有关大脑研究论文

有关大脑研究论文

为了理解为什么这么多不缺乏智商，受过良好教育，并且足够努力的人，他们的成就比获得诺贝尔奖的人差得多？经过反复统计，科学界普遍有两种看法：一种解释是，智商或解决问题中显示出的智慧和真正的智慧并非完全线性相关。另一个解释是，天才的大脑与我们普通人的大脑明显不同，也就是说，它们是天生的。

您和我不仅关心这个问题，全世界的科学家也都想知道答案。找到这个答案的直接方法是找到一个超级天才的大脑来研究它。 1955年。一位医生得到了机会。他的名字叫托马斯·哈维。那年，伟大的科学家爱因斯坦去世。他的尸体被停在普林斯顿大学医学院，哈维恰好是负责爱因斯坦的医院医生之一。哈维采取了非常惊人的举动。他利用自己的作品偷走了这个天才的大脑。经过消毒处理后，他做了240切片，并将其保存下来以研究天才的大脑与普通人有什么不同。

当然，这件事不能从联邦调查局隐瞒。他们一直在追捕他们，但联邦调查局只是想秘密保护哈维和爱因斯坦的大脑。爱因斯坦的儿子知道这件事当然很生气，但是在哈维的解释之后，他仍然原谅了哈维，但提出了一项要求，即研究结果必须在世界一流的杂志上发表。从那一刻起，世界一直在等待哈维的研究成果。遗憾的是，哈维一生都在研究，而爱因斯坦的大脑与普通人之间没有任何区别。令我们更失望的是，提出相对论的天才仅重1,230克，远低于普通人的1,400克。尽管他的大脑有更多的苏尔奇，但这还不是判断天才的直接证据。

直到1980年，哈维承受着巨大的压力，担心自己一生中无法完成爱因斯坦大脑研究的艰巨任务，因此他决定让世界各地的科学家参与这项研究。每个人都拿起高火柴火，许多人参加了。人们不仅容易产生结果，而且他们也有不同的意见。 1999年，加利福尼亚大学的科学家发现，爱因斯坦大脑中的神经胶质细胞多于数学。有许多具有物理功能的神经元细胞。然而，医学上的共识是神经元细胞在人类思维中起主要作用，而角质形成细胞仅起辅助作用。因此，这一发现被医学界所鄙视。后来，加拿大科学家发现，埃斯坦的脑洞很大，也就是说，他的颅骨和大脑上部空间更大。尽管在开玩笑时，我们总是说脑孔是敞开的，但每个人都知道，脑孔实际上不一定与智力有关。

大脑的研究探索

对大脑的其他研究探索有不少科学家又在关注，能否通过人工手段激活人脑中的那些被压迫、被忽略的“天才按钮”。也就是说，通过人工途径把一个普通人变成天才。对此，米勒博士也曾表示，他有能力借助手术刀和一两件神经外科器械，彻底改变一个人的思维方式，甚至改变他的个性和信仰。澳大利亚弗林德斯大学的科学家认为，借助磁场切断人大脑内一些区段，就完全可以激活那些超级数学和艺术天分。澳大利亚科学家在17名志愿者身上进行了试验，结果证明了这一点。研究人员对志愿者的整个大脑进行磁刺激，把他们大脑皮质的有关部分断开几秒钟，获得了惊人的结果。有5个人能很快算出某个日子是星期几，还有6个人能凭记忆把马头画得一点儿也不差，其余的人轻易就能记住好几个通信地址。这些试验动摇了人们从前的“天才源于勤奋”的信念。在一定程度上，一个人的非凡才能是与生俱来的，关键在于如何找到并启动这些“天才按钮”。只要人类了解了大脑神经元运转的更多细节，掌握了更尖端、更先进的医疗技术，就有能力将常人变成天才。科学家借助最新实时成像技术观察大脑工作过程2014年5月，美国迈阿密大学（UM）科学家开发出一种新的实时成像技术，第一次让人们能直接看到活动物脑中蛋白质之间的相互作用。 蛋白质的“社交网络”蛋白质虽小，它们之间的相互作用形成了网络，就像人类的社交网络那样。虽然网络的级别不一样，但在一个既定网络的基本单位之间，发生的行为都大致相同。新技术能让科学家以可视化方式看到动物脑中蛋白质之间的相互作用，在不同的时间、不同的位置看到它的发展变化。这种互相作用就像有机生物之间的联系交往。 研究人员选择了果蝇胚胎作为实验的理想模型，因为果蝇的脑结构比较简单，而且透明，用一台荧光寿命成像显微镜（FLIM）就可能看到细胞的内部过程。观察结果对其它动物的脑，包括人脑也是适用的。在实验中，研究人员给果蝇胚胎中的两种蛋白质做了荧光标记：一种是RhoGTPaseCdc42，也叫细胞分裂控制蛋白42，它是一种发育必需的、被广泛表达的蛋白质，由绿色荧光蛋白标记；另一种是Cdc42的信号搭档——调节蛋白WASp，也叫威斯科特—奥德里奇综合征蛋白，由红色荧光蛋白标记。目前科学家认为，这两种蛋白结合在一起，能在脑发育期间帮助神经元生长。而且人脑中也有这两种蛋白。 “交往”中的能量转移以前人们在观察细胞内部时，需要对细胞进行化学或物理处理，这样很可能扰乱或杀死细胞，也就无法研究蛋白质在细胞天然环境中是怎样相互作用的。 研究小组利用一种叫做福斯特共振能量转移（FRET）的原理克服了这一难题。福斯特共振能量转移也叫荧光共振能量转移，是指在两个不同的荧光分子（基团）中，如果供体分子的发射光谱与受体分子的吸收光谱有一定的重叠，当这两个分子距离足够近时，就能观察到荧光能量由供体向受体转移的现象。 当两个小蛋白质靠得足够近时（通常是小于8纳米），就会发生这种能量转移，使供体分子的荧光寿命缩短，从3纳秒缩短到2.5纳秒。这种现象可作为两个蛋白质之间发生了物理作用的证据，也是一种分子信号，显示出活动物体内特殊蛋白之间在何时何地发生了相互作用。 研究人员发现，在果蝇胚胎的脑中形成新突触的同时同地，神经元内互相作用的蛋白质间也发生了能量共振转移现象。 “以往研究显示了Cdc42和WASp在试管中能直接结合在一起，而这是首次直接显示了两种蛋白质在脑中的相互作用。”奇巴说，“我们的最终目标是创造一种方法，能对脑中蛋白质间的相互作用进行系统地检查。现在基因组计划已经完成了，下一步就是要掌握那些基因编码蛋白在我们体内都干些什么。” 化学基因疗法给大脑装上药物开关英国伦敦大学学院科学家最近找到一种“入侵”大脑的新方法：通过基因工程改造脑细胞，使神经元在遇到某种药物时会放电，以此治疗癫痫发作。这种化学基因疗法已在有类癫痫症状的小鼠身上进行实验，也将很快用于人类。相关论文在线发表于最近的《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上。 化学基因学以光基因学为基础。在光基因学中，打开光开关，转基因脑细胞受到光照会放电，因此可用一种“光开关”选择性地激活特定神经元。但这需要在脑中植入光纤，所以用这种方法治疗脑紊乱不太实际。而化学基因学不需要光纤，但要用特定化学物质而不是光才能引发神经元放电。这样更有潜力，让人服药比把光引入大脑更容易。

有趣的心理学史（四）（上）——十九世纪的脑研究

前言：我想很多人在看前面的4篇文章的时候，已经被我搞晕了。那么多人名，那么多发现，都记糊涂了，而且题文不符，一点也不有趣。嗯，我同意，我道歉，我改正……

在本章开始之前，我先想带大家回顾一下我之前的四篇文章里出现的人物们。

我们一直都说，心理学是一门科学也是一门哲学。所以心理学的发展一定是建立在哲学与科学两种基础之上的。但回顾一下我们过去的四篇文章，你会发现科学的部分写的非常少。在古希腊还有希波拉底和阿尔克麦翁撑着，然后就沉默了2000多年，到了18世纪，霍布斯才提出了关于“原子的”思想运动的假设，而这一假设，则是建立在天文学和物理学研究基础上的。到了笛卡尔关于松果体和脑脊液的假说也是建立在解剖学基础上的。

而现代心理学之所以被称作“现代”，也就是它使用了“科学的”研究方法来研究心理活动。因此，在心理学“现代化”的过程当中，科学的发展是起到了很大的推动作用的。以前谈哲学多些，也是因为科学，特别是与心理学相关的生物学的发展是比较有限的，所以没有特别多要谈的。进入19世纪以后，神经科学、脑科学、感觉生理学、心理物理学和进化论等学科的出现与发展，推动了心理学的现代化进程。所以心理学史的第四部分就来谈谈这些科学。

从阿尔克迈翁时代，我们就已经知道了，心理活动发生在脑部，那我们今天就先来谈谈脑科学的进展。

说到脑科学，我们不得不从一个伪科学开始谈起——颅相学。

魏延反骨的故事我们都听过了，我记得我小时候家里有本《麻衣看相书》（别问我为什么会有，也别问我为什么要看），也有关于头型的描述。可见所谓颅相学，在中国早在公元二、三世纪就有了，当然现在还是有很多人相信这个。但在欧洲，这个学说是在19世纪才出现的。

颅相学始于弗兰茨.高尔（1758-1828），他是一名德国的内科医生，以精湛的解剖技术和奢靡的生活方式著称。在他小时候，他就注意到，拥有良好记忆力的人，通常有一双大而突出的眼睛（我个人猜测这是是戴眼镜的人的通病，而为什么会戴眼镜，肯定是爱学习，看书多啊，那拥有良好记忆也就不足为奇。眼镜是17世纪之后就慢慢普及了的，如果你想知道的话），所以后来他就开始思考，人的其他特性是不是也会跟头部的特征有关呢？作为一个解剖学家，他充满热情的，系统的开始了这一领域的研究，弃婴堂、精神病院、监狱和停尸房都是他常去的地方。以至于当时去世的人都要在遗嘱里写上一条，特别要求“保护他们的头颅不受高尔博士的研究”。

不断测量之后，高尔形成了一套自己关于颅相学的假说，他将人的27种特性与27个头部位置联系起来，认为如果该特质发育的好，该部分就应该略微凸起，如果发育的不好，该部分就会微微凹陷。

高尔的《人的构造》被他的合作者施普兹海姆广泛宣传，在高尔1828年死后（顺便说一下，高尔认为，头盖骨厚的人，因为脑容量小，所以比较愚笨，嗯。他自己的头盖骨差不多有常人的两倍厚。）施普兹海姆与他的新搭档库姆继续推广，在施普兹海姆去世之后，库姆还坚持不懈的在欧洲和美国建立了45个颅相学的研究协会。据说当时《人的构造》一书成了家庭必备书，售出10万多本。

在当时的美国，颅相学也被福勒兄弟和他们的姐夫威尔斯推向了一个新高度。他们打着“认识自己”的旗号，出版了一本名为《颅相学自我指导》的畅销书。一些美国企业将颅相学检查作为一个雇用条件；竞选公职的政治家要经过颅相学的分析；打算结婚的年轻人去咨询颅相学家，应该跟谁结婚及婚后会遇到什么情况。等等等等。

在19世纪的文学作品中，正面人物通常拥有巨大的头颅，高额头和分的很开的眼睛，而坏人则有尖尖的脑袋，突出的眉毛和小眼睛。在《蓝宝石案》中，福尔摩斯也曾通过一个大号的帽子推论出它的主人有极高的智商。

既然颅相学曾这么受欢迎，那为什么后来还是失去了人们青睐呢？归根到底，颅相学不过是一种经验的组合，根本无法验证也无法证伪。当人们把注意力从验证颅相学的正确性，转移到验证颅相学的矛盾之处的时候，自然就会发现该学说的不合理之处。

最终，法国外科医生 马里-让.弗卢龙 （1794-1867）这个19世纪最重要的脑机能研究者，在1843年发表了《评颅相学》一书，终结了颅相学的狂热。在该书中，弗卢龙通过许多对动物脑的精确实验，发现了许多脑功能区，且与颅相学说有很大差异。

弗卢龙通过对动物脑精确的手术，证明了大脑各个部分的主要功能。

1）大脑的两个半球（四对脑叶）支配所有的自发动作。切除了脑叶的动物，只会表现出反射动作，而失去主动行为。你不将食物放进嘴里就不会主动寻找食物，你不将鸟儿抛向空中，他就不会主动飞翔。基于这些实验，弗卢龙认为脑叶是知觉、记忆、意志力等高级心理活动的基础。

2）小脑的切除带来的是运动神经的损伤，鸟儿飞行能力下降，小狗无法协调四肢行走。

3）脑叶与小脑切除后，动物仍能存活，但延髓——生命中枢——受到破坏时，动物将立刻死亡。因此，延髓是控制呼吸、心脏等自主活动的核心区域。

虽然发现了不同脑区的功能，弗卢龙也强调，脑是一个相互连接的完整器官，不同脑区需要共同作用才能运转。弗卢龙还发现，如果脑受损的区域不大，受到的影响也会较小，而且有时候，还会逐渐恢复一些已经丧失的功能，这可能是脑的某些区域接管了受损区域的功能。这与人类中风患者遇到的情况类似。中风可能导致某些功能的丧失，但随着时间的推移，许多患者会在一定程度上恢复部分功能。

但动物脑的实验结果可以直接运用在人身上吗？一些特殊意外事件肯定了这个答案，比如菲尼亚斯. 盖奇额叶受伤的故事等（顺便插播一句，我在写完心理学史之后，第二个系列准备写有趣的心理学实验，其中会涵盖这个故事，不过估计还要等很久，有兴趣的朋友自己去百度吧）。

1861年，同样也是一位法国外科医生和神经学家皮埃尔-保罗.布洛卡通过对失语病人的解剖发现，人的语言中枢位于左额叶，而且布洛卡认为语言是人类的最高成就，那么左半脑应该是比右半脑更加发达，也就是优势半脑。左右半脑分工不同的观点，至今还在被沿用。应该说，对脑功能的研究，在19世纪取得了巨大的进步。

同样在19世纪还发明了一种脑研究的方法——脑的直接刺激。最精准有效的方法是电刺激。通过电刺激获得最显著成果的两个人是古斯塔夫.费里奇（1839-1927）和爱德华.希齐格（1838-1907）。费里奇是一个富裕的人，他主要是对这项研究提供经济上的支持。希齐格是一名解剖学家，战时曾担任过军医。两人合作了许多实验，成功定位了5种不同的肌肉群的脑区，并在1870年共同发表了一篇《关于脑的电刺激》的论文。

其他各国实验室也很快复制了这个实验（这是科学的一个重要因素，可验证，所以你知道之前有学者因无法重复自己的实验结果，而被迫撤销论文的原因了吧）。其中英国学者戴维.费里尔（1843-1928）运用刺激法和切除法做了一系列经典实验，成功定位了十五种运动技能（详见《脑的机能》一书）。并由于他定位的精准性，他直接将猴脑的定位图直接转换到人脑中，成功的定位了一次脑瘤切除手术。

后来，费里尔还发现，身体的不同部分在脑中的运动反射区，与这部分的功能有关，而不是与面积有关。举例来说，人手虽然面积并不大，但在脑中反射区却非常大，详见下图。（前方高能，小心！）

关于感觉机能，费里尔发现把视觉定位与枕叶皮层，把听觉定位与颞叶，躯体感觉定位于后中枢神经区域。

虽然19世纪，关于脑的研究取得了很大的成绩。但同时也引发了一些问题。尤其是对于人脑的实验，引起了关于伦理道德方面的强烈的社会议论。这迫使外科医生们无法再通过人体实验获得更准确的实验结果。

这里插一句我对这个问题的一些引申的思考。其实我觉得仔细想想这事还挺有意思的。因为其实所谓科学精神倡导的是一种“唯事实论”。但由于人有“自我”意识的存在，所以会认为“我”与“其他人”不同，“人类”与“动物”不同，“生物”与“非生物”不同，而实际上，这种不同是意识层面，而非事实层面的。所以我觉得，科学对于人类来说，可能快要走到头了，因为人类不可能放下“我”的意识存在。

好啦，关于十九世纪脑的研究，我就先先说到这，下周会跟大家分享在十九世纪神经学、感觉生理学、心理物理学和进化论方面的进展。（我不确定一章能写完，这一部分可能会有上中下，捂脸捂脸）

人类大脑是如何重现往事的？

当回忆往事时，昔日的生活片段往往能够历历在目。最新研究揭示了发生这种现象的原因。

研究显示，当人们尝试回忆某件事的一方面时，如他们昨天见了谁，整个事件的全景可能在大脑中重现，其中包括一些附带信息如他们在哪儿以及做了什么。

伦敦大学认知神经科学研究所（UCL Institute of Cognitive Neuroscience）的Aidan Horner 博士（本研究论文的主要作者）说道：“当回忆先前生活中发生的事情时，我们能够使自己再次融入到往事中。我们记得自己所在的房间、播放的音乐、见到的人以及交谈内容。当我们首次经历某件事时，整个事件的各种不同方面会在大脑中不同区域表现出来，然而我们仍能记起整个事件。对这一过程起决定作用的是海马体（hippocampus），它能把各个不同方面联系起来，所以我们能回想起整个事件。”

研究人员展示了一种叫做“模式完成”（pattern completion）的过程，即事件不同方面形成的这种联系使得其中某一方面能够唤醒所有其他方面。例如，当回忆我们看到了谁时，我们往往能想起其他细节，如他们手里拿着的东西以及见到他们的地点。这意味着我们可以再次完整地经历整个事件。

研究人员运用功能性磁共振成像技术（fMRI）展示了，当回忆往事时，事件的不同方面如何在大脑中不同区域反映出来。当被问到事件的某一方面时，这些区域中与重建事件有关海马体中的活动，包括事件附带的方面以及符合整个事件的许多方面都会出现在脑海里。

Neil Burgess教授表示：“这项研究支持了我们探索存在已久的、有关记忆工作方面的计算模式，即当我们想回忆某一事件时，海马体能够将不同信息捆绑在一起，这样不同信息就能够组合成一个完整事件。该研究为我们回忆往事的能力提供了基本见解，并且可能帮助我们理解这一过程在老年痴呆症或创伤后应激障碍患者中如何受到破坏的。”

有26个志愿者参与了这项实验，研究人员要求他们想象或回忆一系列事件，包括不同地点、人物和物品。随后在简单提示下，要求他们回忆事件的细节。例如，美国总统Barack Obama 在厨房里，并且手里握着一个锤子。提示线索如，Obama在哪儿、谁在厨房或Obama手里拿着什么等，在这些线索的提示下，研究人员要求他们回忆这一事件的其他细节，同时利用功能性磁共振成像技术对其进行扫描他，以测量其大脑活动。

结果显示，当回忆每个事件不同方面时，大脑不同区域的活动就会变强，并且海马体起到了关键的连接作用，能够将不同片段串联起来以形成完整的记忆。在先前的例子中，当志愿者想到Obama时，大脑的一个区域活动变强；当想到谁在厨房或想到锤子时，大脑中其他不同的区域活动变强。研究显示，当询问志愿者“Obama在哪儿”时，大脑活动的区域与询问到Obama和厨房时活动的区域一样。值得注意的是，这时候，听到锤子时反应增强的大脑区域同时也活跃了起来，尽管并没有要求志愿者回忆这一物体。这种“再激活”（reactivation）与海马体活动有关，这表明海马体与重建完整事件密切相关。

这项研究首次为人类海马体中的模式完成过程提供了证据，并且将其和人们每天回忆往事的经历联系起来。
（译审：Kong；图片来源：taopic）