人类的大脑究竟发生着怎样的变化？思维和感觉是怎样产生的？人类是如何感知这个世界的？人类独有的语言现象又是怎样产生和发展的？……本书涉及了大脑研究领域中的一小部分。其中较详细的主要是一些与生物学相关的基本知识，例如大脑的运作机理(包括在正常情况和在机能失常的情况下)、大脑机能失常对人的影响等。书中也涉及一些较难的知识点，本书尽力做到深入浅出，希望能够激发读者对人类最神奇、最具魅力的器官——大脑的兴趣。

脑是人体中最复杂的器官。脑在我们身体内部到底是什么样子？中枢神经系统里究竟运行着怎样的程序？与其他动物相比，人类在观察世界时有什么不同？著名生物学家、科普作家莫妮卡·罗比格尔，在本书中描述了大脑细胞如何对大量信息进行加工，大脑是如何将杂乱的信息进行分类并传达出去的，人们在睡眠和做梦时大脑如何活动，婴幼儿是如何学习语言的，什么是记忆，大脑在机能失常时会产生什么严重后果等等问题，让我们领略了大脑的神秘与神奇。

脑的五大组成部分

 什么是脑？

 脑是怎样构成的？

 什么是丘脑

 和下丘脑？

 脑干的功能

 是什么？

 脑的“自动导航装置”在哪里？

 脊髓有什么功能？

 神经细胞是怎样构成的？

 神经细胞是如何传导信号的？

 信息是如何在神经细胞间传导的？

 信息是如何编码的？

 什么是脑电图？

 新生婴儿的脑是怎样发育的？

日常生活中的脑

 我们是怎样

 感知世界的？

 图像是如何在

 脑海中形成的？

 我们的嗅觉有多灵敏？

 动物如何感知

 周围环境？

 我们是怎样保持清醒的？

 脑是怎样区分事务轻重缓急的呢？

 睡眠时大脑里发生了什么？

 梦有什么意义？

 什么是压力？

 痛觉是怎样形成的？

 为什么疼痛感会有偏差？

脑的性能

 什么是智力？

 音乐能提高工作效率吗？

 脑与人的情绪有何关系？

 什么是记忆力？

 记忆储存在什么地方？

 哪些方法对学习有帮助？

 我们是怎样学习语言的？

 大脑中的哪个区域掌控语言？

 动物会说话吗？

脑功能障碍

 脑功能异常的时候

 有什么表现？

 什么是癫痫病？

 大脑随年龄增长

 会怎样变化？

 什么是阿尔茨海默氏症？

脑研究

 我们可以观察正

 在思考的大脑吗？

 完全瘫痪者是怎样

 重获书写能力的？

 电脑可以与人脑

 相提并论吗？

 我们离人工智

 能还有多远？

神经细胞是怎样构成的？

可以说，人类的脑是一个语言交流和信息交换的平台。它就像是一个“集市”，很多人聚集于此，彼此随意聊些话题，比如一些新鲜事物或者陈年往事。

为了明晰脑的活动过程，我们必须首先搞清楚它的最小组成单位：神经细胞，也称作神经元。与其他体细胞不同，这种细胞有着自己的一些特点。例如，神经细胞从外形上看就十分特别，就像一缕缕“散线”，或是分又的树根。这是因为神经细胞的细胞体上有许多纤维状突起。此外，神经细胞具有传递信号的功能，它通过分又的突起部位与周围细胞保持联系，捕捉或发送消息。

神经细胞周围环绕着数量极多的辅助细胞(胶质细胞)，这些辅助细胞功能十分强大。作为一种结缔组织，它们为神经细胞供给营养，并使得神经细胞相互隔离。

除此之外，大多数神经细胞还有另外一种特性，即该类细胞在出生的几周后便不再增殖分裂。因此，受损的神经组织不能再生，而是永久地消失。那些受损的神经细胞会被胶质细胞代替，虽然胶质细胞能够一直分裂增殖，但是它不能传导信号。

人脑中有超过1000亿个神经细胞，这的确是一个难以想象的天文数字。银河系中也分布着约1000亿个恒星。在看到这个对比前，你能想象出大脑中的神经元数目会和银河系中的星体数目一样多吗？假如计算时再加上胶质细胞，那么神经细胞的数目会更多——在每个人的脑里存在着大约10 000亿个细胞，它们共同构成了脑。

从每个神经细胞中，又分又出几百甚至上千个突起，人们称之为树突。这些突起接收邻近细胞的信号，然后传导到细胞体中。

细胞体中含有细胞核，它控制新陈代谢并提供所需能量。

其实，细胞体就恰似一部电话，通过它你能够呼叫其他“电话”，相互交换信息。信息通过一条特殊的纤维，从细胞体传导到其他神经细胞。

这条纤维叫做轴突，与树突相比，长度稍长。它也有许多分支，最终团成一个球状的肿大末端。该末端是信息在细胞间传递的触点，人们也把它叫做神经键。这些触点位于邻近细胞突起的上面，也就是被称作信号接收器的树突上面。

在触点和树突中间有一个小小的缝隙——神经间隙。我们可以将该间隙称为小障碍，因为正是由于它的存在，信息才不会在细胞间直接进行传递。为了能顺利越过该“障碍”，信息必须转化成另外一种形式。这种信息传递的模式具有非常重要的意义，其中的奥妙将在下一节中揭晓。

神经细胞是如何传导信号的？

神经细胞具有能够传导电信号(脉冲)的特殊功能。这涉及一个物理化学转换的过程，它的原理就像电流的传导。只有当粒子带电量不同，进而产生电压时，才会有电流产生。

与此类似，神经细胞之间也存在“电压”差。细胞内部的细胞液中和细胞之间都含有正负粒子。由于正负粒子的比例不同，细胞内部带负电。而细胞外部，更确切地说是细胞间的空间带正电。神经元的细胞膜作为细胞内外的屏障，就会产生极化，即内侧带负电，外侧带正电。

这种细胞膜内成负电、膜外成正电的状态，被人们称为细胞膜的静息状态(也叫静止潜力)。所有细胞都必须保持或不断恢复成这种状态。这种状态就好比一个装有听筒的电话，随时都有可能响铃或被拿起来打电话。

细胞的行动潜力与其相反：它的作用是继续传导信息。还是以打电话为例，该状态就是你拨号后听到嘟嘟声的那个时刻，同时在电话的另一端铃声响起。在这种由静息状态转化为行动潜力状态的过程中，会发生一些有意思的现象：细胞膜上的电性短时间内会发生转换，即细胞膜内侧带正电，而外侧带负电。这是因为细胞中突然涌入了大量带正电的粒子(钠离子)，使得细胞膜内带正电。

这种电压极性转换，即行动潜力是一种类似于电话铃声的信号，且该信号只持续不到一秒钟，几乎在信号发出的瞬间，细胞又恢复了静息状态。只有这样，它才能不断地接收下一个信号。

在这个过程中，细胞内带正电的粒子(钾粒子)流出到细胞外，直到细胞内负电粒子再次占绝大多数。这就好比通话之后将听筒放回原处，否则就接收不到下一个信号。而且，那些想要打电话找你的人，也只能听到持续的电话占线的声音。

信息是如何在神经细胞间传导的？

细胞间信息的传导如同接力赛跑，只不过传递的是信息，而不是接力棒。同时，它们之间也存在着一定的区别，即信息在传递过程中并非像接力棒一样保持不变，而是需要在两个状态间转化，具体状态要视它所处的位置决定。在神经纤维(轴突)上，它以负电粒子(行动潜力)的形式运动。因为负电粒子不能从一个细胞运动到另一细胞(穿过细胞间隙)，所以在触点(神经键)处电信号被转化为化学信号，即所谓的消息。

在没有地铁和汽车的年代，人们可以把行动潜力看作是一位骑马的信使。那时，马是陆地上最快的交通工具。信使(行动潜力)沿着道路(轴突)疾驰，直到一条河流(神经间隙)前才停下来。这条河很宽，水也很深，以至于信使无法骑马跳跃过去，也不能涉水跬过河，再者河流上也没有桥。现在看来，这条河流对于信使来说是一个不可逾越的障碍。但是对于一个老练的游泳者来说，渡河并不困难，他一直在河岸边的驿站中等待着信使的到来，接过信息后渡河将信息带到彼岸。在那儿还有一名信使等待接收信息，交接后再次疾驰上路。直到这位信使遇到下一条河流停下，将信息转交给另一位会游泳的信使。

接力赛跑的本质是每个人只需冲刺相对较短的一段距离，然后为下一次的再冲刺积聚新的力量。

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人类的大脑是自然界最伟大的奇迹之一。人类的大脑究竟发生着怎样的变化？思维和感觉是怎样产生的？人类是如何感知这个世界的？人类独有的语言现象又是怎样产生和发展的？数百年来，许多科学家和哲学家为了解答这些问题，进行了前仆后继的努力。

在很长一段时间里，大脑的活动就像一块神秘而陌生的大陆鲜为人知。一代又一代的科学家，投身于开辟这块“新大陆”的工作中。正是由于他们的努力，这块神秘的“新大陆”才逐渐被人们认识。人们最早得出的结论是：各种疾病症状是由各个特定的大脑区域决定的。例如19世纪时，人们通过研究丧失语言能力的中风病人，从而发现了大脑内主管语言的区域。

在当时，科学家们只能在病人去世后，通过研究他们的大脑，来确定大脑损伤与身体功能障碍之间的联系。在科技发达的今天，科学家们可以在不打麻药、不做手术的情况下，直接透视活体大脑。科学家们可以通过特殊的程序，将大脑的活动制成图像来观察。这样，科学家只需坐在电脑前，便可以观察到人们读书、听歌或计算时，哪些大脑区域内的灰质细胞会变得活跃起来。

20世纪80年代和90年代无疑是大脑研究的鼎盛时期，这期间出现了许多伟大的科研成果。20世纪的结束，也标志着大脑研究“黄金十年”的终结。在这段时间内，在神经系统领域的研究成果尤为突出，美国、欧洲和日本在该领域一直处于领先地位。人们多年的探索只有一个目的，那就是完全揭秘如同宇宙一样充满未知的大脑。为此，人类必须对大脑做全面的研究，不漏掉任何一个细节，把每一个精密的神经细胞都研究透彻。随着科技的发展，新的设备和技术应运而生，它们的出现使科学家能够更深入地观察神经网络和细小粒子的变化，如分子、原子。

限于篇幅，本书只能涉及大脑研究领域中的一小部分。其中较详细的主要是一些与生物学相关的基本知识，例如大脑的运作机理(包括在正常情况和在机能失常的情况下)、大脑机能失常对人的影响等。书中也涉及一些较难的知识点，我们尽力做到深入浅出，希望能够激发读者对人类最神奇、最具魅力的器官——大脑的兴趣。