七步骤了解你的大脑 详解大脑构造与功能(图)

2010年01月1日  |  17:04分类:关于现在  |  标签:  |  1,469 次浏览

如果你要了解一部机器,最好的方法是自己将它建造一次。如果你要全面了解你的大脑,就要将它拆分进行研究再制造,因为大脑的零件跟机 器一样都有着独立的功能。如果你真想知道如何制造一个人类大脑,请遵照以下7步,它将轻松法教你完成夙愿。

七步骤了解你的大脑 详解大脑构造与功能(图)

图1:小鼠大脑结构图

第一步:了解大脑构建模块

在你开始之前,先了解大脑构建模块。图1是小鼠大脑中的一个复杂的结构图。德国蒂宾根大学神经生物学家贝恩·德克尼尔和他的合作者用电子显微镜拍下了神经元细胞的蜘蛛网状结构,这些线状物由蛋白质组成,在神经元互相发送信号时它会不断延伸和收缩。

图1显示出了小鼠海马状突起处的神经元细胞。海马状突起是大脑的重要组成部分,负责记忆功能,人类的大脑与小鼠的大脑这部要的构造是一样的。

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图2:小鼠小脑部位的的运动神经元细胞

第二步:将它们清楚分开

图1中神经元细胞长长的手臂往外延伸,几乎接及到其他神经元细胞。这些神经元细胞手臂之间距离非常近,仅有20纳米的区间,所以你在进行大脑拼凑时动作一定要稳重。

在细胞之间交叉的是突触,含有神经递质分子,负责来回传送信息。图2显示的是小鼠小脑部位的的运动神经元细胞(染绿部分)正与红色部分的神经元细胞交流信息,每个神经元细胞都有一个突触。伦敦大学的研究人员在研究神经元细胞如何传递信息时拍下了这张照片。

 

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图3:小鼠小脑的神经元网络图

第三步:将它们网络化

现在,这一下变得更加复杂,因为你要如图3拼凑这些线路,这里涉及到数十亿复杂的脑细胞。图3是小鼠小脑的神经元网络图,明亮的白色斑点是小脑蒲肯野细胞(Purkinje cell),它属于一种能够协调复杂的动作的神经元细胞,细胞的树突形成外羽毛状边。细胞的树突形成羽毛状外边缘,聚集在中间的轴突直伸到小脑深处,以便传递信息。

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图4:小鼠大脑皮层毛细血管图

第四步:构建血管

要往大脑里面输送血液,你要安装各种直径和长度的血管,图4为活小鼠大脑皮层毛细血管图,这里表面上的大血管先从大脑深处引发出来,然后分出很多毛细血管。研究人员为了获得此图像,往小鼠的血液里注入了荧光糖分子,使得这里充满血的血管出现了白色。美国加州大学的研究人员使用这种技术测量血管直径和跟踪血液流量。他们发现,血液流量随着局部神经元的需要而改变。

 

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图5:星形胶细胞(Astrocytes)

第五步:构建神经胶细胞

你已经连接了所有的神经元,下一步是要构建神经胶细胞,大脑中的神经胶细胞数量是神经元细胞10倍,科学家们在近十年才认识到这些细胞的重要性。特别是一种叫做星形胶细胞(Astrocytes)的神经细胞,星形胶细胞分布于整个神经系统,它负责供应神经元所需的养分。星形胶质细胞还能通过钙离子形成自己的长途通信网络,它们像神经元一样,可以接收并释放神经传导物质。人类大脑皮层内的星形胶质细胞与其它哺乳动物相比,数量更加庞大和复杂,一些研究者认为,这可以解释人类为什么聪明的原因。

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图6:神经元归位正确后,大脑显现出的外观图像

第六步:将神经元归位

图6是你把所有的神经元归位正确后,大脑显现出的外观图像,这里的视觉皮层下的不同细胞显示出鲜艳的粉红、黄、蓝的颜色,这些颜色取决于它们大脑中的深度(这些颜色是人为的)。但请不要局限于这种结构,在不断的学习和生长过程中,大脑是在不断改变的,它是一种奇妙性的适应性很强的器官。大脑不断地改造自己,储存新的记忆,掌握新的经验。麻省理工学院的研究人员在观察活小鼠的活动时拍下了这张图像 ,他们每几天就观察一次,发现这些图像是不断变化的,从而获得了神经元细胞的第一手资料。

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图7:小鼠嗅球脑区图像

第七步:增加新细胞

一旦你制造的大脑运作起来,你还要不断给它增加新的神经细胞,由于老的神经细胞无法满足活动的需要,大脑会不断地创造出新的神经细胞,即使是在成年后也不例外。大脑的齿状回区(一个参与空间记忆的区域)和大脑嗅球(与学习相关的重要脑区)是产生新神经细胞的两处最活跃之地。图7为小鼠嗅球脑区图像,绿色部分为成年小鼠新长出的神经细胞。如果没有新的神经细胞补充,大脑的功能就会变弱。日本京都大学的研究人员在破坏掉小鼠的新生长出的神经细胞后发现,小鼠会丧失掉某种记忆力,例如无法走出实验中的迷宫。

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图8:大脑在神经障碍下脑部的活动

结束语:

你制造的大脑能正常工作吗?如果不能,那是由于布线出现了问题,为了检修故障,请看图8,它表明,大脑远比附有整齐标签的解剖图要复杂,图像采用高角度分辨DTI成像技术拍摄。大脑的前部位位于图像的右边,成捆的纤维像电缆线一样分布,绿色部分显现出的是两眼之间的连接以及脑后部的视觉皮层的颜色。

洛杉矶加州大学的研究人员拍下了图8这张图像,以帮助他们更好了解大脑在神经障碍下脑部的活动。你也可以用这幅图像对你制造的大脑进行调试,祝你好运。

 

 

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