欢迎你也上了大脑这条「贼船」
欢迎你也上了大脑这条「贼船」
- 我是谁？
先自我介绍一下：我是一个对宇宙和自然奥秘特别感兴趣的人，并且我很有幸，一直和世界上最聪明的一群人一起学习和工作。
我目前就职于北京大学前沿交叉学科研究院，进行脑科学领域的研究。本科时，我被保送进入北大物理系，学习了物理学。常言道，数理不分家，数学既是我们描述自然界的一种重要语言、也是一种重要的自然现象，于是，在大学期间，我又去修了数学与应用数学的双学位。而出于对人类社会经济规律的好奇，我还去修了经济学双学位。于是，当我本科毕业的时候，我就有了三个北大本科学位，一个物理学、一个数学，还有一个经济学。可能这也算是挺少见的吧。
当我拥有了这三个学位之后，我就开始考虑，该选哪个领域继续攻读呢？原本，我深受物理学影响，一直徜徉在物质世界中、探索物质世界的规律。而一次机缘巧合，我和一位朋友的朋友一起吃了顿饭。这位朋友的朋友，也是后来的我的一位学长，他在我们学校的心理学系，进行认知神经科学研究。我早就耳闻，他们经常会抓周围的同学去做一些脑电图、还有磁共振成像之类的实验。而吃饭席间闲聊，我像所有物理学出身的人一样，问他对于意识和大脑之间关系的看法。他给我讲了一个特别有意思的现象：在某些脑损伤病人的身上，会发生一种叫「盲视」的情况，这类病人声称自己看不到任何东西，却能在视力测试中，准确地判断出眼前物体的形状、颜色、位置和运动轨迹。
在当时，这就像是一道闪电，劈进了我的整个世界观里，照亮了一块曾经漆黑一片的未知区域。我在那一瞬间意识到，我们的精神世界有着自己的运作规律，这种规律既和物质世界的物理学规律有关联，但又有所不同。吃完这顿饭之后我就决定，以后一定要去研究大脑！
于是就这样，我义无反顾地踏入了脑科学领域，成为了心理学博士，后来还在美国芝加哥大学进行了博士后的研究工作。现在，我依然还在脑科学的世界中，进行着认知神经科学以及社会神经科学的研究。
- 脑科学是什么？
说了这么多，脑科学到底是个什么东西呢？
想象一下，你是一个外星人，坐在一艘特别先进的飞船上，这个飞船上都是超前的高科技。比如，你只需要动动手指，在面前的平板上画出基本想法，你就可以创造出一个真实的细胞、一个器官、甚至一个小动物出来。
当然，我知道，这种想象对于大家来说，就像是让秦朝的人想象手机这种东西一样，很有些挑战。
假想你可以创造出各种各样的器官，有时候，你创造出来的器官能帮助补充血液中的氧气，并且代谢废物；有时候，你创造出来的器官能把生物体摄入的各种有机物，变成自己本身身体能利用的能量。
然后呢，这次我给你提出一个要求，你要创造一个与众不同的器官，这个器官是一个能够让这个生命体感受、体验到外部的大千世界、并且可以承载这个生物所有精神与心理活动的器官。它不光能让这个生物与外部世界互动、活得更好，还能让这个生物反观自身，思考「我是谁、我从哪里来、要到哪里去」这样的问题，一想就可以是一辈子。那么，你要怎么设计这个器官呢？
一般来说，想设计好一样东西，最简单的入门方法，就是把现成的作品拿出来看一看，参考一下已有的设计是什么样的。同样，当你对一个东西产生了好奇，就像我们很多人小时候可能都拆过闹钟一样，直接把它拿过来研究一下，就是最快的方法。
而我们人类作为拥有这种伟大器官的生物，其中有一撮人，也对这个器官超级好奇。因为有一天我们发现，这个器官居然还会自己问自己，「我为什么会长成这个样子？我是来干嘛的呀？」这一撮人，就是我们人类的脑科学家。
每天，我们都被自己的好奇心唤醒，被自己的大脑反复追问，痛并快乐着。而恭喜正在听课的你，也上了这条船。
所以，当我们这群好奇的人，把大脑头壳打开一看，厉害了！一坨不到 3 斤重、黏糊糊、甚至略微 Q 弹的大果冻，居然能实现那么多丰富的功能！然而，想要真正把这坨果冻好好用起来，就太有挑战性了。
- 脑科学的神奇之处
到今天，我研究这坨「果冻」已经有将近 15 年的时间了，可我觉得，一切仿佛才刚刚开始。这不是因为时间过得快，而是因为，当你对大脑了解得越多，你就发现它越奇妙。
对我来说，大脑最为神奇的地方有两点，第一点就在于，大脑处于物质世界与精神世界的转换点上。
在物理学里，我们会把连接时空不同位置的转换点叫做「虫洞」。人类所有在物质世界与精神世界之间的相互作用，几乎都是经由大脑来完成的，我们的大脑，看起来，就像是一个连接着物质世界与精神世界的「虫洞」。
脑科学还有第二个奇妙的地方，对于我来说，就是这门科学，几乎是世界上最为复杂和交叉的领域之一。每一个被分割开来的学科，似乎都能在脑科学这里，找到自己的一点立足之地。
心理学和神经科学自不必说，从研究人工智能与神经网络的计算机科学和数学，包括很多人都在好奇的量子物理和大脑究竟是什么关系的物理学、到生物学、化学，涉及到医院中神经内科、神经外科、精神病学等等的医学、乃至经济学、社会学、文学、艺术、人类学，更不用说哲学和神学等等这些学科啦。脑科学就像是一个爱交朋友的 arty 主人，邀请了各种身怀绝技的客人，带着奇思妙想出席。
- 脑科学如何助力你的生活
那么，脑科学能如何助力你的生活呢？
首先，我要恭喜点开了这个课程的你，因为你赶上了最好的时代。
在 100 多年前，人们对大脑的理解依赖于几个医生手上特殊的脑外伤病例，或者解剖学。但你却完全没办法知道，一个正在产生着鲜活思维的大脑是如何进行工作的。
在我刚刚进入脑科学领域研究的时候，无创高分辨率的脑成像技术、尤其是对脑功能的无创探查技术，刚刚在世界范围内普及开来，我们手上有的资料并不够多。但是现在，通过全世界科学家的共同努力，脑科学领域已经积累到了一个全新的时间点，我认为可以称之为脑科学的「前布鲁诺时代」。
就像哥白尼和布鲁诺推动人类，把对天体规律的认识从「地心说」升级为「日心说」一样，现在的我们也正处于一个人类文明升级的时期，而其中最需要升级的核心点，就在脑科学上。
和天文学可能有所不同的是，脑科学引发的升级与进步，最能直接迅速地影响我们每一个有着大脑、有着精神世界、且活在这个物质世界中的人。
所以，听我讲到这里的你，如果好奇「你的大脑是如何让你感受和体验到外部的大千世界、并且承载你所有精神与心理活动」的；如果你想知道「大脑是怎样让你与外部世界不断互动、并且让你活的更好」的；如果你想「站在巨人的肩膀上、运用这几十年脑科学的科研成果，给你的大脑进行认知升级」；如果你想「通过学习脑科学知识，帮助你更好地理解、调整情绪与痛苦、自卑与焦虑、摆脱着迷与拖延、预防所谓的「痴呆」、好好休息、并且提高学习和工作效率、提升记忆力、自控力与直觉力」；并且在人工智能高速发展的今天，让你的大脑知道，「我们人类大脑所承载的智能，该如何找准自己的位置，何去何从」，那么，热烈欢迎你来到《升级吧，大脑！》这门课程，和我一起分享、学习，共同进步。
在这门课程中，我们会通过三大模块，来帮助你重新认识你的大脑、升级你的大脑、以及为你的大脑进行未来规划，让你能和你的脑一起，过得更好、活出你自己的人生。
- 一个彩蛋
说了这么多，我也要拿出一份礼物，来激励你更加认真地学习。
很幸运的是，我目前工作的地方，也就是北大磁共振成像研究中心，有着现在世界上所有最先进的研究人脑的仪器设备，而且这些设备都是无创、没有损伤的哦！
我会在购买了这门课程的小伙伴中，抽选 1 ~ 2 个人，来体验这些全世界最先进的科研设备。你只需要坐在或者躺在仪器里，按照指令休息、或完成一些简单的任务，然后，你就能获得自己大脑的高分辨率精细扫描图像。而且我们这里的精度和分辨率都是科研量级的，扫描出的图像比医院的图像还要好。
你可以把自己的大脑图像带回家，做成一个动图呀、3D 打印出来呀，或者随便你怎么玩。说真的，光是盯着自己的大脑看，就会觉得特别亲切呢！
除了这个大脑图像以外，如果你愿意，你还可以参加我们课题正在进行的脑认知功能实验，这样，你就能获得一份对你的脑结构与脑功能的初步解读，比方说，把你的大脑和爱因斯坦的大脑比一比，看看你的哪些脑区比爱因斯坦的脑区还厉害！
除此之外，我们现在还正在绘制「中国人脑功能图谱」，如果你很好奇，自己大脑和认知的哪些特质是天生的，那么，我们有专业的医护人员会帮你采集血样，只需要几毫升，然后去统一进行基因测序，之后经过我们的大数据分析，你就能在后续获得关于自己的基因与脑功能之间的详细分析哦！
是不是很有趣？那就快来加入课程，和我一起升级大脑吧！
- 导言
升级大脑这件事，乍一听，好像是一个非常惬意的事情，就像你给电脑软件升级一样，或许你只需要拿出一个包含升级软件的 U 盘，插进电脑，双击文件，接下来，你只需要瘫在椅子上，等进度条到达 100% ，升级就完成了。
其实，我也很想给你一个升级 U 盘，这样大家都很轻松。但是等等，别忘了，你的大脑好像并没有 USB 接口，也没有光驱。大脑和外部交换信息的方式，似乎更像是我们手机蓝牙或者 WIFI 这种无线模式。所以，大脑的升级包，只能通过我讲你听的方式，下载到你的脑系统中。
这个升级过程中，最重要的一步，就是升级包的解码和执行。在我研究大脑的这些年里，每次和身边的朋友探讨大脑话题的时候，我就发现，我们的对话基础经常对不上。有时，为了跟朋友们解释一个观点，我需要常常先回到大脑最基础的结构上来，讲讲什么是神经元呀，什么是胶质呀，等等等等。
所以，大脑这么复杂又奇妙的东西，要想给它升级，最好还是先从它的一些基本知识入手。认识你的大脑，就是我们课程第一个模块的主要内容。
在第一节的课程中，我会通过微观和宏观两个角度，带你了解人脑的基本架构。首先，我会简单介绍一下，什么是微观、什么是宏观；然后呢，我们就钻到大脑里面，去看看大脑中最小的工作单元——神经元；接着，我们再看看神经元的好搭档——胶质细胞，究竟是做什么用的；最后，我们再来谈一谈，了解大脑的微观结构会对我们升级大脑有什么作用。
如果你曾经学习过神经科学与大脑的相关知识，欢迎你和我一起，重新勾勒出大脑的运行地图；如果你之前从来没有接触过这个领域，也没关系，我会带着你从零开始，了解你的大脑。虽然这些入门知识，可能会有些烧脑，但我相信，聪明又好学的你，认真听下来，一定能有所收获。
好啦，锻炼脑力，从现在就要开始啦！
- 大脑的两种观察途径（微观、宏观）
当我们谈论到「大脑究竟是什么样子」的时候，其实，我们有两种具体的观察途径。
第一种方法，就是从微观的角度来观察大脑。比如，我们可以把大脑染色切片放到高倍显微镜下观察，将切片放大放大再放大，就像我们放大手机里的照片一样，一直放大到能看清每一块像素，通过这些小小的像素格子，来了解大脑。
另一种方法，就是从较为宏观的尺度来认识大脑。就像我们在看地图的时候，只有稍微离远一点儿，才能看清这个地区的全貌，哪怕像素不那么清晰，你也依然能一眼认出，嗨，这块正方形的区域不就是我家小区吗？
所以，微观宏观，这两种观察途径相辅相成，都是我们了解大脑的必需。那么接下来，我们就先从微观的角度，了解人脑的组成。
- 神经元
我们的大脑是神经系统中一个重要的组成部分，神经系统的基本单元就被称作「神经元」。这个神经元有许多种类，根据它们形状和功能的不同，而有所区分。那么，大脑里究竟有多少个神经元呢？按照数量级来说，科学界一般认为，人脑有 1000 亿个神经元。
1000 亿，这可是个天文数字！想象一下，如果你有 1000 亿人民币，是不是得乐疯了呀！我曾经在一本书上看到这样一个比喻，它说，「假如 1 个神经元是 1 秒钟，也就是秒针滴答那么一小格，要想把人脑的神经元都滴答一遍，至少需要 3100 年」，也就是说，如果你从商朝商纣王的时候开始，一秒一个神经元滴答过来，经历沧海桑田，一直滴答到今天，才能把大脑里的神经元都过完一遍。
大脑里虽然有这么多神经元，但是每个神经元并不是孤零零地自己干自己的。神经元和神经元之间需要不停地进行信息沟通还有共同合作。如果大脑是一座城市，井然有序地运作着，那每个神经元就像是城市中的一个个公民，各自做着属于自己的工作，同时又要不停地和其他人沟通。
那么，神经元和神经元之间，是怎么沟通的呢？是打手机？还是发电报？都不是。神经元和神经元之间的沟通不靠无线电波，而是要靠真实的物理通路来传递信息。每一个神经元都是由一个大大的叫做「胞体」的细胞、以及四通八达的枝丫组成的。这些枝丫，就是神经元细胞和身体其他部位的细胞，所不同的地方。
神经元的胞体细胞就好比是一部座机，这些枝丫就是电话线。一类枝丫负责拨打电话，也就是帮神经元将信息送到外部，叫作「轴突」；还有一类枝丫负责接通电话，也就是从其他神经元接收信息，叫做「树突」。
向外拨打电话的枝丫「轴突」只有一条，负责接电话的枝丫「树突」可以有很多条。依靠轴突和树突，每一个神经元都和数以千计的其他神经元有所连接，且联系非常紧密。
当这些「电话线」传递信息时，最快传导速度大约是每秒 100 米，也就是每小时 360 公里左右，这和我们高铁的速度接近。所以，当你以后在坐高铁的时候，要记得，其实你自己的大脑中也有好多小小的高铁线，以每小时 360 公里的速度，传递着神经信号呢！
除了速度飞快的「高铁线」，那大脑里有没有速度慢一点的传输线呢？当然有。一些比较细的枝丫，会比粗的枝丫慢上 200 倍。最慢的神经信号，速度大约是每秒 0.5 米，一小时也只能走个两公里不到。要知道，我们正常人的步速大约是每小时 4~5 公里，比起最慢的神经信号，已经快上不少啦。
- 胶质细胞（数量、功能）
除了神经元以外，我们的大脑中还有一种很重要的脑细胞——胶质细胞，英文叫做 glia。曾经最经典的教科书上一般会说，这个胶质细胞的数量，在大脑里要远远大于神经元的数量，最多可以到神经元数量的 10 倍之多。到底是不是这样呢？
在 2009 年，巴西的一群脑科学家，从巴西的脑库中调出来 4 个大脑标本，其中 3 个标本来自 50 岁左右的人，还有 1 个来自于一名 70 多岁的老人。巴西的脑科学家们把每个大脑都按不同部位切开，分别估算和测量脑细胞的数量。你也知道，这必须是估算的，因为要是一个个数过去 年就过去了，对吧。然后呢，他们发表论文说，他们测量估算出来，其实胶质细胞和神经元的数量是差不多的。这四个大脑里，神经元平均有 861 亿上下浮动 81 亿个，而胶质细胞也有 848 亿个上下浮动 98 亿，几乎一个神经元就配备了一个胶质细胞。
那么，胶质细胞究竟是干什么的呢？glia 这个词，来自于希腊语里面「胶水」一词。它和我们现在的 glue 听起来也很像吧？的确，有些胶质细胞确实是组成了一个结构网络，能像胶水一样，把神经元固定住；但是还有一些胶质细胞，非常「活泼好动」。
比如，有一些胶质细胞是具有移动性的，它们可以去到那些神经元受损的地方，清理残骸；比如，还有一些胶质细胞是紧密围绕在脑血管周围的，它们形成了一堵墙，防止血液里的有害成分，轻易地影响神经系统，这堵墙也叫「血脑屏障」；再比如，还有一类非常重要的胶质细胞，它们就像包裹在电话线外面的那层绝缘皮一样，紧密围绕在拨出电话的轴突附近，它们形成的这层表皮被称作「髓鞘」，有了髓鞘，电话信号传输就会更快、更有效率。
所以说，胶质细胞就像是我们大脑这座城市的后勤保障系统，对人脑的正常运作，起着重要作用。
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- 了解大脑微观结构的重要性
听到这里，你可能会问，我知道神经元有千亿个、胶质细胞会清理残骸，这又有什么用处呢？我可要说，这用处太大了，这就是我们理解大脑的基本概念系统之一。
有些我们在外面看起来非常显著的精神、心理与行为的变化及疾病，就是因为大脑里这些微观架构的物理性质、或化学性质，被小小地改变了。
先暂时抛开较为复杂的化学性质，光看这个微观架构的物理结构，也叫解剖结构的话 年诺贝尔生理与医学奖得主、哥伦比亚大学教授 Eric Kadel 在他的《神经科学原理》一书中说，「我们整个人类行为的复杂性，与其说是建立在不同的神经元上，更应该说是依赖于，神经元与神经元之间组成的、这种具有精确功能的神经环路和神经网络上。」
即使是两组性质几乎相同的神经细胞，如果它们的组织结构和连接方式有所不同，就会产生完全不同的功能作用。
如果有些人的髓鞘，也就是电话线外面的那层绝缘层「漏电」，会发生什么？如果有一种化学制剂，能把我们的神经传导速度提高一倍，会发生什么？如果我们大脑的神经元数量猛增了 10 倍，又会发生什么呢？这些都是有意义的好问题，我会在后面的章节中留出时间，和你详细探讨。
然而，光知道大脑的微观结构也是不完全的。我们前面讲到，每个神经元都和超过 1000 个其他神经元有所连接，那么，大脑中有千亿个神经元，你可以算一下，大脑中存在的神经连接、以及各种尺度的神经网络，得是多么庞大的数量级？这就需要我们，再从宏观角度切入，认识人脑的整体构造。
这就好比一位厨师，他不需要知道每一款佐料的分子式，也能烧出一桌好菜。
- 总结
好了，通过这十分钟的学习，你知道了观察大脑有微观和宏观两种途径，了解了神经元和胶质细胞，也学习到了认识大脑微观结构的重要性。
下一节，我会从宏观角度出发，带你从整体架构的方面，了解大脑。
- 互动
我们之前说过，大脑的最小工作单元是神经元，而人脑有 1000 亿左右的神经元。如果我们把大脑想象成一个公司，一个有 1000 亿名员工的大公司，假如由你来经营，让这个公司的运作变得高效，你会提出哪些重要的工作原则呢？这个公司最基本的组织架构大概会是什么样子呢？虽然目前我们地球的人口总数还不到 100 亿，不过没关系，看看我们周围的世界和你所在的公司或者学校、组织，开动你的想象力，试着替「大脑公司」出一份宏观战略策划吧~欢迎你在留言中与我分享你的大脑公司宏观战略策划哦！
咱们下一讲见~