沈 政：北京大学信息科学技术学院视觉与听觉信息处理国家重点实验室学术委员会委员。长期承担视觉、听觉信息处理国家重点实验室的跨学科研究工作。
近20年来共发表近百篇研究报告，出版专署10部，专利3项。
内容简介：
我们知道人类的大脑是宇宙当中最复杂的物质，它是精神活动的物质本体，也就是说我们的一切心理活动都是由脑所产生的。那为什么不叫脑理活动，而叫心理活动呢？这是因为从古代各个国家，各个民族都发生这样一个认识上的误区就是最初发现。人们心脏已停止跳动，就是没有思维活动了。因此就认为，只要有心跳，就有心理活动，就把精神活动称为心理活动。直到几个世纪以后，人们发现脑血管意外的人，心跳已停止，但是昏睡，不能说话，没有思维活动，这时候才意识到，大脑是精神活动的物质本体。因此，人们都把精神活动称为心理活动，而没有改为脑理活动，这就是说大脑是人类精神活动的器官。
脑是身体各种器官活动的最高统帅，统帅部有许多办公室，各管专项生理功能的实施。大脑背外侧部有个从上至下的沟叫中央沟，它的前沿上分布着支配身体的运动功能，它的后沿专管感觉功能。如果中央沟前沿受损就会造成身体运动功能丧失，它的后沿损伤引起身体的感觉丧失。脑的后枕部掌管视觉的功能，两侧颞区即两耳的上部脑区分管听觉功能，这些部位出现障碍就会有多种失认证，不认识人，不认识物等，脑的深部掌管着摄食、饮水、神经内分泌和性功能。
那么脑是怎样实现对外间世界的知觉、注意、记忆、思维等活动的。我们识别一个日常生活中的器物，至少是从枕部到颞叶、顶叶的30多个脑区逐渐活动的复杂过程。如果判定这个器具是否为自己曾用过的还需要记忆的参与，又涉及内侧颞叶…海马与颞叶等十多个脑区的活动。总之，对一个日常生活器具的识别和简单反应，也是50多个脑区复杂活动的结果。那么无论是抽象的科学思维活动还是形象的艺术构思过程，则需要大量脑区反复多次循环性网络活动才能完成。
所以脑的研究，不仅和我们每个人的日常生活和活动有关，而且和我们很多脑的重大疾病有关，和人类文明的发展也息息相关，因此探索脑的奥秘，是一个科学之巅，是科学上最重大的一个研究领域，因此21世纪以来，脑科学的研究已经成为当代科学的前沿问题。
《大脑的奥秘》 （全文）
大家好，我现在给大家讲的题目是《大脑的奥秘》。我们知道人类的大脑是宇宙当中最复杂的物质，它是精神活动的物质本体，那就是说我们的一切心理活动都是由脑所产生的。那为什么不叫脑理活动，而叫心理活动呢？这是因为从古代，世界各国，各个民族都发生一个认识上的弯路，就是最初发现，人们心脏停止跳动，就没有思维活动了。因此就认为只要有心跳就有心理活动，就把精神活动称做心理活动。直到几个世纪以后，人们发现脑血管意外的人，心跳已停止，但是昏睡，不能说话，没有思维活动，这时候才意识到，大脑是精神活动的物质本体。可是这样一个名词，心理活动在世界各国，各个民族的语言，都把精神活动称为心理活动，而没有改为脑理活动，这就是说大脑是人类精神活动的器官。
那么大脑就是像这样一个神经细胞，这个神经细胞，和其他所有细胞都不一样。这个红的是细胞体，然后发出很长的轴突，这个轴突外边包上一个脂肪组织的髓鞘，就是绝缘的，像电线外边包着一个绝缘的橡胶一样，这样一个叫做轴突。这个最大的细胞，在脑子里面，有一个轴突，那些小的分支叫树突，分布在大脑很多层，这样的细胞有多少呢？有1011到1012，这是什么意思呢？是几百个亿到一千个亿，这么多个神经细胞。最大的神经细胞，就刚才我们看的那个，最长的那个轴突有多长呢？你这个人的个子有多高，比如说你是一米八的个子，从你头顶到后腰这儿有多长，那支配下肢腿运动的这个细胞，细胞体在脑的脑顶上，中央前回，然后它这个轴突，就顺着脊髓一直延长到腰椎，因为你要个子高的话，支配你腿的脑细胞的轴突就有这么长，这个形状也特别，有最大的，也有非常小的，那么它的轴突，只在几十个微米，甚至不到一个毫米范围之内，有各类多种多样的细胞所组成，所以它是非常复杂的。那么从外边来看，这样脑大概是一公斤多，不到一公斤半，这个脑从表面上看，有很多沟所组成。它是一个全身的统率部，身体的各种脏器，我们的一举一动，我们心脏的跳动，我们血压的变化，我们胃肠道的变化，身体的一切变化，以及外部各种变化对我的刺激，都由脑来统率，所以这个统率部的大楼，就有二斤半重。然后这些沟，就好像分了很多办公室。那么最初一百多年以前，科学家们就想，可能这样一个统率部，每一个沟上面，就相当于一个办公室，很可能每个办公室，专管一个功能，可能这些功能和结构，是一对一的。按照这个想法，古代一百多年以前的科学家，就设想把脑子里分区，按照它的沟，可以分出一百多个功能，包括人际关系中枢、友爱中枢、性爱中枢这样一个设想，那么这种理论就叫做脑的机能定位论，这是一个非常经典的理论。
那么下面我们说，爱因斯坦的大脑。大家知道爱因斯坦是世界上最著名的伟大物理学家。他在二十世纪初，发现了相对论的原理，使物理学走向一个新的历程。那么他于1955年去世，去世的时候，他的脑子被医生从颅骨里取出来，称一下重量是1230克，和普通人脑一样大小，并不比普通人脑重，然后他就把这个脑子分成240块放到甲醛里，也叫福尔马林。把它放到广口瓶里保存起来。不知道什么原因，还是等待什么，反正一等等了三十年，这三十年就没有研究报告，没有人再提。到1985年美国的加州大学伯克利分校一批学者，他们要走一部分脑，要走一小块，然后一分析，结果就是说爱因斯坦脑子里面胶质细胞比平常人多，什么叫胶质细胞呢？刚才我们看的那种叫神经元，除了有数百到上千亿个神经元以外，还有和它数量相等，甚至比它还多的胶质细胞，胶质细胞作为神经元的支持骨架，给它提供营养。那么爱因斯坦胶质细胞多，这是1985年的报告，也就是他去世以后三十年。到1999年，也就是他去世以后的44年，又有一批学者报告，爱因斯坦的脑顶叶宽，外侧裂也宽，这个顶叶管是什么呢？好像和空间思维、形象思维有关。但是一个世界上最著名的《科学》杂志叫Science杂志。2000年9月1号这一期上有一个美籍华人叫做斯特夫·王写了一篇文章，就评论了这件事，就是说你这个研究，能说明什么呢？他胶质细胞多能说明什么呢，他顶叶宽又能说明什么呢？就是说这不足以证明，他是人类的天才，他是伟大物理学家，就是因为这点发现。这种想法都是按照传统的机能定位的理论观点出发的。
事实上最近一些年，在这个领域当中，认为脑功能至少分这样几个层次，一个是人和动物共同有的功能。比如说食物、防御，见到风险就跑，睡眠、性功能，前面是这些个体生存必要的本能行为，后面是个种族能够繁衍后代的本能行为。这些本能行为是明确机能定位的，脑子里面有食物中枢，有防御中枢，有睡眠中枢，有呼吸中枢，有血压调节中枢都有，这些是明确机能定位的。第二个层次，脊椎动物共有的功能，形成高级条件反射。另外，第三个层次就是人种，人作为生物学的一个新的物种，我们从灵长类分化出来的，他的本能行为有语言和意识，任何一个人，他长到两岁以后，他就会说话。一岁多就会有语言的功能，然后他就知道和别人区别，什么东西是我的，有这个意识，有自我的这个概念，这些都是人的本能。那么第四个层次是个体发育中形成的习惯行为。比如说走路的姿势，说话的姿势，你家里人从外边，老远就看是你走过来，这是根据你从小形成的特殊习惯，这种有脑的定位关系。最后一个，个体的高级意识，你追求什么；你的理想是什么；你爱什么；你恨什么；你的人格有什么特点？这些是高级意识功能，没有机能定位的关系。那么爱因斯坦这种高级的智慧功能，物理学的理论功能，是这种高级意识活动，他实际上是全脑的功能。如果仅仅从脑子某一个部位，某一些细胞去找它的物质基础，那不可能揭露这样一个事物的本质。
那么我们先说本能行为。这个是从大脑中间切开的两个半球，我们看看中间，这样一个内侧面，这是外表面，这是内表面，两个半球合在一起的内表面，这个内表面，呼吸中枢、血压调节中枢，都在这儿，这个叫内脏脑。那么食物中枢在下丘脑，然后性本能、性中枢也在下丘脑，睡眠中枢在脑干网状结构，是在脑深部的结构，再往下就是延脑，有呼吸中枢、血压中枢，如果因为脑受到撞击，或者是脑肿瘤、脑内出血，造成脑内的压力很高，叫颅内压增高，这个时候就恶心、呕吐，看东西模糊。那么在这种情况下，如果不及时抢救就会有危险，就叫颅内压增高，因为刚才我们看的脑组织这个形状，像豆腐似的，很软，压力一高，它就从后面有个枕骨大孔，流出来叫脑疝，这是对内脏器官的支配。然后对我们身体外部，我们看刚才说的，这是个中央沟，这是个外侧裂，这个中央沟前面，这个紫颜色的管运动，这个黄颜色的管感觉。我们看看，这下面是管脑袋头部的，这个上面是管脚的，感觉运动，就好像前面那个紫颜色的部位在那儿倒立躺着一个小人，后边也倒立躺着一个小人，这个小人头朝下，这个小怪人，我们嘴老在动，吃东西用它、说话用它，所以占得位置大。我们手最灵巧，做什么事都要用手，手巧、心灵，这个手的部位最大。后脊背尽管占我们身体很大，但是运动比较少，只能弯弯腰，所以它占得比例就小，所以管我们身体表面，这个感觉和运动的，就在脑的中央沟的前后沿，有这么个倒立的小人管运动，后面有个倒立的小人管感觉，那么脑内的神经细胞是怎么样从脑顶把要支配腿运动的信息传过去呢，这个叫做神经信息传递，所以脑支配的一切功能，无论它是统率全身，还是对外部世界的反应，都要通过神经信息的传递。
那么在这个过程当中，我们研究这个神经信号传递的化学机制的时候，有两件轰动的事件。一个是1976年，一个是1992年，1976年科学家们发现，脑子里面居然有吗啡样，无论你吸不吸吗啡样，你吸不吸海洛因，你脑子里都有，这个叫做内生性“毒剂”。1976年发现的内啡肽，就是脑子里面生产吗啡样的化学物质是肽类结构，叫内啡肽，它就是传递神经信息的，你心情好，还是不好，和你脑子里生产的制造出来内啡肽多少有关，这件事就阐明了为什么吸毒，吸毒的人成瘾，这就是说脑子里本来就有吗啡样的物质，就为调节你心情情绪的一个重要分子，你吸了毒以后，这个东西来得快，来得多，一下子把你自己的生产能力就给破坏掉了。如果你再停止吸，你自己生产能力也没了。因此，你就对外部毒品发生依赖，而这个需要量越来越大，这就是内啡肽的发现。
1992年又有发现，就是前一段我们在电视里刚刚看到，日本军国主义在齐齐哈尔附近，几十年前放的芥子气，这种芥子气在脑里面也有。我们从这儿看，这个是前面细胞释放小的，神经递质到后面细胞，后面这儿 ，从脑子里面合成氨基酸，从精氨酸制造出并释放出来的芥子气，也就是一氧化氮。这个一氧化氮穿透力非常快，为什么冠心病一发作，拿一个东西，一个药片往嘴里边一含，马上就缓解了，心绞痛就缓解了，就是有芥子气，当然这个是微量的，多了就中毒了。这个东西能使血管扩张，这个芥子气在后面细胞里面生成以后，迅速扩散，回到前面这个细胞，使这个神经信息传递的速度加以变化。那么这个是后面的细胞，产生神经逆信使，产生一氧化氮，芥子气，同时有好几十种，细胞信号转导系统，其中有一种东西，叫蛋白激酶跑到细胞核里面，形成激活了基因调节蛋白，这个基因调节蛋白促使基因表达，因此就出现了新的蛋白。你要记住一个什么东西，你就有相应的蛋白质合成。
做梦也是一种现象，我们知道流传最广的就是弗洛伊德——精神分析专家。他解析梦，他用梦来解析潜意识的，下意识的，你的欲望，你的要求，在白天醒的时候满足不了，然后你用做梦的形式。这种理论应该是非科学的，缺乏实验证据。他有个案分析：比如说你做一个梦，你找精神分析学家，不管哪个国家的也好，这个医生可以这么解释，另外一个医生，也可以有另外一种解释。他们俩谁对，没有办法证明谁是谁非，因为他没有什么根据，他可以联想，根据你的生活经历，这个联想对不对？难说。所以这不是科学的理论，也不是科学研究的手段。那么真正研究科学睡眠和梦，我们知道，脑的深部有网状结构。刚才我们说，这个大脑支配腿的神经细胞，这个细胞体在脑中央前回，然后它轴突，可以分配到腰椎这儿，这个是有明确方向的，这个网状结构的神经细胞，和这个相反，这个轴突很短，发出来的轴突速度网状的，看不出来它和谁联系，联系也非常紧密，所以叫做网状结构。这种结构，通过电生理的方法来测定，记录电极，测电波反应的时间，潜伏期多大，这个来记录，证明它是睡眠的中枢，这个还是在动物身上做的。
下面我们讲，脑如何反映和改造外部世界。我们怎么样知觉外部世界，刚才我们说的感觉和运动，生理上如果产生知觉，这就产生心理活动了。我知道我眼前有个�
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