关于脑，你可能想知道的

2019-04-09

脑是极其复杂的，即使到现在我们对它的认识仍然处于非常初级的阶段。哈佛大学的 Jeff Lichtman 教授在开课之前问学生：“如果我们需要了解的大脑的知识是一英里长，那么我们现在处在什么距离上？”学生有的回答半英里，四分之一英里等等答案，但是他会觉得正确的答案是“三英寸”（1 英里 = 63360 英寸）。神经科学家 Moran Cerf 说：如果人类的大脑这么简单，能够让我们理解，那我们将会因为如此简单，而不能理解大脑。不过对大脑的研究持续了这么长时间，加上科技的加成，一些宏观上的功能还是比较有底的。

正文开始前，先留几个问题，感兴趣的话不妨继续往下看

• 爬行动物有脑，哺乳动物也有脑，人脑跟其他脑相比，最大的特点是什么？（貌似进入了面试的场景···）
• 为什么给自己挠痒痒没有效果？
• 为什么可以在梦里看见离奇的场景而自己又无能为力？

脑在小的时候，相对比较简单，层次也较分明，主要分为前脑、中脑和后脑。前脑又可以分为端脑和间脑。

到了发育后期，前脑虽然在结构上没什么变化，但是大脑皮层长大了很多，中脑变化不大，后脑分化成了：小脑、脑桥和延髓（图中的脑干由中脑、脑桥和延髓组成。）。

所以，对脑的结构进行解构的话，大致可以分成这么几个部分：

前脑包含端脑和间脑，端脑就是那一大坨沟沟回回的褶皱（像一盆被端上去的豆腐···），间脑就是卡在中间的那部分脑。

我们都知道大脑有左右两部分，这两部分的协同工作全靠胼胝体（出于好奇，查了下「胼胝」是什么东东，其实就是老茧···）。

图上绿色的部分就是胼胝体，它就好像是海底电缆，有了它才能实现左右脑高速互联。

这些沟沟回回就是著名的大脑皮层（新皮层），很多高级功能都在这个皮层里。按功能来分的话，可以分为：运动区、感觉区和联合区。

可以看到联合皮层占了很大一部分，这就是人脑最独特的地方，正是这块区域赋予了人认知的优势。海豚的大脑皮层虽然也很大，也有很多的沟和回，但联合皮层的分布比人脑会少得多，不过光是如此已经让海豚足够聪明了。

那这些运动区和感觉区是啥意思？简单来说就是输入（感觉）和输出（运动），人体的各个部分可以对应到皮层的特定区域，就像大脑里住了两个小人：感觉小人（左边）和运动小人（右边）。

皮层展开后大概有两张报纸那么大

根据空间位置，大脑皮层可以被分为几个叶：

• 额叶：高级认知功能，比如学习、语言、决策、抽象思维、情绪等，自主运动的控制。
• 枕叶：视觉处理
• 顶叶：躯体感觉，空间信息处理，视觉信息和体感信息的整合。
• 颞叶：听觉，嗅觉，高级视觉功能，分辨左右，长期记忆。

在人类大脑当中，比起其余脑中的“叶”，这是最大的一部分。前额叶皮层是与许多高级认知功能相关的关键脑区。例如，在抽象规则的认知、工作记忆、注意力调控，以及行为的计划和策略、思维和推理等功能中起着关键性的作用。「飞越疯人院」里，麦克墨菲最后被切除了前额叶，就变得非常温顺和听话，因为失去了高级认知功能。

PS：「额叶切除手术」的发明者居然获得了 1949 年的医学诺贝尔奖，而前一年的医学奖颁给了发明剧毒有机氯杀虫剂 DDT 的瑞士化学家米勒，这可能是诺奖最瞎的两年···

枕叶就是平常睡觉时贴着枕头的那片区域，枕叶跟视觉处理有关。「看见」这个行为需要进行一系列的处理（视觉通路）：光线进入到视网膜后被转化成了电信号，然后沿着视神经快速穿过脑部，到达脑的交换机 — 丘脑，在这之后视觉信息被输送到了脑后的枕叶，再传送给了那里的视觉皮层。

视觉皮层将处理信号的工作分成了几个部分，让它们分别计算距离、形状、色彩、尺寸和速度。任何一个部分只要稍微出些差错，就会造成明显的视觉扭曲。更神奇的是，视觉皮层还会根据运算结果，构建出一个对外部世界的解释。比如下面的「卡尼撒三角」：

尽管白色的三角形没有画出来，但我们分明看到它就在那儿。人脑会识别并且预测悉熟的模式，以此将思维的率效提到最高。比如前面这句话有几个词是颠倒顺序的，但你可能并没有注意到。

接下来说说做梦，我们经常会梦到一些离奇的场景，一些不相关的人和事往往会糅合在一起，以富有创意的情节在推进。它的大概流程是这样的：当进入快速眼动睡眠（REM）时，梦境系统开始接管丘脑和视觉皮层，醒着的时候，丘脑的素材来自眼睛，做梦时，它的素材则来自脑干（丘脑只是一部交换机，它不关心素材来自哪里，只是一股脑地将它们传给视觉皮层）。视觉皮层拿到脑干随机产生的这些信号该怎么办？这就到了见证奇迹的时刻，它会尝试从这些信号中理出头绪，将它们串联起来，形成一段完整的故事，而且是边写剧本边演。

梦虽然奇怪，但为什么置身其中时，却往往感觉不到，只有醒来时才会觉得荒诞，因为执行高级决策的前额叶也休息了（毕竟是耗能大户），就像一个没有大人管的娃···

除了做梦外，视觉皮层还可以用来做一些其他的事情，比如「心理意向训练」。据说老虎伍兹在重要比赛之前都会开车到比赛场地，在那里练上几轮，回家后就躺在床上练习那些比赛中需要的击球。

我们通常说的「肌肉记忆」其实并不是肌肉产生了记忆，而是控制特定肌肉的神经系统仿佛有了记忆。所以「想象训练」就是训练这些特定的神经系统，让它们长点记性。有人做了一个实验，要求用手把这些数字从小到大点个遍，越快越好（之所以把数字这么放是为了制造大幅度的复杂动作）：

然后把人群分为三组进行练习：

• 第一组跟正式测试时一样，用手点数
• 第二组看着这些数，在想象中用手从小点到大
• 第三组只是用眼睛看，从小看到大

三组被试都先执行一次指认任务，然后各自练习，最后再执行一次指认任务，好让研究者评价他们的进步。结果显示，第一组和第二组在练习之后，手臂的动作明显变快了。而对照组（就是只能移动眼睛的那一组）没有任何进步。

所以之后如果需要做演讲分享或一些特定的练习，不妨试试「心理意向训练」（感兴趣的话，可以搜一下 PETTLEP，可以帮助你更系统地使用这个方法）。

基底核是大脑深部一系列神经核团组成的功能整体，既然藏得这么深，那一定很重要。目前所知它的主要功能为自主运动的控制、整合调节细致的意识活动和运动反应。同时还参与记忆，情感和奖励学习等高级认知功能。

基底核对「习惯养成」和「瘾」有很大的影响（确切说来是其中的「纹状体」和「伏隔核」的功劳）。上面提到它的一个功能是「自主运动的控制」，也就是无意识行为，意味着它可以命令大脑产生动作。比如上班路上，无论是开车还是走路，都可以很轻松地完成，因为太熟悉了。这么神奇的功能，科学家们自然不会放过，于是他们做了一个实验：

把小老鼠放到迷宫中，在它左侧放了奖赏物，一开始它左顾右盼，到处乱走，但最终还是会发现左侧的奖赏。接下来的几次还是会停顿，但会更快地找到奖赏物，重复次数多了之后，到了十字路口，它会毫不犹豫地左转，变成了习惯。

这么多次的重复，对大脑产生了什么影响呢？科学家们观察到小老鼠练习得越多，它的纹状体活动就越强烈，其他部分的参与度会大幅下降，就像 Tesla 开启了自动驾驶一样。把这块区域损毁，进而关闭习惯系统，则又回到了最开始的试探模式。

再来说说瘾，瘾跟伏隔核有关，最常见的就是手机上瘾，webmd（美国互联网医疗健康信息服务平台）上罗列了药物上瘾的表现，摘录其中几条：

• 即使对健康不再有帮助依旧持续吃药（You keep taking a drug after it’s no longer needed for a health problem.）。
• 需要更多的剂量来达到同样的效果（You need more and more of a substance to get the same effects）。
• 当不吃药时会感觉到不适应（You feel strange when the drug wears off）。
• 停不下来，即使知道不应该再继续吃下去（You can’t stop yourself from using the drug, even if you want to.）。
• 发现很难控制摄入量，比如只想嗑一颗，结果嗑了三颗（You have a hard time giving yourself limits.）。

把「吃药」换成「使用手机」是不是一样适用？为什么会这样，因为在应用的背后，有很多人在努力工作，尽可能地留住你，让你再次使用。不要指望意志力能帮什么忙，最好的办法就是出现：“就看十分钟”、“就玩一会”的心态时就扼杀住。

基底核像一个程序员，一个习惯或者无意识行为的养成，就像一个编好的程序，只要输入变量（收集到的环境信息）和返回值（要达到的目的）跟程序匹配就会自动执行，所以基底核里藏着很多套这样的程序。从「节能」角度来说，确实很高效，这样前额叶皮层就能抽出空来干更重要的事，比如刷手机···。

说完了端脑，现在来看看间脑，这块夹在脑中间的部分可是很重要的（一般在中间的都很重要···）。它可以分为「丘脑」和「下丘脑」。

丘脑是个大的中继站，负责向更高级的脑区传递感觉信号，以及下行发送高级脑区的命令信号，最终引起肌肉动作。

之前说「枕叶」时，就提到过丘脑，讲到它会把眼睛带来的电信号带给大脑皮层。除了视觉之外，其他的感觉器官也会把信息给丘脑（除了嗅觉，它走的是边缘系统）。所以它就像脑的中枢，我们对外界的感知，都是丘脑告诉的，如果它的工作机制被完全破解，理论上我们就能接入各种电极来达到最高级的模拟体验，皮层甚至区分不出来这是真实的还是虚幻的。

下丘脑帮助维持很多机体功能的重要状态，比如冷了会不由自主打冷颤，饿了产生饥饿感。还是例如性行为和攻击行为等本能社会行为的关键控制者。为了生存和繁衍，下丘脑可是煞费苦心···

聊完了前脑，再来聊聊小脑。小脑在感觉感知、协调性，和运动控制中扮演重要角色。它不会主动发起动作，但会接收来自脊髓感觉系统和其他脑区的讯号，影响运动协调、精确度和准确的时机控制。由于小脑的功能是“微调”运动技能，所以小脑的损伤不会带来诸如瘫痪的严重症状，但是会导致精细动作技能、平衡能力、姿势和动作学习方面的症状。

小脑还有一个很有意思的功能是「从“总和”知觉中扣除“期望的”知觉，从而改变感觉方式」。什么意思呢？我们都知道一个人不能够挠自己痒痒。那为什么别人挠你痒痒，你的感觉就很强烈呢？这时就该请我们的研究人员上场了。他们让受试者把头部放在一台机器中（该机器可以检测成像大脑的活动部位和强度），然后挠他们痒痒。他们发现，与触觉相关的称为感觉皮层的大脑区域活动很强烈，小脑则没有明显的活动。当要求受试者在相同部位挠自己痒痒时，发现小脑有一处活动增强，而感觉皮层活动减弱了。这说明小脑预测「期望的」知觉，并发送编码信号抑制了感觉皮层。就好像要期末考试了，你跟老爸说，平时没好好学习，所以分数极有可能不太理想，这样当拿着最终的考试分数让老爸签字时，会在预期之内。

脑干由中脑、脑桥和延髓组成，负责调节复杂的反射活动，包括调节呼吸作用、心跳、血压等，对维持机体生命有重要意义。它就是那个全年无休 007 工作的员工，它要是出了问题，就是大问题了。所以也有人把脑干、小脑和基底核合称为「爬行脑」，也就是最原始的脑（保障生存和繁衍）。

边缘系统包含了很多的部位，它的主要部分环绕大脑两半球内侧形成一个闭合的环（这个环也不边缘啊···）。

既然有这么多组成部分，它的功能应该也不会弱。其中比较重要的是「影响、产生情绪」，还有「参与学习和记忆活动」。

海马是学习和记忆的通道，损伤海马可使学习能力明显下降，近期记忆丧失，但不影响远期（长期）记忆。

为海马的研究做出突出贡献的是一位名叫 亨利·莫莱森 的同学。他每天都看同一本书，因为对他来说这就是本新书。之前为了治疗癫痫，被移除了海马，结果出现了记忆问题，主治医生觉得这是一个很好的研究机会，于是就对他进行了长达 50 年的互动，一步步揭开了海马的神秘面纱。他有如下几个表现：

1. 虽然亨利不能再记得日常生活里的任何事情，却依然可以唤起自己童年时形成的回忆。
2. 对眼前任何事件的记忆都只能持续几分钟甚至更短的时间，一旦注意力转移，立刻就忘掉先前的那件事。
3. 瞬时记忆没问题，可以记住停留一阵又消失的数字，只要数字在 7 个之内。
4. 让他完成需要练习才能习得的偏复杂技能，只要时间足够长，一样可以流畅地完成。

所以海马是构建记忆的一个通道，但不会把记忆都存在那里，等到一定时间之后会被转移（大概需要一年甚至更长）。如果记不住东西，学习的效率自然也会大打折扣。

为什么那些需要练习的偏复杂技能，还是可以习得呢？因为这个过程（非陈述式记忆）更多地发生在基底核中，还记得基底核是一个程序员么？只要练习地够多，它就能写出一套套的程序出来，然后就可以自动运行了。

记忆就像是在一大片橡胶地上踩出来的一条条路。那些踩得不够深的路，由于橡胶的弹性会慢慢消失，但即使踩得够深，如果没有其他的路跟它连接，从「路」的角度看，它的价值也不是很大。我们通常会有这样的体验，在适度的紧张、压力下，记忆的效果会更好，这就好比让橡胶变软一点，方便踩下去的时候留下印记。

对记忆来说，还有很重要的一块是提取，而感官就是极好的提取器，就像在一条条路上放置着醒目的路标。比如听到谢霆锋的歌时，就会想起初中的生活，听到周杰伦的歌时会想起高中生活（是不是暴露了什么···）。味觉、触觉也有类似的功能。

杏仁核是情感处理中枢，在恐惧和攻击行为中扮演角色。它接受两方面信息，一是皮层中处理过的感觉信息，另一个是自主产生的对抗或逃跑反应（如流汗、心跳加速），后者是有下丘脑和脑干介入的。它附着在海马的末端，是产生情绪，识别情绪和调节情绪，控制学习和记忆的脑部组织。

杏仁核和海马住得这么近，它对学习和记忆有着重要作用也在情理之中。上面说到适度的紧张对记忆会有帮助，这个紧张的发生场所就是杏仁核。那些具有情绪意义的刺激会引起杏仁核电活动的强烈反应，并形成长期的痕迹储存于脑中。比如自己写的 bug，造成了严重的线上事故时，那天的种种场景一定会记得格外清楚。

脑确实极为复杂（虽然不一定高效），对它多一点了解，对于理解和调整自己都会有帮助。当科技以第七王国的身份参与到进化时，尤其需要注重对前额叶的使用，一方面层出不穷的「去思考化」产品会不断勾引你，另一方面越来越聪明能干的机器会挑战你的价值，唯有在科技的河流中逆流而上才能赢得进化游戏。

本文主要参考了以下书籍：

• 进化的大脑
• 神经科学·探索脑
• 神经的逻辑