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来源:百度文库 编辑:九乡新闻网 时间:2024/03/28 20:18:35
如何制造出人类大脑?德国研究人员图解7步走

你是否想弄清楚人的大脑是怎样工作的——这听上去像是个 “不可能完成的任务”,但是实际上大脑每天都在进行自我建造的工作。如果你真的想“制作”一个人的大脑,看看下面的这七个“简单”的步骤.




网易探索12月30日报道 理解一件机器工作原理的最好办法就是亲自动手建造它,在建造的过程中你就能完全明白其中的原理。你是否想弄清楚人的大脑是怎样工作的——这听上去像是个 “不可能完成的任务”,但是实际上大脑每天都在进行自我建造的工作。如果你真的想“制作”一个人的大脑,看看下面的这七个“简单”的步骤,也许会对你“DIY一个大脑”有帮助:


1.搞清楚建造大脑所用的“基础材料”



在开始之前,你首先应该理解其中复杂的建筑学构造。德国杜宾根(Tubingen)大学的神经生物学家贝恩得(Bernd )和他的同事们利用电子显微镜“画出”了一个神经元蜘蛛网式的细胞骨架。


神经元的细胞骨架由一条条丝状的蛋白质组成,当一个神经元向其他神经元发送“信息”时,这些丝状蛋白质会不停的收缩和伸展,从而达到在彼此神经元之间建立联结与断开联结的目的。图1所示的神经元来自一只老鼠的海马体(hippocampus),它是大脑中记忆组成非常重要的一部分,人类大脑中的海马体的形成过程和其十分相似。


2.将大脑中的神经元进行配对





神经元用它们长长的“手臂”彼此相互连接。这些“手臂”彼此之间位置非常紧密,其间隔只有20毫微米,所以当你在把大脑中的这些神经元组合起来的时候,一定要格外小心。


细胞之间的微小空隙叫做突触(synapses),蛋白质分子“指挥”神经传导物质来回的传递信息。图2显示的是一只老鼠小脑中的神经元,其被染成了绿色;红色的部分表明其现在正在与别的神经元“互通信息”。每个细胞都有一个轴突(即图2中左边绿色的“尾巴”),它可以将神经脉冲传递给另外一个树突。


英国伦敦大学学院(University College London)的两位科学家迈克尔(Michael)和贝弗利(Beverly)利用这张图做为他们研究的一部分,他们的研究课题是细胞如何将其他神经元发出的信息转变成计划和草案以传送更多的信息。


3.“网络化”





由于下面的步骤是“装配”好“线路”,这些“线路”能够使得数十亿计的脑细胞支持复杂的对话,所以“制作大脑”的步骤也将越来越难。图3显示的是老鼠小脑里神经元所构成的网络结构。图中明亮的白点是浦肯野细胞(Purkinje cell),这种大型神经元可以协调动物们某些复杂的行为。图中白点周围的穗状物其实是由树突构成的,而轴突聚集在小脑深处的中部,其可以向外发送更多的信号。迈克尔发现,细胞会反复地发送电子脉冲的同步化波,就像是在“演练”如何与大脑其他部分进行衔接。


(本文来源:网易探索 )

2009-12-30 21:18:00 天人合一 等级:论坛游侠文章:205[查看]积分:1913注册:2007年12月23日第 2 楼 

4.安装“管道”



为了在大脑里可以传送血液,你需要安装各种直径和长度的“管道”。图4显示的是一只活着的老鼠的大脑皮层的图像,面积为1平方毫米,从这张图上我们可以看到沿着表面分部的血管延伸至存在于大脑内部的毛细血管。


美国加利福尼亚大学大学的神经系统科学家安迪·史(Andy Shih)利用一种图像技术测量血管的直径,并且追踪记录血液流动的速度——血流的速度总是变化的,它取决于本地神经元对其的需求。


5.引进支持



当完成所有神经元的连接之后,你还是需要很多所谓的“大脑胶水”——神经胶质细胞(neuroglia),其与神经元的数量比为10比1。最近几年,科学家开始意识到这种细胞的重要性,特别是其中格外神秘的被称作星型胶质细胞(astrocyte)的细胞。


神经胶质细胞维持着大脑中血液的屏障,这层屏障能够保护大脑免受周围循环性分子的侵袭。


通过利用钙离子进行相互的“谈话”,神经胶质细胞也形成了自己专属的“通信网络”。像神经元一样,它们也能够接受和释放神经传导物质。


6.对“环路”进行微调



上图显示的是当你的大脑中所有的神经元都处在正确的位置时大脑的样子。此时,处在视觉皮质不同层面的细胞显示出不同的颜色:亮粉、黄色、蓝——颜色的不同取决于这些细胞在大脑中所处的深度。


来自麻省理工学院学习与记忆学院的研究人员利用这张图对大脑不断进行的“自我改造”、接受新的记忆以及学习新的内容等过程进行动态观察。


7.增加新的部分


一旦大脑“制作”完成并开始“运行”,它会不断的产生新的神经元。即使在成人时期,大脑还是在产生新的神经元,它们有的会代替老的细胞,有的则会成为增加新的内容。


大脑中有两部分的生殖能力相当旺盛:齿状回区(dentate gyrus)的细胞和大脑嗅球(olfactory bulb)。图7显示的是老鼠的大脑嗅球的横截面,图中绿色的部分代表相较“年轻”的细胞,它们形成于动物的成人时期。


科学家们通过研究还发现——没有了新生细胞,大脑将逐渐丧失其功能。


8.大功告成





如果“制作”好了的大脑运行不畅,可能是线路方面的问题。在排查问题时,你可能用的上图8。该图利用了高角分辨率弥散成像(HARDI)的技术。图中右侧为大脑的前部。图中长长的“电线”代表了纤维束,绿色部分表示的是大脑后部视觉皮质与眼睛之间的联接。


率领研究人员制作出这张图的加州大学的保罗·汤姆森表示,利用HARDI的技术,人们可以发现与神经障碍相关的异常连通性。同时,利用这张图你也可以排除“DIY大脑”中的问题和错误。