作者 | Tim Urban 編譯 | AI100 這張圖片總是會讓我想起，為什么我會喜歡研究看上去這么舒服、可愛的大腦： 因為真正的大腦很不可愛，看上去令人很不舒服。人們會覺得很惡心。 但是，我已經在過去的一個月被油光發亮、略帶漿汁、充滿著血管的谷歌圖片環繞著，現在你也不得不忍受這一切。所以還是來適應吧。 現在讓我們從最外面開始。我想要說的一點就是，生物學某些時候是令人滿意的，而且大腦也有一些令人滿足的事情發生。首先就是在你的頭部有著一整套真正的俄羅斯套娃。 最外層的是頭發，頭發下面的是頭皮，你認為下面緊挨著的就是顱骨——但是事實上在頭皮和顱骨枝間還有19層不同的內容： 皮膚 皮下組織 帽狀腱膜和枕額肌 蜂巢組織 顱骨膜 顱骨 接下來，在顱骨和大腦之間，還有這些東西： 硬腦膜 蛛網膜 蛛網膜小梁 軟腦膜 膠質界膜 血管 血管周圍間隙 在顱骨下面，你的大腦總共有三層膜： 從外向內，第一層就是硬腦膜（dura mater，拉丁文原意是“hard mother”），一層兼顧、凹凸不平而且防水的膜。硬腦膜和顱骨齊平。我之前曾經聽說大腦沒有疼痛感知的區域，而這個區域位于硬腦膜上——敏感程度就像是臉上的皮膚一樣——對于硬腦膜的壓力或者內部的挫傷往往會引起人們劇烈的頭痛。 接下來下面的一層就是蛛網膜（arachnoid mater，原意是spider mother），一層皮膚下面就是這些看上去彈性十足的纖維。我經常覺得我的大腦就是在我的頭部的某種液體之中四處漂浮，但是事實上，在大腦外部和顱骨內部的唯一空間就是這一層蛛網膜。這些纖維把大腦固定在一個位置上，使它不能移動太多，而且當頭部受到撞擊時，他們可以吸收震動。這個區域之中充滿了脊髓液，使大腦幾乎可以漂浮，因為這種液體的密度和水十分相似。 最下面的一層就是軟腦膜（pia mater，原意是soft mother），包裹在大腦周圍的一層精巧的、易碎的膜。你知道為什么當你看到一個大腦時，它總是被黏乎乎的層層血管包圍嗎？這些血管其實并不是位于大腦的表面，而是嵌于軟腦膜之中。（對于那些不會覺得惡心的人來說，這里有一位教授從人腦上剝下軟腦膜的視頻。） 這里展示的是一個全貌，使用的可能是豬的頭部作為演示： 從左到右分別是皮膚（粉色部分），兩層頭皮，然后是顱骨，接著是硬腦膜、蛛網膜，在最右邊可以看到的是被軟腦膜包裹的大腦。 當我們把每一層剝開之后，剩下的就是這個了： 這個看起來十分滑稽可笑的東西是到目前為止宇宙上已知的最為復雜的東西——它擁有著三磅的重量，用神經工程師Tim Hanson的話來說，就是“信息最集中、成組織而且自身架構最完整的東西之一”。而這所有的東西只消耗20瓦特的能量（而同樣強大的計算基要消耗2400萬瓦特）。 麻省理工學院的教授Polina Anikeeva把它叫做“可以用勺子取食的柔軟的布丁”。腦外科醫生Ben Rapoport的描述更加科學，就好像是“在布丁和凝膠枝間的某種狀態。”他解釋道，如果你在桌子上放置一個大腦的話，重力會使它失去形狀，然后變扁，有點像水母一樣。我們一般并沒有認為大腦會這么容易變形，因為它一般都是在液體中懸浮。 但是這就是我們的樣子。當你照鏡子的時候，你看到鏡子中的身體和臉就會認為那是你——但是事實上那是你在乘坐的機器。你真正的樣子就是一個有著奇怪形狀的果凍球。我希望這個解釋可以接受。 就算它看上去很奇怪，你也不能真的指責亞里士多德，或者古埃及人或者其它人，因為他們認為大腦只是一些毫無意義的“頭上的東西”（亞里士多德認為心臟是智慧的中心）。慢慢地，人們加深了對大腦的理解。但是只是一點點。 Krishna Shenoy教授把我們對于大腦的理解比作是人們在十六世紀初對世界的理解。另一位教授，Jeff Lichtman則更加嚴厲。他在開始講課的時候問了學生們這樣的一個問題：“如果對于大腦的全部理解是一英里的距離的話，那么我們在這一英里上已經走了多遠呢？”他或學生們給出的答案是四分之三、一半、四分之一等等——但是他認為真正的答案是“大概三英寸”。 另一位教授，神經科學家Moran Cerf，和我分享了神經科學的一句老話，指出為什么想要了解大腦依然是任重道遠的：“如果人類的大腦如此簡單，我們可以輕而易舉地理解的話，人類也將會變得十分簡單，但是我們并非如此。” 可能在我們正在建造的知識的巴別塔的幫助下，我們可以在某種程度上更了解大腦。但是對于現在來說，讓我們從全貌開始，一點點了解我們頭部中的這個“水母”吧。 大腦，縮小讓我們看一下大腦半球的各個部分。下圖就是大腦在頭部之中的樣子： 現在讓我們把大腦從頭部中拿出來，然后去掉左半球，這樣可以讓我們看得更清楚一點。 神經學家保羅·麥克萊恩制作了一幅示意圖，展示了我們曾談到的一個基本理念：在演化過程中中，首先是爬行動物腦，然后在上面構建了哺乳動物腦，最終又在上面構建了一層，我們便有了大腦的三部曲。
新哺乳動物腦 古哺乳動物腦（邊緣系統） 爬行動物腦 在真實的大腦上就是這個樣子：
我們來看一看每一個部分： 腦干（和小腦） 這是我們的大腦中最古老的一部分：
中腦 腦橋 延髓 小腦 這就是我們大腦的橫截面，青蛙老板就住在那上面。實際上，青蛙的整個大腦很像我們大腦下邊的這一部分：
如果你能明白這些部分的功能，那么所謂他們很古老的說法就說得通了——這些部分能干的事，青蛙和蜥蜴也能干。下面是一些主要的部分： 延髓
延髓只想干一件事：不讓你死。它負責控制一些無意識的事物，干的都是些吃力不討好的活，比如控制你的心率、呼吸和血壓，還有當它認為你中毒時讓你嘔吐。 腦橋
腦橋的活兒就是干干這個，再干干那個。它掌管吞咽、膀胱的控制、面部表情、咀嚼、唾液、眼淚和坐姿——真的是想干什么就干什么。 中腦
中腦處理的事務比腦橋還雜得多。你知道，如果大腦的一個部分的功能全都已經屬于另一個部分了，那么這個部分正處在一團亂麻之中。對于中腦來說，它負責視覺、聽覺、運動控制、警覺、體溫控制和一大堆大腦里面別人也要干的事情。大腦的其他部分似乎對中腦也不很關心，鑒于人們造出了一個不公平的“前腦、中腦、后腦”的區分，故意地把中腦孤立起來，而別人都在外面閑逛。
中腦 前腦 后腦 關于腦橋和中腦，我得承認，有一件事是他們倆干的：控制你的主動眼動，這確實是一件正經事。所以如果你現在正晃著眼睛到處看，那么你就是在專門使用你的腦橋和中腦。 小腦
那個看起來有點奇怪、就像是你大腦的陰囊一樣的東西，就是你的小腦（即“小的腦子little brain”的拉丁語），他保證你保持平衡、協調和正常移動。這里又是那位很棒的教授在給你展示一個真的小腦是什么樣子。 邊緣系統 在腦干之上是邊緣系統——那個讓人類發瘋的大腦部分。
丘腦 海馬體 下丘腦 杏仁體 腦垂體 邊緣系統是一種生存系統。一個不錯的經驗法則是，無論何時你在做一些你的狗也會做的事——吃、和、做愛、打架、藏起來或是從嚇人的東西跑開——可能是你的邊緣系統在控制著你。不管你有沒有感覺到，只要你在做這類事情，你就處在原始的生存模式中。 你的情緒也處于邊緣系統中，況且話說回來，情緒也都是為了生存——它們是更為先進的生存機制，對生活在復雜社會結構中的生物來說是很有必要的。 在其他帖子里，當我提到你的暫時滿足的猴子，你的社會生存的猛犸象，和所有你的其他動物——我通常是在說你的邊緣系統。每當你的腦子里在進行一場心理斗爭時，很可能就是你的邊緣系統在刺激你去做一些你隨后會后悔的事情。 我十分確定，征服你的邊緣系統就是所謂的成熟，也是人類掙扎的核心。這并不是說沒有邊緣系統就好了——我們人類之為人類，一半要靠邊緣系統，而且生命中的大多數快樂都與情緒和/或動物性需求的滿足有關——只是說，你的邊緣系統并不明白你生活在文明之中，如果太過放任它來掌管你的生活，那他很快就會毀了你的生活。 無論如何，讓我們來仔細觀察一下。邊緣系統里有很多細小的部分，但是我們別把這件事告訴那些大名人： 杏仁體
杏仁體是大腦結構中的某種情緒性事故。它負責焦慮、悲傷和我們對恐懼的反應。有兩個杏仁體，而且奇怪的是左邊的杏仁體表明是更加均衡的，除了提供焦慮情緒之外，有時還會提供一些快樂的感覺，然而右邊的那個心情一直都不太好。 海馬體
你的海馬體（“海馬seahorse”的希臘語，因為它看起來像海馬）就像是一塊記憶的草圖板。當老鼠在迷宮里開始記住方向的時候，記憶就在它們的海馬體里被編碼——這種說法相當確切。在迷宮的不同部分，老鼠的兩個海馬體中發射信號的部分也會不同，因為迷宮的不同部分被儲存在海馬體中的不同部分里。但是如果學會了一個迷宮之后，老鼠又被安排了其他任務，一年之后再被帶回到原來的迷宮里，它會很難記住它，因為海馬體草圖板上的記憶已經差不多被抹掉了，這樣才能給新記憶留出地方。 電影《記憶碎片》中的情景是真實的——順行性失憶癥——它是由海馬體損傷所引發。阿茲海默癥在擴散到大腦許多部分之前，先出現在海馬體中，這就是為什么這種疾病在產生大量破壞性影響之前，會先導致失憶。 丘腦
丘腦在大腦的中心位置，它就像是感覺的經銷商，從你的感覺器官那里接收一些信息，再把它們傳送給大腦皮層進行處理。當你睡覺的時候，丘腦和你一起入睡，也就是說感覺的經銷商下班了。這就是為什么在深度睡眠中，一些聲音、光亮和觸碰常常并不能把你叫醒。如果你想叫醒一個深度睡眠中的人，你必須十分強硬，才能把丘腦叫醒。 你的嗅覺是個例外，它是一種繞過了丘腦的感覺。這就是為什么聞聞鹽的味道可以把人從昏迷中喚醒。我們既然在這兒，給你一條冷知識：嗅覺是 嗅球的功能，而且是感覺中最古老的一種。不像其他感覺，嗅覺處在邊緣系統的深處，在那里它與杏仁體和海馬體密切合作——這就是嗅覺跟情緒和記憶的關系如此緊密的原因。 大腦皮層 終于，我們來到了大腦皮層。大腦皮層。新皮質。端腦。皮質層。 整個大腦里最重要的部分并不知道它叫什么名字。事情是這樣的：
大腦皮層差不多掌管所有事情——處理你所看到的、聽到的、感覺到的，以及謠言、運動、思考、計劃和個性。 它被分為四個葉：
前葉 頂葉 顳葉 枕葉 想要說清楚它們各自負責什么是不會令人滿意的，因為它們每個都負責許多事情，互相之間又多有重疊，但是簡化起來可以這樣說： 前葉負責你的個性，以及很多我們認為是“思考”的事情——推理、計劃和執行功能。特別地，你的思考中有很多就發生在前葉的前部被稱為前額葉皮質的地方——你腦子里的成年人。前額葉皮質就是你的一生中那些心理斗爭中的另一個角色。它是努力讓你做好你的工作的那個理性的決策者，是努力讓你不要擔心別人怎么想、只要做好你自己的那個可靠的聲音，是希望你不要為瑣事而焦急的那個高人。 如果這還不夠讓人擔心，那么前葉還掌管你的身體的運動。前葉上部的一條帶子是你的初級運動皮質。
在其他的功能中，頂葉控制的是你的觸覺，尤其是初級軀體感覺皮層——一條緊鄰初級運動皮層的帶子。
運動和軀體感覺皮層緊緊相鄰，而且它們很有趣，因為它們可以被很好地映射。神經科學家準確地知道每條帶子的一個部分與身體的哪一個部分相連，這把我們帶到了本帖中最驚悚的一張圖片：人造人。
生殖器 腳趾 腳 腿 臀 軀干 頸 頭 肩 臂 肘 前臂 腕 手 小指 無名指 中指食指 拇指 眼 鼻 臉 上唇 唇 下唇 牙 牙齦 舌 腹腔內 咽 生殖器 腳趾 腳踝 膝 臀 軀干 肩 肘 腕 手小指 無名指 中指 食指 拇指 頸 眉 眼皮和眼球 臉 唇 頜 舌 吞咽 這個人造人，由神經外科醫生的先驅維爾德·潘菲爾德制造，在視覺上展示了運動和軀體感覺皮層是怎樣被映射的。示意圖中身體部分的圖片越大，大腦皮層中與運動或觸覺的專門聯系就越多。與此相關有幾件好玩的事情： 第一，令人驚異的是，你的大腦與臉和手相連的運動和感覺聯系要多于身體其他部分之和。這也不是說不通——你需要做出極為細微的面部表情，你的雙手也需要極為靈活，而你身體的其他部分——肩膀、膝蓋、后背——的運動和感覺可以粗糙得多。這就是為什么人們可以用手指來演奏鋼琴，用腳趾就不行。 第二，有意思的是，兩個皮層與身體間的專門聯系十分相似。我覺得這也能說得通，但是我從沒真正地想到過，那些你需要控制大量運動的身體部分，往往也需要最敏銳的觸覺。 最后，我遇到了這個貨，從那之后就一直生活在一起——現在你也得這么干了。一個3D人造人。
來，繼續—— 顳葉是你的很多記憶居住的地方，并且它就在你耳朵的旁邊，所以它也是你的聽覺皮質的所在。 最后，在你腦袋后部是你的枕葉，它差不多都與你的視覺相關。 有很長一段時間，我以為這幾個主要的腦葉就是大腦的組塊——就像是整個3D結構的幾個部分。但是實際上，大腦皮層只是大腦外層的兩毫米——也就是一個鎳幣那么厚——在那下面的肉質大部分只是線路。 為什么大腦是一個皺紋這么多的藍盒子 正如我們已經談過的，我們大腦的進化靠的是向外構建，在已有的模型的上面添加更新穎的、更精致的特征。但是向外構建也有極限，因為人類要通過陰道才能來到世界上，這就為我們的腦袋的大小扣了個帽子。 因此，進化想出了新方法。由于大腦皮層很薄，其規模隨著表面積增加而改變——這就意味著通過制造出許多褶皺（包括在兩個半球之間兩側的向內褶皺），你可以把大腦的表面積增加到原來的三倍多，而不用增加太多體積。當大腦最初在子宮中發育時，它是光滑的——褶皺大部分都是在孕期的最后兩個月里形成的。
25天 35天 40天 50天 100天 5個月 6個月 7個月 8個月 9個月 褶皺的形成在這里有很好的解釋。 如果你能把大腦皮層取走，你會得到一張2毫米厚、面積有2000到2400cm2的薄片——規格大約是48cm x 48cm見方。一張餐巾紙。
這張餐巾紙就是你的大多數大腦活動發生地方——這就是為什么你能思考、運動、感覺、看見、聽見、記憶和說出并理解一門語言。真是史上最好的餐巾紙。 還記得之前我說過你就是一個果凍球嗎？當你想到你自己時，你想到的你——那實際上主要是你的大腦皮層。那意味著你實際上就是一張餐巾紙。 當我們把另一個大腦放在被剝下來的大腦皮層上時，用褶皺來增加餐巾紙表面積的魔法就看得很清楚了：
與大腦的規模相比較的大腦皮層面積 展開的大腦皮層 因此，盡管并不是很完美，但是當談到大腦時，現代科學已經在宏觀上有了不錯的理解。微觀上，我們的理解也不錯。我們來一起看看。 大腦，放大就算我們很早之前就已經明白，我們的智力“坐”在大腦里，科學家們直到最近才搞清楚大腦是由什么構成的。科學家們早就知道身體由細胞構成，但是直到19世紀末，意大利生理學家卡米洛·高爾基才搞清楚如何利用染色法觀察腦細胞到底長什么樣子。結果出人意料：
細胞不應該是這個樣子。高爾基發現了神經元。 科學家很快就明白，神經元，就是構成幾乎所有動物的大腦和和神經系統的龐大通信網絡的核心單位。 但是，直到20世紀50年代，科學家們才弄清楚神經元是怎樣互相通信的。 軸突是長長的一股攜帶著信息的神經元，其直徑通常極為微小——小到最近科學家才能在上面做實驗。但是在20世紀30年代，英國動物學家J·Z·楊發現隨便一只魷魚就能改變我們所了解的一切，因為魷魚的身體中有一條異常巨大的、可以在上面做實驗的軸突。幾十年之后，利用魷魚的巨大軸突，科學家阿蘭·霍奇金和安德魯·赫胥黎終于搞清楚神經元傳遞信息的方式：動作電位。它是這樣工作的： 首先，有很多種不同的神經元：
丘腦核團細胞 紡錘形細胞 粒細胞 錐體細胞 雙錐體細胞 橄欖核神經元 卵形細胞 浦肯雅細胞 三叉神經束核大細胞 小膠質細胞 豆狀核殼核神經元 小網狀結構 蒼白球細胞 大網狀結構 簡單起見，我們來看一看一種簡單的、被說爛了的神經元——錐體細胞，你可以在你的運動皮層里找到它。畫一個神經元的示意圖，可以先畫一個人：
然后只要給他加上幾條腿、一些頭發，把胳膊去掉，再拉長一點——就是一個神經元了。
樹突（可能有幾百根，而且按照本圖的比例，它們可能有好幾米長） 軸突（按照本圖的比例，這個可能實際上要有一公里長） 胞體（神經元的身體，細胞核就在這里） 軸突末梢（可能有好幾百個） 然后我們再畫幾個神經元。
突觸 我不想馬上就完整、詳細地解釋動作電位是怎樣工作的——這涉及到許多沒必要也很無聊的專業內容，9年級的生物課上早就學過了——我想把可汗學院的說明性文章鏈接給想知道整個故事的人。我們來仔細看看跟我們的目標相關的一些基本概念。 我們的小人的軀干——即神經元的軸突——有一個負的“靜止電位”，也就是說，當它靜止時，其電荷顯弱負性。無論何時，一大群人的腳總是在觸碰小人的頭發——即神經元的樹突——不管他愿意不愿意。他們的腳把一些化學物質滴到他的頭發上——即神經遞質——它會穿過他的頭（細胞的身體，或者叫做胞體），然后依據這種化學物質，稍微提升或降低他身體中的電荷。這對于我們的神經元男孩來說有點不太舒服，但也不是什么大問題——然后就沒什么別的事情了。
神經遞質 但是如果有足夠的化學物質碰到他的頭發，使他的電荷提升到一定水平之上——即神經元的“閾值電位”——那么就會引發動作電位，然后小人就觸電了。
動作電位 這種情況只有兩個值——要么小人身上什么都沒發生，要么他就結結實實地觸了電。他不可能有一點兒觸電，也不可能觸過了頭——他要么就根本沒觸電，要么就每次觸電的程度都完全一樣。 一旦觸電發生，一個電脈沖（他身體中的常規電荷會短暫地從負電轉為正電，然后迅速地恢復為常規的負電）就會沿著他的身體（軸突）快速移動到他的腳上——即神經元的軸突末梢——它們又會去觸碰許多別人的頭發（接觸的位置成為突觸）。當動作電位到達他的腳上時，它會使他的腳把一些化學物質釋放到它們觸碰的人的頭發上，這可能會也可能不會引起別人的觸電，就像他自己經歷過的一樣。
這就是信息通過神經系統而移動的一般方式——在神經元之間的微小間隙中傳遞的化學信號引發電信號通過神經元——但是有時候，當身體需要特比特別快速地傳遞一個信號的時候，神經元向神經元的連接可以自己通電。 動作電位的移動速度在每秒1到100米之間。這個區間這么大，部分是因為神經系統中其他種類的細胞——許旺細胞——就像一位超愛照顧人的老奶奶，總是把一些種類的軸突包裹在好幾層脂肪層里，這種脂肪層叫做髓鞘。就像這樣（需要一秒鐘才能開始）：
周圍軸突上髓鞘的形成 除了有保護和絕緣的好處之外，髓鞘也是影響通信速度的一個主要因素——當軸突上覆蓋了髓鞘時，動作電位會移動得快得多。
有一個很好的例子來展示髓鞘導致的速度差異：當你腳底下絆了一跤，還沒感覺到疼的時候，你知不知道你的身體是怎樣給你一秒鐘的思考時間來讓你想想你剛剛做了什么，你又將會感覺到什么？實際上，你同時感覺到了你腳底下絆到了東西和刺痛，因為刺痛信號是通過覆蓋了髓鞘的軸突傳遞到大腦的。要花一兩秒才能感到鈍痛，因為鈍痛是通過沒有覆蓋髓鞘的“C纖維”傳導的，速度僅有約每秒1米。 神經網絡 神經在一點上很像計算機晶體管——它們都用二進制語言傳遞1（發放動作電位）和0（不發放動作電位）的信息。但是與計算機晶體管不同的是，大腦里的神經無時無刻不在變化。 你知道為什么有時你學了一項新技能而且你干得還挺不錯，然而第二天你又試了一下發現你還是不行？那是因為你前一天之所以干得不錯，是因為你調節了或者集中了在神經之間傳導信號的化學物質的量。不停的重復會調節化學物質，這能幫你做得更好，但是第二天化學物質恢復到了常規水平，你的水平也跟著回去了。 但是如果你堅持練習，你就會持久地擅長某件事情。這是因為，你已經告訴了你的大腦“這可不是什么一次性的事情”，然后大腦的神經網絡就回應以制造持久的結構性變化。神經改變了形狀和位置，并加強或減弱各種各樣的連接，這樣就建立了一個知道如何完成這項技能的路徑的硬線集。 神經擁有改變其化學、結構甚至功能的能力，這使你的大腦的神經網絡可以充分優化自身以適應外部世界——這種現象稱為神經可塑性。嬰兒的大腦是最具有神經可塑性的。當嬰兒出生時，他的大腦根本不知道他需要適應的人生是屬于一位需要專精劍術的中世紀武士，還是屬于一位需要精細的肌肉記憶以演奏大鍵琴的17世紀音樂家，亦或是一位需要存儲和管理海量信息并精通復雜的社會結構的現代知識分子——但是嬰兒的大腦已經準備好改變它自己的形狀，以面對它已準備好去面對的任何一種人生。 嬰兒是神經可塑性的超級明星，但是我們一輩子都擁有神經可塑性，這就是為什么人類可以成長、改變并學習新東西。并且這也是為什么我們能夠形成新的習慣，打破舊的習慣——你的習慣反映了你大腦中現存的回路。如果你想改變你的習慣，你需要用意志力來凌駕你大腦中的神經路徑，但是如果你堅持的時間足夠長，你的大腦最終會領會你的意思然后改變那些路徑，然后新的表現就不再需要意志力了。你的大腦會在生理上改變形狀，形成新的習慣。 總之，大腦中有大約1000億個神經元，它們構成了這個不可思議的巨型網絡——這個數字相當于銀河中恒星的數量，比世界人口的十倍還多。大約150—200億個神經元存在于大腦皮層，其余的都在大腦的髓質。（令人驚奇的是，隨便一個小腦擁有的神經元數量都比大腦皮層的三倍還多）。 讓我們把鏡頭縮小回來，看看大腦的另一個橫截面——這一次不再從前往后切來看一個腦半球，而是從左往右切：
大腦物質可以分成所謂的灰質和白質。灰質顏色上看起來更暗，由腦神經元的細胞體、樹突叢和軸突構成——還有許多其他物質。白質主要是線路——那些攜帶著信息從一些胞體傳送到另一些胞體或者到身體中的目的地軸突。白質是白的，是因為那些軸突通常都覆蓋著像白色脂肪組織的髓鞘。 大腦中的灰質有兩個主要區域——包括了邊緣系統和我們上文討論過的腦干的內部集群，和包裹在外部的有一鎳幣厚的皮層。居于其中的大塊白質主要由皮層神經元的軸突構成。皮層就像是一個指揮中心，它通過它下面的由大量軸突構成的白質來發號施令。 我所遇到的闡釋這一概念的最棒的插圖是由格雷格·A·唐恩博士和布里安·愛德華博士所做的一套藝術地再現了大腦結構的精美圖集。
那些皮層神經元可能正把信息帶向皮層中的另一處，帶向大腦中較低的一部分，或者正通過脊髓——神經系統的高速公路——去向身體的其他部分。 我們來看看整個神經系統：
大腦 脊髓 中樞神經系統 神經節 神經 藍色=周圍神經系統 神經系統分為兩部分：中樞神經系統——你的大腦和脊髓——和周圍神經系統——由從脊髓放射到身體其他部分的神經元構成。 大多數神經元都是中間神經元——那些與其他神經元通信的神經元。當你思考時，大量的中間神經元正在互相討論。大腦包含的主要是中間神經元。 其他兩種神經元是感覺神經元和運動神經元——它們通向你的脊髓，構成了周圍神經系統。這些神經元最長可達一米。每個類型的典型結構如下：
（a）多級中間神經元 樹突 細胞體 軸突 軸突 軸突末梢 （b）運動神經元 樹突 細胞體 軸突丘 軸突 郎氏結 髓鞘 神經-肌肉突觸 肌肉 軸突末梢 （c）感覺神經元 感受細胞 周圍神經支軸突 細胞體 軸突 中樞神經支 還記得我們的兩條帶子？
運動皮層 軀體感覺皮層 這兩條帶子就是你的周圍神經系統的源頭。感覺神經元從你的軀體感覺皮層出發，穿過大腦白質，通向脊髓（它只是一大捆軸突）。從脊髓出發，它們通向你全身各處。你的每一寸皮膚都連接著從軀體感覺皮層出發的神經。順便說一下，一條神經，就是用一小段線包起來的幾束軸突。這是一張神經的示意圖：
神經纖維束 神經外膜 神經 動脈 脂肪細胞 靜脈 神經就是用紫色圈出來的部分，其中四個大圈就是捆起來的許多軸突（這里是一張有幫助的卡通畫）。
如果一只蒼蠅落在了你的胳膊上，就會發生下面的事： 蒼蠅碰到了你的皮膚，刺激了一束感覺神經元。神經中的軸突末梢產生微小的痙攣并開始發放動作電位，向大腦發送信號來告發這只蒼蠅。信號傳遞到了脊髓并到達軀體感覺皮層中的胞體。軀體感覺皮層輕輕敲了敲運動皮層的肩膀，告訴他“你胳膊上有一只蒼蠅，你得收拾收拾他（懶）”。你的運動皮層中那些連接著你胳膊上的肌肉的胞體接著開始發放動作電位，把信號傳遞回脊髓，接著傳到胳膊上的肌肉。這些神經元末端的軸突末梢刺激了你的臂肌，臂肌收縮以揮動手臂來趕跑蒼蠅（此時這只蒼蠅已經在你的胳膊上吐了），然后蒼蠅（它的神經系統也來了這么一大圈）飛走了。 然后你的杏仁體檢查了一下，發現有個問題，然后它叫你的運動皮層尷尬地跳起來。要是那不是一只蒼蠅而是一只蜘蛛，它也會叫你的聲帶不由自主地大叫起來，丟盡你的臉面。 那么，現在看起來我們好像真的有點理解大腦了，是吧？但是，為什么那位教授提了那樣一個問題——如果你需要知道的所有關于大腦的事情有一英里長，那我們已經走了多遠？——然后說答案是3英寸？ 答案就在這里。 你是否知道，我們完全了解單獨一臺電腦是怎樣發電子郵件的，我們也完全理解互聯網的一些寬泛的概念，例如網上有多少人、哪些是最大的網站、有哪些主要的趨勢——但是所有中間的事情——互聯網的內部運行——人們依然搞不清楚？ 你是否知道，經濟學家能告訴你單獨一個消費者發揮了什么作用，他們也能告訴你宏觀經濟學的主要概念和正在起作用的最重要的力量是什么——但是沒人能告訴你經濟運行的所有細節，或者預測經濟在下一個月或下一年里會發生什么事？ 大腦就像這些東西。我們有微觀的認識——我們完全知道神經元發射信號的方法。我們也有宏觀的認識——我們知道大腦里有多少神經元，知道主要的腦葉和結構控制了什么，也知道整個系統消耗多少能量。但是那些中間的事情——那些關于大腦各部分的實際運行情況的中間的事情？是的，我們還沒有看到。 想要知道我們到底有多困惑，就要去聽一位神經學家講講我們理解得最好的那些大腦的部分。 例如視覺皮層。我們對視覺皮層理解得很好，是因為很容易為它畫一張圖。 科學家保羅·梅羅拉對我說： 視覺皮層擁有很好的解剖學功能和結構。當你觀察它，你真的像是看到了一幅世界地圖。因此，當你的視野中的某個東西存在于空間中的某一特定區域，你將會在皮層中看到一小塊色斑，它代表著那個空間中的區域，并會亮起來。并且隨著那個物體的移動，相鄰的細胞會描繪出一幅地形圖。這就像是把真實世界的直角坐標映射到視覺皮層中的極坐標一樣。而且你真的可以從你的視網膜，經過你的丘腦，追蹤到你的視覺皮層，然后你就會看到從空間中的一點到視覺皮層中的一點的真實映射。 到目前為止，沒有什么問題。但是他接著說道： 因此，如果你想要與視覺皮層的特定部分發生互動，這種映射確實很有用。但是，視覺區域有很多，隨著你越來越深入到視覺皮層的內部，事情就變得有些模糊，然后這幅地形圖開始崩潰。……大腦里盡是這種事情，視覺只是一個突出的例子。我們觀察世界，然后那里就是這樣一個3D的物理世界——就像你觀察一個杯子，你只看到一個杯子——但是你的眼睛看到的實際上只是一堆像素。當你觀察視覺皮層時，你會看到那里有差不多20-40種不同的地圖。V1是第一個區域，那里它以那種方式追蹤很小的邊緣和顏色等等。還有別的區域在觀察更為復雜的對象，在你的大腦表層中你能看到有如此多種不同的視覺表現。而且所有那些信息都以某種方式在這個信息流中捆綁在一起，那種編碼方式使你以為你只是在看一個簡單物體而已。 還有運動皮層，大腦中另一個我們理解得最好的部分，可能在粒度級別上比視覺皮層更難理解。因為盡管知道在運動皮層中哪些寬泛的區域對應著身體的哪些部分，可是在運動皮層的這些區域里還沒有在局部解剖中確定個體神經元，而且它們共同引發身體運動特定方式還完全不清楚。保羅又說到： 大腦中手臂運動部分的神經震顫有點不同——并非像是神經會講英語然后說“動起來”——它是一種電活動的模式，在每個人那里都有一點不一樣。……你想要能夠無縫地理解那意味著“胳膊往這邊動一動”、“把胳膊往目標那邊動一下”、“把胳膊往左動動，抬起來，抓，用一定的力氣抓，用一定的速度伸出去”，等等。我們運動的時候是不考慮這些的——它就這樣無縫地發生了。因此每個大腦都有一套獨特的代碼，用它來對胳膊和手上的肌肉說話。 神經可塑性不僅使我們的大腦十分有用，也使它難以置信地不可理解——因為每個大腦的運行方式都基于大腦如何塑造了它自己的形狀，基于它獨特的環境的人生經歷。 那些我們理解得最好的大腦的部分，“當談到一些更為復雜的計算過程，如語言、記憶、數學”，一位專家再次對我說，“我們真的不知道大腦是怎樣工作的。”他不無嘆惋地說到，舉個例子，對每一個人來說，母親的概念都以不同的方式編碼，都在大腦中的不同部分。在前額葉——你知道，大腦的那個部分是你真正生存的地方——“根本就沒什么地形圖”。 但是無論如何，這根本不是建立有效的腦機接口為什么如此困難、或如此令人畏懼的原因。使BMI如此困難的原因在于，工程方面的挑戰是極為嚴峻的。與大腦在身體上的協作，使BMI成為了世界上最為困難的工程事業之一。 既然我們的大腦背景的樹干已經建立起來，我們已經準備好向第一根樹枝進發。 閱讀鏈接 點擊下方圖片閱讀本系列其他部分
科技超人馬斯克的第四次驚天創舉，這一次，他將拿人腦開刀（一） 明天將推出本系列 Part3，敬請期待！ 關于作者Tim Urban:Tim Urban 是 Elon Musk 最欣賞的科技作者，他用一系列長文通俗解釋過人工智能革命、費米悖論、拖延癥等讀者關心的話題。 2015年4月，Musk 邀請他參觀 Tesla 與 SpaceX，兩人秉燭夜談。Musk 希望他來幫忙向公眾解釋關于 Tesla、SpaceX 的大量行業和科技問題，Tim Urban 欣然答應。 作為人類應對人工智能挑戰的 Musk 方案，Neuralink 一經公布，Tim Urban 就開始寫此長文。就此話題，他跟 Musk 及 Neuralink 團隊有過深度交流，文章用大量內容解釋了腦機接口與日常信息交流的同源性，并進一步解釋了 Neuralink 的具體原理及時間表。 Facebook 剛公布的 Building 8 腦機接口項目也說明，這個領域確實在引起大家的重視。 2016年6月，Tim Urban 受邀做過一期 TED 演講。今年初，福布斯做過一篇他的專訪，Pocket 針對他的寫作也專訪過他。 原文鏈接：http:///2017/04/neuralink.html 版權申明：該文章版權歸AI100所有，如需轉載、摘編、復制等，請后臺留言征得同意。若有直接抄襲，AI100將追究其責任。
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來自： 成靖 > 《醫學探討/從頭到腳》
