从微观角度看大脑结构
从微观角度看大脑结构
- 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~
- 导言
在上一讲中，我们说，想要升级大脑，首先要认识大脑。认识大脑又分成微观和宏观两个途径，我们从微观角度介绍了大脑的最小工作单元是神经元，神经元的好搭档是胶质细胞。了解了神经元和胶质细胞的基本结构与作用，这能帮我们理解，大脑升级在最基本的底层结构上，是如何产生并完成的。
就像你吃到一盘好菜，从微观角度看，原材料得是新鲜、甚至一流的，从宏观角度看，好的材料还要进行最合理的加工整合，也就是烹调的过程。如果调料不慎落入了一个厨房小白的手里，再新鲜的蔬菜说不定都会变成一道黑暗料理。
我们的大脑也是这样，神经元作为大脑基本的微观组成元素，他们是如何组织到一起、形成了一个真正优秀的大脑呢？这一讲，我们就从宏观角度来认识一下大脑，看看这盘好菜到底是怎么做出来的。
- 看见一个大脑，分几步？
我们每个人都有个脑，大脑在哪儿？我们都知道，在我们的头里面，在我们的眼睛后面、双耳之间。虽然我们都有脑，但是见过大脑的人可能少之又少。如果你去医院检查，拍过头部的 MRI ，也就是磁共振成像，你可能会见到大脑的图片，但那个图片只是一张黑白照，而且还是静态的。
活生生的大脑是什么样子的呢？医院的神经外科大夫最有发言权，因为他们是真正会打开人的脑洞、见到活生生大脑的人。我很有幸，曾经被一起合作的大夫邀请，去神经外科的手术病房参观过，因此我见到了实实在在的大脑。
那么，看见一个大脑，总共分几步呢？请正在听课的你放心，我会尽量让这个过程听起来比较宜人。
我们的大脑是在脑袋里的，这个说法没错，只不过所谓的「脑袋」其实是一个很模糊的概念。就像身体的其他部位一样，我们的头部——也就是脑袋，是由很多层构成的。
首先，脑袋的最外面是头发；在头发的覆盖下，是我们的头部表皮层和皮下组织，包括一些筋膜层还有肌肉，当我们说到「头皮发麻」的时候，说的就是这部分头皮；在这些头皮的包裹下，是硬邦邦的颅骨，也就是承载保护着我们大脑的、一个很结实的容器。
在脑外科手术中，术前患者要把头发提前刮掉、露出头皮，手术过程中，医生会切开头皮，露出头骨，然后根据手术需要，在头骨上切下来一小块，开出一个小窗口来。这块被切下来的头骨会被妥善放好，等到脑部的手术操作完成后，这块头骨会被原封不动地放回去，像拼拼图一样严丝合缝。
打开了头骨，我们就离看见大脑更近了一步。在颅骨和大脑之间，还有三层很重要的膜，从外到里分别是：硬脑膜、软脑膜和蛛网膜。
在这三层膜里，最外层的硬脑膜是白色的，很坚韧，泛着些微光泽；中间的那层软脑膜最让我印象深刻，因为打开了白色的硬脑膜以后，你已经可以看到，大脑紧贴在一层几乎透明的膜后面，向你招手了，那层几乎透明的膜，就是软脑膜。
- 我们的大脑都进了水？
说到这里，有一个很重要的知识点必须和大家强调一下。我们的大脑装在颅骨里面，就像我们在一个饭盒里装了一块蛋糕，这个空间里还有很多空隙，那么这些空隙里都是什么？是空气吗？还是真空的？其实都不是。
脑组织的间隙里填充的是一种液体，被称作脑脊液，也就是充斥在脑与脊髓四周的液体。我们的大脑一直被脑脊液包围着，当你看到软脑膜的时候，其实你看到的，就是一层透明的薄膜包裹着被浸泡在脑脊液中的大脑。这看起来很像是我们在菜市场，用塑料兜装了一块泡在卤水里的豆腐。
脑脊液的第一个作用，是为我们的大脑提供缓震： 不要小看这个作用，如果没了脑脊液，可能我们一些最日常的头部活动，比如一个猛转头，你的大脑就会因为惯性而在里面撞来撞去。脑脊液的第二个作用，就是为脑神经组织提供营养代谢等功能。
所以，有时候我们会说：「你是不是脑子进水了」，来表达一些负面情绪，但是其实脑子里有水才是对的。外科手术时，手术刀划开软脑膜，脑脊液流出来之后，大脑才真正露出了真容。
- 大脑究竟什么样？
看到一个活生生的大脑，这个场景是非常难忘的。
有人可能会说，我在火锅店也吃过涮脑花，脑花就是白花花的一坨呀！那我要说，活生生的大脑和你吃的那种脑花，其实不太一样。
首先，我们的大脑是被密密麻麻的血管网络包裹住的，那个场景，就像你把一棵树的整个根部挖出来之后，看到根系包裹着一大块土壤的感觉。我们的脑血管就像树根一样，紧紧包裹着大脑，有粗有细的血管网络交错在一起，既有动脉，又有静脉，还有毛细血管。而这些血管，在你吃脑花的时候，是看不见的。
其次，活生生的大脑看起来好像更粉嫩一些，因为那些神经组织仍在工作，它们是活着的、有着丰富电活动与化学活动的神经，所以看起来会更有生机。
最后，最重要的一点是，活生生的大脑看起来是会动的。包裹着大脑的血管在不停搏动，带动了整个大脑也在搏动，看起来就像心脏在跳动一样。虽然大脑搏动的幅度很轻微，但依然是肉眼可见的。所有这些，都在提醒你，眼前的这个大脑，是活生生、有思维、有情感、有自我意识加工的神奇的组织。
在我们好不容易一步一步看到大脑以后，我想特别讲一讲，大脑有两个方面的宏观特质。
- 大脑灰质与白质
我曾经特别喜欢看侦探小说。那位写了《东方快车谋杀案》、还有《尼罗河惨案》的英国女作家——阿加莎 · 克里斯蒂，她的笔下有一位叫做波洛的大侦探。波洛是一位比利时的名侦探，他曾经对他的好友说过这样一句话：「动一动你灰色的脑细胞吧！」
那个时候我就很好奇，这个脑细胞怎么是灰色的？难不成还有别的颜色？后来我研究大脑，才知道，对于我们大脑的神经组织，最重要的一种区分方式，就是灰质和白质。而我们升级大脑，最主要的也是在这两个部分下功夫。
灰质，也叫脑皮层，顾名思义，就是大脑表面的一层，平均厚度在 1 厘米左右。大脑灰质主要由神经元胞体构成，可以说，大脑大部分神经元的胞体都集中在灰质上。
如果我们把大脑看成一个西瓜，大脑皮层，或者说大脑灰质，就是西瓜瓜瓤外面，发青的那部分表皮。当然，我们的大脑并不是西瓜那样光滑的球体，而是一个凹凸不平、起起伏伏的结构。除了我们能看到的、大脑外部的褶皱，大脑的深层结构里也有很多很多褶皱。这些褶皱的表层，都是我们的脑皮层，也就是大脑灰质所在的地方。
虽然西瓜青色的表皮是我们不怎么吃的地方，好像没什么用处；但是对大脑来说，脑皮层、也就是脑灰质，却被认为是大脑活动最为密集的地方。因为之前讲过，神经元的大部分活动和计算，都是由神经元胞体完成的，神经元和神经元之间的信息传递是通过轴突传出、树突传入，所以，神经元胞体最多最集中的脑灰质皮层，就是大脑活动最集中的地方。
与灰质相对的，还有大脑白质。这些大脑白质，主要是由神经元中负责「打电话」的轴突构成的。聪明的你说不定已经想到了，脑白质的主要功能，就是把一个脑灰质皮层区域的信息，传输到另一个脑灰质皮层中去，进行进一步的加工与计算。
这些脑白质，一般都表现为一束一束的纤维状，也就是神经纤维，它们位于皮层下，和灰质皮层密不可分。
如果说，脑灰质皮层的不同区域，就像一个又一个活跃而充满生产力的城市，那么脑白质纤维，就像是连接城市与城市之间的高速通路一样，可以把不同城市的产品进行最有效的传输。
丹麦的科学家们曾经研究估算过人脑里白质纤维的长度。他们把大脑样本放置在 1 万倍的光学显微镜下面，进行统计计算。他们的结果是，一个 20 岁成年人大脑中，所有白质纤维的长度加在一起，要超过 15 万公里！这相当于绕地球赤道将近 4 圈了！是不是很震惊~
那么，回到最开始的那句，「动一动你灰色的脑细胞吧！」脑皮层和纤维之所以会被称作灰质与白质，是因为它们在颜色上的确略有不同。
作为高速公路的白质纤维，因为主要由包裹着髓鞘的神经轴突构成，髓鞘所含的脂类较多，比如卵磷脂等等，所以看起来会发白一些；而脑皮层上，由于神经元胞体集中，脑血管供氧的需求更高，脑血管也更为密集，导致颜色看起来深一些，所以被称为灰质。
灰质和白质的构成非常不同，所以在磁共振扫描大脑的图片上，你可以非常清晰地看到，脑灰质皮层和白质的对比度，是有很大区别的。
- 总结
好啦，这节课就先讲到这里了。在这一讲中，我们简要地介绍了，大脑看起来是什么样子，以及大脑最重要的结构特征——脑灰质皮层与脑白质纤维的区别。
大脑从我们出生到老去，一直经历着非常动态的变化。我们大脑不断地变化、学习、进步、衰老、退化，宏观地说，正是由大脑灰质和大脑白质所承载并反映出来的。理解了灰质与白质，知道我们的大脑是在怎样的环境下生活的，将会对我们升级大脑奠定良好的认知基础。我也希望这节课程能够帮助大家，对自己的大脑样貌，描绘出一个基础图像。
下一节，我们会具体扎到大脑里去，看看大脑的组织结构是什么样子。