脑科学研究的三大发展方向 “一体两翼”
|
|
从理解大脑图谱结构着手
大脑如此复杂！所以，要理解这个复杂的系统如何工作，是很大的挑战。但我们仍可以从 3 个层面更好地理解这个网络（图 3）。①宏观。PET、磁共振成像（MRI）等功能成像手段，提供的是分辨度在厘米或毫米层面的宏观视野。在这个范围内，大致可以看到神经束在脑区之间的走向。每个神经束都由成千上万的神经细胞纤维构成。②介观。要进一步知道细节，必须在介观（介于微观和宏观之间的状态）层面对神经环路进行研究，了解每一个神经细胞如何跟其他不同种类的神经细胞进行联接，如何输送信息，以及在实现各种功能时有什么活动。③微观。在电子显微镜下对细胞进行观察，从微米到纳米层面，这样的微观尺度会让人看得更精细。
图 3 3 个层面的神经联接图谱
目前，神经科学最关键的一点，就是从已知的宏观层面进入介观层面，进而理解大脑网络结构的形成与功能。例如，把小鼠大脑皮层的 52 个神经细胞用荧光标记后切片，重构其三维结构，其中每一种颜色代表一个神经细胞。结果发现，大脑的复杂性难以想象！即便是这 52 个细胞，也还有不同的种类，它们在大脑中分布的规则也不一样。这还仅仅是小鼠的 52 个细胞，而人脑有上千亿个细胞。所以，要真正分析人脑，困难该有多大？！这正是目前神经科学面临的一个重大挑战。因此，未来脑科学的第一个关键点就是在介观层面上弄清大脑的网络结构，即图谱结构。
大脑的信息传导靠的是电，电活动像电波一样在神经细胞里传导。它跟电子在电线中的传导不同，因为这种横波是跨过细胞膜的离子流动造成的——阳离子从外面流入细胞内，造成了膜电位的波动，波动不断向前推，其推动速度只有几百米／秒，比电子流的速度慢很多。当这种电波传到神经轴突终端的时候，会把信息传递给下一个细胞。一个神经细胞之所以能够把电信息传给下一个细胞，借助的是释放一种叫作神经介质的化学物质。当神经介质传到下一个神经细胞后，就会触发下一个细胞的电活动，这就是电信号的传导模式。如何观测电信号以及理解电信号在网络中的处理模式等问题，是我们现今要了解的关键问题。