中把神经元联结起来，而移到该区细胞的一部分将成为胶质细胞。随着越来越多神经元的增生、沿胶质细胞单轨迁移而后下载，大脑逐渐地生长起来，细胞一层层地堆积起来，有点像洋葱一样。最后，最外的一层（皮层）开始从最初的薄层细胞（皮层板）组建起来。随着更多细胞的到达，它们必须穿过新皮层的第一层而形成第二层，如此等等。在成熟的皮层中共有六层。发育中最先到达的神经元群构成皮层中最深的一层，离脑外表面最远，而形成脑表面的皮层最外一层的神经元群是最后迁移到的。任何神经元形成特定的大小、形状、位置和连接的时间都不同。此外，一旦神经元停止增殖，用作神经递质的化学物质可能就一劳永逸地决定了。到了妊娠9个月时，在脑中我们就已经拥有了我们可能拥有的大多数神经元。

这时我们出生了！出生可以使脑继续生长，否则的话，对于母亲的产道来说，头会很快变得太大了。出生时，人的头约与黑猩猩的同样大小，约350立方厘米。到出生6个月时，将达到最终体积的一半，在出生两年时，将是成年人头大小的3/4。4岁时人脑的大小是出生时的4倍，约1400立方厘米。

即使是在生命头一个月内，婴儿也已拥有了一些反射反应。一个反射就是对于所给定固定情景的一种不变的反应。这样的反射之一是手臂的挖舀运动，这种运动是最终抓握物体的精巧能力的基础。假如一个人试着把婴儿的手臂自身体往外拉时，可以看到这个反射：婴儿的反应是缩回他的胳膊，收回到身体边。随着时间流逝，这个抓握反射变得越来越精巧。先是卷曲所有手指包住一个直接放在手掌上的物体，此后婴儿能翻过手来抓一个与他手背接触的物体。最后，他能进行随意的抓握，第一次能随心所欲地抓到他所能抓到的任何东西。抓握反应发展的这些阶段与婴儿皮层发生的变化相平行。出生后的第一个月间，皮层中绝缘物质髓鞘大量增加。一旦轴突有髓鞘绝缘，传导电信号就要精确且有效得多。显然，一种精细的运动，如随意伸手抓取，只能在皮层内神经元尽可能有效地工作时才能发生。髓鞘化在15岁之前持续快速增加，有的持续至15岁之后。甚至在生命后期，如60岁时，髓鞘在密度上仍能继续增加，这是一个令人愉快的现象。到了1岁末，孩子常常在不经意间开始捡取物体了。年幼的婴儿只能同时动所有的手指，而稍大的孩子则能够开始单个地移动手指，可以用拇指和食指捡起小物体。能做这类动作的主要动物是灵长类。与其他动物（如猫和狗）不同，在灵长类，控制各手指肌肉收缩的脊髓神经和与运动控制直接关联的皮层区间有纤维形成直接的联系，正是这样直接的联系才能保证精细的手指运动是最灵巧、最高级的。在运动皮层，手指所占用的神经元相当可观，甚至当运动皮层受损时，即使大多数其他运动不可思议地恢复了，但恰恰是精细的手指运动时常不再重现。一旦能够独立地运动每个手指，用手技巧就大大提高了。手部灵活性的改善，意味着工具制作变得容易多了，这反过来又有利于该种动物的进化和生存。但另一方面，自主的独立手指运动并非灵长类生活方式复杂奥妙和多姿多彩的秘密，仓鼠和浣熊也能良好地控制其手指。

在出生后逐渐发育的并不只是我们的随意功能，如抓握和行走，另一个非随意功能系统也开始起作用，也就是我们前面提到的自主神经系统。我们知道，脑处理来自外部世界的信息，使身体能以其特定的生活方式活动，其实，大脑接收的信号不只来自外部世界，也来自体内。这些体内的信号不断地传到大脑，尽管对于所发生的绝大部分事件我们并不意识到。例如，我们不需要连续有意地控制我们的呼吸、心率或血压。这类重复和枯燥的工作会使我们无暇从事其他活动，包括睡眠。因为脑与重要器官之间的通讯似乎大多是自主地进行的。自主神经系统受大脑的指挥，但在结构上却伸展到其外部，其中包括几组由脊髓发出的与所有重要器官相联系的神经。这些神经在妊娠早期就与中枢神经系统（脑和脊髓）分开发育起来。在妊娠后约3周，神经板关闭形成神经管，但在两侧以后发育成神经元的一小群细胞并不包括在内。这些细胞群被称为神经嵴，它们将发育成组成自主神经系统的神经。

就是这样，我们生来就已做好准备以适应紧张，并拥有一定数量的反射。但是我们有意识吗？这个令人困惑的问题从来没有满意的回答。由于脑的发育是缓慢而渐进的，也许意识也是如此。意识并不是全或无的现象，而是随着脑的生长而逐渐发展起来，这种可能是存在的。3万年来，我们的脑及其在子宫中的发育过程一直是相同的。换一种说法，早期人类的大脑与现今人具有一样的智力。年轻人的大脑适应性强，易受影响，对他们来说关键的挑战是要让大脑在特殊刺激和必须要在的生存环境的限制下发育和成熟，不论那是丛林或是装有空调的环境。与我们的至亲黑猩猩不同，我们的大脑有惊人的能力去适应我们所处的环境。从新生儿脑的惊人成长速率和行为的平行发展来判断，很明显，大脑是按一个很紧凑的日程来运转的。

至妊娠后9个月，组成我们脑的大多数神经元已经增生到合适的脑区。一旦到达目的地，每个神经元就有效地扎根下来，通过建立突触回路启动与相邻神经元间的通讯。在脑发育的整个时期，神经元的轴突一直向外生长，与其他神经元形成联系。出生后脑容量的惊人增长不应简单地归于神经元数的增加，其中有相当部分应归功于这些突触的发育，它们作为神经元间的通讯线来起作用。当脑细胞在组织培养皿中培养时，也会伸出突触，因此用一台定时录像机就有可能直接观察脑细胞伸出突触与邻近的细胞建立联系。以这种方式有可能生动地把发育中细胞的情况显示出来。这些年轻的神经元是如何知道该去哪儿的呢？有人认为，他们的初始取向可能是由遗传决定的，但最终的路径随后会由局部因素加以微调。另一种观点是，靶细胞释放一种导引性化学物质，其浓度在靶细胞附近最高，并随其扩散开来而变低。轴突沿着导引物的浓度变高的方向移动，最终抵达靶细胞。我们已经知道，轴突要生长很长的距离，但很难想象上述过程怎么会在其中一段起作用。也许更可能的是，在脑结构仍然封闭的发育早期，存在一些先驱性神经纤维，它们后来像软化的糖似地伸展开来，别的轴突可以沿此前行。

不管怎样，有一点可以肯定，这些生长的轴突在其历程中并不是一成不变的。生长的神经元能够敏感地适应改变着的环境（例如，长出的轴突减少了，或预定的目标靶体发生了部分损毁），使情况变得最佳。这种情况已在易于实验操作的较简单系统中得到了证明，也已经知道，在这些系统中，向外生长的神经元与靶细胞形成有序的连接。

在正常情况下，“用进废退”规则会是有益的，因为它意味着神经回路是按工作着的细胞建立起来的，这些细胞又反映了人们必须生活其中的环境的需求。不断发育的人脑对脑回路中局部因素的敏感性是极高的。由于出生后发育仍在继续，脑内这些不停工作的神经元有很强的反应性，它们形成回路来反映个体所处的外部世界中发生的情况。在16岁之前，脑内神经元之间的相互作用一直在进行着，这是一场为建立神经元连接而进行的战斗。如果一个新的神经元未与靶神经元建立联系，或者缺乏足够的刺激，那么它就会消失。

我们在这种方式下与环境相互作用，逐渐变得更适于在环境中生存，这是由于越来越多合适的（也即最努力工作的）神经元连接起来，可以进行最有效的信号传导。在脑内，神经元活动和生长是携手并进的，这不仅是“用进废退”的问题，也是“尽多使用”的问题。正常生活方式或环境中的任何微小变化，都会在神经元回路的改变上反映出来。重要的是神经元的连接，而源自环境的刺激程度将决定神经元之间怎样连接，从而决定个人的记忆，并使你成其为你这个人。

一个流行的观点是，对连接的这种选择是从更大范围的已存在的连接中取出的，余下的连接日后就“丢失”。这很像制作雕塑中把多余的大理石或花岗岩凿去一样。虽然许多神经元连接无疑在发育中消失，但这样的损失不如说是用来抵消脑的疯长，因为脑按神经元连接的使用程度和活动情况已建立起合适的连接。因此，并不存在一个普遍的脑，然后塑造成个体的脑。在约16年的时间里，个体的脑就是随着脑的生长而发育起来的。

在16岁时，我们有了发育成熟的大脑，其大小在约11年中最终增加了5%。虽然脑在发育时特别易受影响，但16岁之后这种适应能力并没有中止，只是有所减少而已。实际上有可能通过控制环境来观察成熟脑中的长期变化。例如，把成年大鼠放置在一种多姿多彩的环境中，那儿充斥着各种刺激。作为对照，另一些相似的大鼠被关在普通的笼子里，在那里，它们能得到的只有所需的足够的水和食物。然后检查这两组大鼠的脑，可以发现脑内神经元连接的增加只发生处在多姿多彩环境中的动物，处在普通笼子中的则没有。看来，脑内神经元的绝对数量并不如它们间的连接那么重要，这些连接不仅在发育中，而且在成年期都是高度易变的。特殊的体验会增加高度特化神经元回路中的连接程度。

对人而言，一种多姿多彩的环境，并不单纯指可得到更多的物质财富或增加体力活动，而最关键因素是对脑的刺激。人们在大鼠的研究中发现，引起脑内巨大变化的是有学习和记忆参与的活动，而不只是体力活动。课余愉快的交谈，有意义的交往，填字游戏和勤奋的阅读，都可以不拘一格地使人脑得到刺激，不管这些活动是发生在城内还是在郊外。

这样，随着我们在生命长河中的不断前进，我们塑造着神经元的特殊连接，而这些连接赋予我们一个独特的个性化的大脑。到中年时，我们在个性上是基本定型了。虽然中年人的脑细胞仍在发展，仍在对环境做出反应，但就某些过程而言，它正减慢下来。例如，学会新技能（如驾车）的过程变慢了。

在生命的最后时期，脑的实质开始减少，脑的重量到90岁时失去20%，甚至在70岁时就已失去5%。留下的神经元可以执行某些功能。为什么大脑会衰老呢？这有许多种理论，如衰老基因的激活，从而耗尽遗传信息，或是遗传程序在长时间的过程中突然受到随机损害，或是无活性的或有害蛋白突然生成。我们还不知道老龄人的灾难性疾病——老年痴呆症和帕金森病的病因，这些病人脑的不同部分有大量神经元的丧失。然而，重要的是要认识到这些疾患实际上是病症，并非老龄的自然后果。

在最近的一项老年痴呆症研究中发现，病人脑的某一区域（中颞叶）的面积不及同年龄健康人的一半。更使人惊愕的是，人们发现，老年痴呆症病人的这一脑区变薄的速率要比正常老年人快得多。因此，老年痴呆症对脑是灾难性事件，其后果是毁灭性的，但它却不是我们所有人的必然命运。

尽管如此，脑细胞在人体正常衰老时也确实是发生变化的。有些人认为，神经元的接受区树突发生萎缩，虽然对于这个观点还有激烈的争论。如果确系如此，可以认为我们的信息处理能力减弱了，但一项最近的研究又显示，我们仍能处理惊人数量的信息。我们知道，老年大鼠在一种多姿多彩的环境中仍能形成新的神经元连接。虽然老年人在某些解题性作业上表现较差，处理信息略慢，但没有证据表明学习能力随年龄增加而减弱，事实上，他们的词汇量增加了。政治家、商业巨头、教会负责人和政治领袖常在六七十岁时可能达到他们权力的顶峰，这也许很说明问题。甚至在体力水平上，也没有理由认为我们都要注定变得衰弱，国外有人在91岁高龄时登上了富士山。

老龄可以是一个个体的终极表达。

脑的血管

供应如此大量的血液必须有丰富的血管。而血管越多，发生血管病变的机会就越多。大量的血管网中只要有一根血管堵塞或破裂，就会马上表现出脑损害的症状。成人的脑细胞每分钟要消耗大量的氧和葡萄糖才能维持正常的机能活动，因其没有能量储备，所以对血液供应的依赖性特别强。另一方面，脑组织对缺血缺氧的耐受性又相对较低。一般来讲，血流停止10秒钟，脑细胞就可能受到损伤；血流完全停止5分钟，脑细胞恢复的机会就很小；如果血流完全停止半小时以上，脑细胞就彻底死亡，不可能再恢复。但如果血流只是部分中断的话，脑细胞的机能虽然会暂时丧失，只要治疗及时，暂时丧失的功能完全有可能随血液的重新供应而恢复正常。

三、脑的功能

脑是如何工作的？它究竟在做什么？千百年来，这些问题吸引着无数人，也不断向人们提出挑战。自古至今，人们一直想方设法认识大脑。人的寿命延长了，但未必生活得更好。侵袭人脑的灾难性老年疾病，如帕金森病和老年痴呆症等，正日趋蔓延；抑郁和焦虑等精神疾病也因现代生活的压力而与日俱增；人们对情绪调节药物的依赖性越来越强。由此可见，目前我们最需要的是尽可能多地了解脑。1990年7月17日，当时的美国总统乔治·布什呼吁，应竭尽全力使公众充分意识到脑研究给人类带来的益处。人们对脑感兴趣是理所当然的。

脑功能体现的分工与整合

如我们在前面所述，在日常生活中不经意所做的一切都是由脑和神经系统完成的。也许我们认为用筷子去夹豆子是再简单不过的事情了，而实际上脑所承担的是一种相当于从地球乘火箭去月球登陆般难的工作。脑的主要特征之一是它有着精细的分工体制。如上所述大脑皮层上排列着各类中枢，它们分别承担着各种功能，有管手、脚肌肉运动的中枢，接受外部感觉的感觉中枢，还有视觉、听觉、嗅觉的中枢等，而且各自都有确定的位置。关键问题是，这些分散的中枢并不像马赛克一样被堆砌在一起，脑中的空白地带被称作联合野，它担当着把各个中枢连接起来进行整合的重要使命。大脑皮层的前额叶具有思考、判断和创造等人的最高级功能，小脑则在维持身体平衡、运动协调方面起主要作用。总之，脑是一个既有细致分工又被高度整合、统一的器官。

下面，我们比较一下所谓原始脑和高度发达的脑到底有何区别？例如，螳螂从头到尾均有排列整齐的神经节，这些神经节以分工体制分管着后脚、前脚和头部等，但似乎缺少“中央政府”级的领导。与此相反，人的分工体制主要体现在脊髓水平，而其余均由大脑管理。如前所述，大脑虽然也有分工体制，但同时大脑还是一个司令部，既是情报汇集的场所，又有进行整合的庞大机构。如果把螳螂的神经系统比喻为完全的地方自治的话，那么人的脑和神经系统即是地方自治与中央集权的统一了，而且后者可以说权力更大。用专业术语说，螳螂是分节性的，而人类具有分级、整合的特点，神经系统被分为高、低两个级制。

大脑皮层的功能定位

我们前面提到，大脑皮层是高级神经活动的物质基础。人的智能活动，主要与大脑皮层的功能活动有关。有异常发达的大脑皮层，是人类与其他动物最明显、最根本的区别，人类的种种高级神经活动，如思维、语言、创造力等等，都与大脑皮层有关。可是，人在进行某种智能活动时，人的大脑皮层是全面动员还是有所分工、各司其职呢？这就是关于大脑皮层的功能定位问题。

19世纪以前的科学家以为大脑发挥它的各种功能是整体运动的结果。肌肉的收缩，神经的活动，在古罗马医学家看来，是一种叫做“动物灵液”的东西主导的。千百年来，这种学说一直统治着西方医学界。后来，两位德国医生打开了狗的头盖骨。当他们刺激狗脑的某一部位时，狗的腿部肌肉发生了收缩，而狗是被麻醉着的。按他们原来的想象，不应该出现这种现象。他们经过反复多次的试验，证明狗脑的这个部位和肌肉有关。于是，他们把这个部位定名为“运动区”。有个法国医生用猿猴试验后，进一步发现，“运动区”的某一点只使某一组的肌肉动作，如有的只管手指头，有的只管脚趾头。医学家通过试验还发现，脑子里除了有专管动作的“运动区”外，还有专管说话的“语言区”，专管写字与作画的“书写区”，专管看东西的“视觉区”，专管听声音的“听觉区”，专管闻香臭的“嗅觉区”，专管品味道的“味觉区”等等，共100多个“区”呢。这些“区”，通常都分布在脑的一定部位，哪个“区”出了毛病，大脑在哪个方面的功能就受到了损害。例如，视觉区坏了，即使有眼有珠，也视而不见；听觉区坏了呢，即使在枪炮轰鸣的战场上，依旧会充耳不闻的。巴甫洛夫后来又有了新的发现。他曾经把一个狗的“视觉区”切除了。他原先估计，这只狗一定成了什么也“看”不到的瞎子了。然而，他发现，这狗竟然仍能区别光线的明暗和物体的简单形状。于是巴甫洛夫认为，已经没有“视觉区”的狗还有这种简单的视觉能力，说明除“视觉区”外，还会有一些“分散性”的视觉机能。也就是说，脑子上面的这个特殊区与那个特殊区之间，并不像刀切的那样界限分明。但是，如果把狗的“视觉区”周围的大脑皮层全部切除，那它的眼睛也就真正“瞎”了。到了20世纪中叶，加拿大医生潘菲尔德根据大量研究资料和临床案例的分析，绘制了一张人脑皮层功能定位图。这张图直观地说明了大脑皮层各功能区及其承担相应机能的组织器官，而且某一器官被使用得越多它在大脑皮层中的代表区也就越大。例如，肌肉

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