轻松读懂神经科学

引言

人们在介绍大脑时，常常会引用一些令人惊叹的数字。人类大脑中有数百亿个神经元，数量更多的支持细胞，以及几乎难以想象的神经连接。正是这个器官，让我们能够认出一张熟悉的面孔、理解一句话、移动一只手、感受到恐惧、记住一首歌曲，甚至想象尚未发生的未来。这些数字固然令人惊叹，但也容易让人觉得，神经科学是一门只有专业人士才能理解的学问，其实并非如此，因为要理解神经科学的核心思想，并不需要记住大脑每一个区域的名称，也不需要能够准确念出每一种化学物质的名字。神经科学建立在几个既简单又美妙的基本原理之上，脑细胞彼此交流、神经连接组成网络、生活经历不断改变这些连接，而大脑的一切活动，都受到身体以及外部世界的共同影响。

一、大脑是一个由活细胞组成的交流网络

大脑并不是一台被封闭在头骨里的计算机，它是具有生命活力的组织。大脑中最为人熟知的细胞是神经元（neuron），一个神经元通过称为树突（dendrite）的分支结构接收信息，在细胞体内处理信息，再沿着一条称为轴突（axon）的长纤维传递信号¹²；在神经元内部，信号以电活动的形式传播，当信号到达轴突末端时，神经元通常通过释放称为神经递质（neurotransmitter）的化学信使，与下一个细胞进行交流。一个细胞与另一个细胞进行信息传递的微小连接部位，称为突触（synapse）。

一个神经元可能同时接收来自数千个其他细胞的信息，有些信息会增加它发出自身信号的可能性，有些则会降低这种可能性，而神经元最终如何反应，取决于整个神经网络传来的信号模式。而神经元并不是独立工作的，大脑中还存在另一大类细胞，称为神经胶质细胞（glial cells）。过去，人们主要把这些细胞看作神经元的支持性组织，如今我们知道，神经胶质细胞的作用远比这复杂，它们帮助神经元获得营养，参与突触的形成与维持，为神经纤维提供绝缘保护，调节细胞周围的环境，参与免疫反应，并影响神经活动²⁵。

因此大脑，它像一个由活细胞构成的社会，细胞之间不断相互支持、相互调节，并对彼此的活动作出反应。

二、大脑怎样传递信息？

假如你的手碰到一个很烫的物体，会发生什么？感觉细胞首先通过神经，将信息传向脊髓和大脑。神经网络对信号进行处理，参与形成疼痛体验，并帮助组织身体作出反应。随后，运动神经通路将指令传向肌肉，让你的手能够迅速移开。整个过程可能快得惊人。

但神经信号并不是一个微型的“思想”，在大脑中四处旅行；也不存在一幅烫手物体的微型图像，从一个神经元传递到另一个神经元。我们所感受到的意义，是由分布在许多神经元和脑区中的活动模式共同产生的。同样的原理也适用于听到熟悉声音的情形。声波首先被转换成神经信号，但要认出说话的人，仅仅听见声音还远远不够，大脑还需要将传入的声音模式，与过去储存的知识、情感联系、当前情境以及预期进行比较。我们感觉只在一瞬间便轻松完成的事情，实际上是许多神经系统协同工作的结果。

三、大脑不是由一个个独立工作的区域组成的

在常见的大脑示意图中，不同脑区往往被涂上不同颜色，并分别标注各自的功能，这里负责视觉，那里负责语言，另一个地方负责记忆。这样的示意图当然有其价值，不同脑区确实具有各自特殊的解剖结构，并对不同功能作出独特贡献。某个特定脑区受到损伤，也可能造成特定的功能障碍。但是，复杂的人类体验很少由某一个脑区独立完成。阅读一句话，需要视觉处理、注意力、语言能力、记忆、已经掌握的知识，以及对后续信息的预测；泡一杯茶，则需要视觉、动作控制、计划能力、物体识别、时间安排，以及对下一步该做什么的理解。

现代神经科学越来越重视从神经网络的角度研究大脑。这种研究跨越多个层次，从分子和单个突触，到局部神经环路，再到广泛分布的大脑系统³。近期研究提示，参与认知活动的信息可能广泛分布在整个大脑中，尽管不同脑区所发挥的作用并不相同⁴。

大脑就像一个交响乐团

这是一个很有恰当的比喻。交响乐团中，不同乐器承担不同的角色，有些负责演奏主旋律，有些维持节奏，还有些只在特定时刻加入演奏，但是，音乐并不属于某一种乐器。音乐来自所有乐器之间的协调与合作，大脑也是如此。

四、我们看到的世界，是大脑对世界的解释

我们的感觉器官并不能为外部世界提供一份完美无缺的记录，当光线进入眼睛、声波引起耳朵中的振动、皮肤和内部器官向大脑传递压力、温度及化学信号，大脑必须利用这些并不完整的信息形成对周围环境的有效理解，在这个过程中，大脑会把新的感觉信息与当前情境、过去的经验以及已有的预期结合起来。这就是为什么，同样一个阴影，在白天可能显得毫无威胁，到了夜晚却让人感到害怕。也正因为如此，即使一句话中少了一个字母，我们仍然可能理解它的意思；即使身处嘈杂的房间，我们仍然可能听见有人叫自己的名字。

知觉并不只是被动地接收外部世界的信息，而是大脑对当前世界作出的最佳解释。大多数时候，这个过程非常有效，但是，由于解释受到情境、注意力和个人经验的影响，两个人面对同一件事情，也可能真诚地形成不同的感受和理解。大脑的目标，并不是制造一份毫无瑕疵的现实复制品；它的目标，是帮助身体充分理解正在发生的事情，以便作出适当反应。

五、记忆不是录像，而是一次又一次的重建

我们常常把记忆想象成一座图书馆，或者一个录像档案库，某段经历被储存起来，等到需要时，再把原来的内容取出来。但人类的记忆远比这活跃。

当我们回忆一件事情时，大脑实际上是在利用不同的信息片段重新构建那段经历。这些片段可能包括感觉细节、事件的意义、情绪、已有知识，以及后来获得的信息。这种重建过程，使记忆具有灵活性，但同时也让记忆容易发生扭曲⁷。忘记某个细节，并不一定意味着整段记忆已经完全消失，一种气味、一张照片、一个熟悉的地方，或者一段音乐，都可能成为线索，帮助神经网络重新构建那段记忆。

而且，每一次回忆，也可能影响我们下一次记得什么。记忆不仅仅是为了保存过去。同一套具有重建能力的记忆系统，还帮助我们想象未来可能发生的事情，为不同情境作准备，并作出决定⁷。因此，日常生活中偶尔出现记忆错误，并不意味着大脑已经停止正常工作。有时候，这些错误恰恰是一个具有适应能力的记忆系统正常运作时产生的结果。当然，如果记忆变化持续存在或不断加重，并开始影响日常生活，就需要寻求医学评估。正常的记忆重建过程，与神经系统疾病并不是同一回事。

六、情绪与理性并不是彼此对立的

我们常常听到一种说法即大脑分为理性系统和情绪系统，仿佛只有理性战胜情绪，才能作出正确决定，神经科学所揭示的图景，其实更加完整。

情绪帮助大脑判断什么事情值得关注，恐惧让我们注意潜在危险、愉悦鼓励我们重复有益的行为、悲伤可能使我们关注失去的事物、爱与亲密感则影响信任、关怀和社会联系；与此同时，理性思考也会改变情绪，我们如何理解一件事情，可能使身体的情绪反应平静下来，也可能使它变得更加强烈。

复杂的情绪与认知行为，依赖于多个相互重叠的脑网络之间不断变化的互动，而不是所谓“思考脑区”和“情绪脑区”之间泾渭分明的分工⁸。

情绪也不仅仅存在于大脑里

大脑不断接收来自心脏、肺、消化系统、肌肉、激素系统以及免疫系统的信息，心跳加快可能影响我们对恐惧的体验、饥饿可能改变注意力和耐心、疼痛则可能让一个人的整个世界都仿佛缩小了。心灵与身体并不是两个互不相干的部门，它们始终处于持续不断的交流之中。

七、神经可塑性：大脑具有终生改变的能力

神经科学中最令人充满希望的概念之一，是神经可塑性（neuroplasticity），它指的是神经系统能够根据生活经历和内部环境的变化，改变自身结构、活动方式或神经连接的能力⁶。学习一种技能，会改变相关神经通路的效率和组织方式。反复练习可能强化某些神经连接，而较少使用的连接则可能逐渐减弱，或者重新组织。这些变化也可能涉及神经胶质细胞，以及帮助神经信号高效传递的髓鞘（myelin）¹⁰。神经可塑性贯穿人的一生，尽管它的表现形式和变化速度会随着年龄增长而有所不同。

神经可塑性并不意味着大脑无所不能

神经可塑性也存在局限，它并不意味着只要一个人足够努力，大脑就一定能够从任何损伤中恢复。恢复程度取决于损伤的类型和位置、整体健康状况、治疗、环境、时间，以及许多其他因素。此外，并不是所有神经可塑性变化都有益，大脑也可能学会持续性的恐惧，强化成瘾行为，或者维持与慢性疼痛有关的神经活动模式⁶。

神经可塑性意味着大脑能够对经历作出改变，而不是意味着人能够无限地控制大脑，因为对于那些单凭个人努力无法改变的症状，患者不应该受到责备。

八、休息时，大脑仍然忙碌

一个看起来似乎“什么都没做”的大脑，并不意味着它处于不活动状态。当我们的注意力没有集中在某项外部任务上时，大脑中的神经网络仍然十分活跃，它们参与记忆、自我反思、社会理解，以及对未来的想象。参与这些以内在心理活动为主的过程的一组相互联系的脑区，通常被称为默认网络（default network）¹¹。

睡眠同样是一种活跃的生物学状态，在不同的睡眠阶段，大脑活动会以有组织的方式发生变化，从而支持学习、记忆、情绪调节、新陈代谢以及其他重要功能。因此，休息并不是大脑停止活动。白日梦、安静的思考和睡眠，大脑都在高效地工作着，它们是大脑处理生活经历、为接下来的事情作准备的重要节律的一部分。

九、关于大脑的两个常见误解

误解一：左脑负责逻辑，右脑负责创造力

大脑的左右两个半球确实并不完全相同，某些功能具有明显的偏侧化特点。例如，对许多人来说，语言功能更多依赖左半球的神经网络，而空间注意力的某些方面则更多依赖右半球。但是，流行的说法——某个人因为“左脑发达”所以擅长逻辑，另一个人因为“右脑发达”所以富有创造力——并没有得到神经科学证据的支持⁹。逻辑、创造力、语言、音乐和情绪，都依赖于跨越左右两个大脑半球、相互交流的神经网络。

误解二：人类只使用了大脑的10%

这种说法同样不正确。大脑各个区域可能不会在同一时刻都达到最高活动水平，但正常生活依赖于分布在整个大脑中的神经活动，即使在休息和睡眠时，大脑仍然保持着活跃的新陈代谢。简单的大脑神话之所以吸引人，是因为它们让一个复杂的器官看起来容易分类和理解。然而，真实的大脑远比这些神话更加有趣。它具有功能分化，却又彼此连接；它不断变化，而且每个人的大脑都有自己的独特性。

十、理解大脑，也需要理解一个人的生活

神经科学能够测量电信号、血流、化学物质、细胞活动以及行为表现，这些测量帮助我们理解大脑如何工作，以及疾病发生时会出现哪些变化。但是，大脑从来不是孤立存在的，它在一个人的身体、家庭、文化和生活环境中发育成长，语言会改变大脑、人际关系会改变大脑，压力、安全感、教育、睡眠、疾病、身体活动和生活机遇，都会在大脑中留下痕迹。

两个人面对同一件事情，可能产生不同的反应，因为他们各自承载着不同的人生经历，这并不会使神经科学变得不够科学，恰恰相反，它让科学更加完整。

一次脑部扫描，可能揭示大脑结构或活动的重要信息，但仅凭扫描结果，我们无法完整理解一个人的恐惧、记忆、爱情或失落究竟意味着什么。科学测量很重要，而接受测量的那个人的生活状态，同样重要。

结语：从好奇开始，理解我们的大脑

神经科学仍然存在大量尚未解答的问题，科学家至今还没有关于意识（consciousness）的完整解释，我们还无法充分说明，脑细胞的活动究竟如何转变为个人内在的主观体验，也无法完全解释，为什么同样的生物学变化会对不同的人产生不同影响。科学中的不确定性，并不意味着科学的失败，它只是诚实地告诉我们现有知识到哪里为止，而新的探索又从哪里开始。

不过，神经科学的一些核心思想，已经足够深刻，即大脑是有生命的、脑细胞彼此交流、神经网络相互合作、记忆是在不断重建中形成的、情绪与理性紧密交织、神经连接随着经历而改变。而每一个人的大脑，都受到其生活环境和人生经历的塑造，要开始理解自己的大脑，并不需要先掌握所有复杂的解剖学术语，有时候，理解只需要从一些更简单的事情开始，怀着好奇而不是恐惧，用清晰的解释代替晦涩的专业术语；并且认识到，在每一条神经通路的背后，都有一个努力理解这个世界的人。