鼠猫生子意外金喜:大脑9大谜—《大自然探索》—2011年第3期

　　记忆是由什么组成的?这是科学家一直都在探索的课题。记忆是构成思维的基本材料，每当我们要做某件事情的时候、要通过语言与他人交流或形成最简单的想法或概念的时候，都会到大脑记忆库中去提取需要的知识。然而，对于我们来说，记忆的物质形式迷雾重重，我们感到困惑不解的是：当某个新的记忆形成之时，大脑会产生什么样的变化呢?

　　记忆的形成与神经细胞突触之间的联系得到加强有关，这一点我们已经确信无疑。2009年，美国一个研究小组对海蛞蝓的大脑进行研究之后首次观察到，当记忆形成之时，神经突触上会生长出新的蛋白质。这种海洋生物的神经系统相对来说比较简单。

　　那么，在哺乳动物结构复杂的大脑中，记忆存储在何处呢?短时记忆存储在大脑两半球的海马部位。2008年，研究人员通过小鼠研究发现，在某个记忆事件发生一个小时之内，大脑海马部位神经系统的DNA发生了某种化学变化，由此改变了其产生的蛋白质种类；接下来的一个星期内，大脑皮层神经系统的DNA也发生了类似的变化，这种变化似乎是永久性的，表明长期记忆就储存在这里。这表明，海马区形成短期记忆，然后在大脑皮层转化为长期记忆。

　　大脑对恐惧的反应尤为强烈，因为令人害怕的事情有可能关乎生死。海马区附近杏仁体结构对此起着重要作用。2009年，加拿大一个研究小组发现，小鼠在受到噪声干扰之后，杏仁体神经元突触被强化，但在杀死这些神经元之后，小鼠对噪声恐惧的记忆也同时消除。这是科学家首次跟踪到某个特殊记忆形成的神经细胞。

　　神经元细胞再生可战胜老年性疾病。

　　人们多年以来一直认为，在我们出生时就拥有了一生所有数量的脑细胞，以后不再会增加。然而，上世纪90年代的新的发现推翻了这一理论。事实上，包括人类在内的哺乳动物，一直都在制造出新的脑细胞。对于人类来说，“神经细胞再生”发生在两个地方，学习新的气味的嗅球区，以及与学习和记忆能力有关的海马区。

　　新生成的神经元可与成人大脑中原有的神经细胞整合在一起，这一发现给人类的未来带来了无限的可能性。我们是否能驾驭这一过程来治疗某些大脑疾病，如帕金森氏病和老年痴呆症?是否能以新生的健康神经元替代遭到破坏的脑组织?据估计，组成神经系统不同功能的脑细胞种类多达10000种，大脑细胞的复杂程度意味着我们不可能利用神经细胞的自然再生来完成这一任务。

　　瑞典科学家从流产胚胎中获得一种能够产生多巴胺的神经细胞，在将其移植到帕金森氏病患者的大脑里后发现，这些新移植的神经元明显改善了患者的大脑功能，只是这种治疗方法并不能普遍适用于所有的患者。科学家如今正在寻找从胚胎干细胞或再编程成人皮肤细胞获得这些具有专门功能的大脑神经元细胞。

　　研究发现，即使在大脑的非神经再生部分，也存在少量胚胎期大脑发育时留下的“祖细胞”，它们虽然并非真正意义的干细胞，但至少动物实验已经证明，它们也具有形成神经细胞的能力。研究人员追踪小鼠大脑化学变化线索发现，祖细胞产生的新的运动神经可代替小鼠因疾病而被破坏的运动神经。

　　大脑非神经元再生部位的再生能力令科学家感到振奋，大脑神经复杂而纤细，但科学家有信心以同样的精确程度来重建大脑。

　　镜像神经元可能成为打开人类移情作用之谜的一把钥匙。

　　什么是镜像神经元?“当你微笑时，世界与你一同微笑。”这是著名黑人爵士歌手路易斯·阿姆斯特朗当年的一句名言。但令阿姆斯特朗意想不到的是，他在无意之中道出了神经科学领域内最伟大的发现之一：镜像神经元。

　　上世纪90年代，研究人员在对短尾猿的实验中发现了镜像神经元细胞。他们通过短尾猿的大脑微电极测试发现，当猴子表现出某种行为时，许多神经元都活跃起来，而当猴子看着研究人员做同样动作时，一群神经元也会变得活跃起来，不同类别的镜像神经元会因不同的活动而活跃起来。

　　人类大脑中是否也存在镜像神经元细胞呢?核磁共振成像技术显示，当我们在演示某个动作时，或看到别人做某个动作时，我们大脑中的某个被称为“镜像系统”的部位就会“亮”起来。大量研究表明，大脑镜像系统越活跃的人，越善解人意，越能理解他人的情绪变化；反之，镜像系统不太活跃的人，其性格多淡漠孤僻。神经科学家猜测+人类大脑里的神经镜像细胞是产生移情作用的神经学基础，镜像神经元同时还与模仿、学习能力有关，甚至还可能与语言获得能力有关。当然，也有研究人员认为，理解他人的情绪或行为并产生移情作用，是一种很了不起的认知能力，恐怕不是某个神经系统独自就能够完成的。

　　意识并非像电灯开关那样非睡即醒。

　　你也许会觉得，意识就像电灯开关那样，不是处于开的状态，就是处于关的状态。但事实真相远非如此简单，这个问题挑战着我们对自我意识和自由意志的认识。

　　以往人们认为，意识以三种状态存在：醒着状态、无梦睡眠与有梦睡眠。但大脑成像技术显示，意识状态并非只有这三种。以梦游现象为例，每20人中就有一人有过梦游经历，而研究发现，梦游者的大脑实际上处于一种半睡半醒的状态。研究人员将一位梦游者的大脑与大脑扫描设备联在一起，通过监测发现，在患者发生梦游时，其大脑皮层中与意识有关的部分处于关闭状态，而大脑其他一些区域则处于活跃状态，包括与情摩情绪有关的部分。

　　意识还存在于其他各种奇异的状态。在有梦的睡眠中，即快速眼动(REM)睡眠中，我们静静地躺在床上，此时大脑抑制并中断向肌肉发送运动指令的活动。但对于一些患有REM睡眠障碍的人来说，抑制机制因出现故障而失灵，他们在做梦时会手舞足蹈，将梦境付诸行动。另一种睡眠麻痹症则正好相反，睡眠者感觉自己已经醒来，但却发现自己的身体无法动弹。

　　研究还发现，在清醒和昏迷之间可能存在着某种被忽略的状态，英国一个研究小组发现，与进入植物人状态的病人交流并非没有可能，虽然病人无法意识到周围环境，但只要他们还有条件反射能力，并能自主呼吸，就存在这种可能性。研究人员对躺在大脑监测仪器下的患者说：想像一下自己在打网球或在屋子周围走动，结果发现，患者能够对研究人员提出的一些问题做出“是”或“否”的反应。植物人通常被认为是没有意识的，但如果他们能听懂医生的问题，并能与医生沟通，那么他们或许还能对治疗方案表达自己的想法。

　　我们也许无法弄清楚意识究竟有几种状态，但可以肯定的是，意识并非像电灯开关那样非开即关，而更像一架梯子，我们越向上攀登，心中越是没底，不知前面还有多少奥秘是我们暂时还不知道的。

　　科学家正在揭开精神力量控制物质的秘密。

　　如果你不幸因病住院，那么，你住在一间窗外有花草树木、视野开阔的病房里，一定比住在一间面对砖墙的病房里恢复得更好更快。

　　早在医学开创之初，人们就开始探究精神状态与身

体健康之间的联系。例如，如果病人身上出现一些无法解释的症状，聪明的医生就会从病人的精神状态或情绪影响方面去查找原因。正如我们所知道的那样，失去亲人或离婚等打击影响健康引发疾患的例子并不少见。

　　为什么精神因素会对身体状况产生巨大影响?为什么一些疾病比其他疾病更容易受到精神状态的影响?为什么安慰剂会让人“受骗”而产生意想不到的治疗效果?精神暗示对我们身体健康的影响有多大?这些问题至今仍未得到完全的解答。

　　精神力量的影响似乎与我们的免疫系统有关，试管实验和人体实验都证明，巨大的精神压力会降低免疫细咆的活力。大脑似乎通过多种途径影响免疫系统，包括从化学介质到神经系统调控。例如，研究发现，与脑部相连的迷走神经的一个分支起着调节免疫系统功能的关键作用，经大脑发出的信号经地谜走神经，在那里改变了脾脏中免疫细胞的行为。研究还发现，在包括癌症在内的许多疾病中，电刺激迷走神经可减轻发炎感染的程度。

　　如果我们无法做到用精神力量有意识地控制免疫系统，我们至少可以通过药物，或许还可以通过迷走神经，让我们的免疫系统处于良好状态。

　　人的聪明程度不在于大脑的大小，而在于大脑的结构。

　　1955年，爱因斯坦的大脑被解剖，令人大失所望的是，他的大脑甚至比普通人的还小。事实上，最新研究表明，大脑的大小与智力程度之间关系甚小。

　　决定智力的一个重要因素似乎在于神经细胞之间的沟通交流是否通畅高效。荷兰神经科学家发现，聪明的大脑中神经细胞网络的传输效率更高，也就是说，它们以最短最有效的传递路径在大脑各部分之间传递信息。

　　另一个重要因素取决于包裹在神经纤维外面，起着绝缘作用的髓鞘质，髓鞘质的多少直接影响到脑电信号的传输速度。研究发现，在智商高低和髓鞘质的多少之间存在着联系。

　　遗传基因对智力的影响有多大，我们至今仍然不很清楚，各种研究得出的估计结果是在40％至80％之间，差距如此之大是因为，年龄越大，遗传因素对智力的影响也越大。一项对11000对双胞胎的研究发现，智力差异的遗传因素影响，在9岁时占40％，17岁时占大约2／3。

　　为什么会这样呢?也许是因为在我们日趋成熟的过程中，基因影响着大脑本身的发展，也许与成年人主动寻找刺激大脑的体验，积极开发大脑，从而促进大脑成长有关。

　　一位科学家说，天生聪颖的大脑，也需要一个适合其成长的外部环境。

　　当天才的火花绽放得太过耀眼时……

　　“天才未必不癫狂。”两千多年前，古罗马哲学家塞涅卡如是说。

　　纵览历史上的一些伟大的创造性天才人物，如牛顿和爱因斯坦，都有轻度的情感障碍，画家文森特·梵高患有躁郁症。

　　精神完全失常的人是不可能有创造性成就的，这一点没有人会有什么异议，但一些轻微的症状也许对天才的创造能力有所助益。研究认为，人的精神状态就好比光谱，一端为严重失常状态，另一端为正常状态，只有处于中间状态者创造性能力得到强化，有可能成为超乎常人的天才。

　　一些证据来自对左右大脑相对优势的研究。具有某种特别优势的人通常被称为“左脑人”或“右脑人”。普遍认可的理论认为，左脑擅长语言和逻辑分析，右脑擅长创造性思维。许多研究表明，一些精神障碍者的右脑活动更活跃。

　　此外，遗传基因研究表明，一种被叫做神经调节蛋白1的物质在大脑胚胎发育中起着重要作用，这种基因产生的突变有可能抑制大脑前额叶皮层的活性，对于有的人来说，可能因此释放出一定程度的创造能力，但对于另外一些人来说，则有可能出现妄想等症状。

　　人们一直觉得创造力和精神障碍之间存在着联系，但却难以得到证实。它们之间究竟存在着什么样的联系?两者之间的距离究竟有多远?对这个问题的答案，我们非常期待。

　　自由意志确实存在，但掌握自由意志的却不是你和我。

　　潜意识被认为是大脑里默默无言的自动导航员，它让我们在“不假思索”的情况下说出某些话，做出某些事。但最新研究表明，潜意识对学习和记忆起着重要的作用，在需要对困难问题作出决断时，潜意识所起到的作用甚至超过了理性的分析。

　　上世纪80年代，在已故神经科学家本杰明·里贝特所做的实验中，在受试者意识到自己的手指移动300毫秒之前，就已经监测到了其大脑的活动。

　　法国科学家通过实验揭示了意识和潜意识之间微妙的相互影响的关系。在实验中，志愿者看见某个单词出现在电脑屏幕上，紧接着屏幕上又出现了一幅画面，志愿者的注意力很快被图片吸引，而忽略了对那个单词的注意。大脑扫描仪器显示的相关大脑活动表明，随着单词与画面出现间隔时间的延长，志愿者突然注意到了单词，单词出现在了志愿者的意识中，这种情况通常在单词和画面出现间隔时间达到50毫秒时发生。但当某些带有情感色彩的词汇，如“爱”或“害怕”等词汇出现时，只需要几毫秒的时间间隔，大脑就会有所反应，不同的是，此时对这类单词的重视和关注都是由潜意识作出决定的。

　　诸如此类的研究改变了我们对意识和潜意识之间关系的看法，如果说我们的意识像一盏聚光灯，那么潜意识就起到了转动控制光束方向的作用。

　　有科学家如是说，意识并不自由，我们称之为“自由意志”的东西实际上存在于潜意识中。

　　在我们有能力创造人工意识之前，首先要理解意识究竟为何物。

　　没有什么能比创造出人工意识更具挑战性的了。一些人怀疑我们是否真的能够做到，或我们是否应该这么做，但敢于挑战的科学家并没有因此而放弃挑战，在他们看来，创造人工意识是一个可与将人类送上月球相比拟的重大挑战。

　　2009年开始发行的《国际机器人意识》杂志是机器人研究领域突飞猛进发展的一个标志，另一个里程碑是最近出台的《机器人意识分类等级》，由西班牙卡洛斯三世大学的劳尔·阿拉巴莱斯制定，用来对各种形式人工智能的智力水平进行比较分级。

　　目前与意识最为接近的机器人软件是由美国科学家斯坦·弗兰克林于2003年设计创造的人工智能分配软件“艾达”，其主要任务是为美国海军分配任务、提出任务要求等。“艾达”的处理程序分为“有意识”和“无意识”两个等级，无意识等级负责收集数据和处理信息，收集到的信息进入“艾达”的“有意识”的工作空间，在那里进行互动交流，做出最终决定。拥有学习能力的“艾达”的升级版于2010年诞生，取名“丽达”，它能学习所感知所接触到的一切东西，并用来指导以后的决策。“艾达”甚至还拥有了一些能对决定产生影响的“情感情绪”。

　　英国一个研究小组甚至开发出了身体结构与人类相似的机器人，据说这些发展认知能力的机器人与人类已经十分接近了。

　　但是，所有这些努力都还未能解决机器人的“意识”这一难题，这里的“意识”当然指的是主观意识。没有人知道如何设计这样的智能软件，但随着机器人技术越来越先进，这个难题会在我们不知不觉中以两种方式消除：或者机器人的意识会自发地产生，或者我们假设机器人意识已经产生，只是我们无法确定它们是否有了真正的意识。

　　当然，要想创造出真正拥有意识的机器人，我们必须首先要真正了解大脑的运转机制，以及意识究竟为何物。