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①華盛頓國家歷史博物館展出的人類基因組女性模特。
②用艾倫研究所的大腦資源管理器軟件制作的可視化虛擬纖維束成像——來自不同大腦皮層區(qū)域的皮層連接物3D效果圖。
?、鬯固垢４髮W開發(fā)的光遺傳學工具技術(shù)——在老鼠大腦中植入纖維和光敏分子。
?、艽笫竽X星形膠質(zhì)細胞染色細胞。
?、菰谝暰W(wǎng)膜定位的電極陣列。
科學家、作家里奧·沃特森說過：“如果大腦像我們理解的那么簡單，人類會不可思議的簡單，但這是不可能的?！?/p>
混沌的數(shù)以億計的電脈沖神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)困擾了科學家?guī)讉€世紀，然而，在過去10年中，我們對這個神秘的器官有著爆炸性的理解，診斷技術(shù)和分子生物學技術(shù)的驚人進步，已經(jīng)向人們展示了大腦的復雜性，而科學家剛剛開始分析，它們是如何轉(zhuǎn)化成日常行為甚至疾病的。
“我真的為五年前退休的人感到遺憾?！奔永Ｄ醽喆髮W舊金山分校的神經(jīng)學家米歇爾·史崔克感嘆道，“神經(jīng)科學現(xiàn)在已經(jīng)與之前完全不同了?！?/p>
在此次十周年紀念活動中，《科學美國人》“思維頻道”回顧、梳理了十項大腦研究領(lǐng)域的重大成就及各自的意義和貢獻。
1.神經(jīng)遺傳學
診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病僅僅開始于20年前，醫(yī)生需要進行昂貴的或者侵入性的治療程序，比如腦部掃描、脊椎穿刺或者活組織檢查等。有遺傳性疾病的兒童的父母經(jīng)常擔心，下一個孩子是否也會有相同的遺傳異常。
如今，許多這樣的評估包括選擇退化疾病、癲癇癥和運動障礙等，都可以用快速簡便的血液測試進行診斷。這些評估得益于人類基因組計劃（Human Genome Project），該計劃在2001年完成基因測序并繪制了人類基因圖譜，測序技術(shù)允許科學家?guī)椭娞嵘龑ι窠?jīng)和精神疾病遺傳途徑的理解。
雖然另外一些研究尚未取得診斷性測試結(jié)果，但仍為繼續(xù)解決幾個面臨挑戰(zhàn)的領(lǐng)域創(chuàng)造了良好的氛圍。科學家已經(jīng)開始反觀存在于精神分裂疾病、阿爾茨海默病、抑郁癥和自閉癥患者血液中的少數(shù)基因物質(zhì)。
對一系列與疾病有關(guān)聯(lián)的基因的迅速鑒別，在未來將有助于我們轉(zhuǎn)變確認和治療大腦功能紊亂的方法。
2.大腦地圖
慈善家保羅·艾倫聚集了一批專家，他們在本世紀初懷揣著同一個崇高目標——理解人類的大腦是如何工作的。在已完成的人類基因組計劃的基礎(chǔ)上，他們于2003年成立了艾倫腦科學研究所，總部設(shè)在西雅圖。
該組織開始繪制老鼠大腦中的區(qū)域基因活性，并將結(jié)果匯集到在線數(shù)據(jù)庫或在線圖譜，現(xiàn)在，他們的數(shù)據(jù)中還包括人類和非人類靈長類動物的數(shù)據(jù)結(jié)果。免費的、全面的基因活性圖譜能幫助研究者驅(qū)動小鼠表達出特定細胞類型，或發(fā)現(xiàn)與某些疾病或行為相關(guān)的基因。
目前，該研究所繼續(xù)建設(shè)圖譜，近期啟動了一個十年計劃，該計劃不僅能檢驗特殊基因表達活性的位置，還能測試那些基因回路如何將大量信息流加工后輸入大腦。
美國總統(tǒng)奧巴馬宣布的“白宮大腦計劃”的主要參與者國家健康研究中心剛剛獲得了一個8700萬美元的項目經(jīng)費投入，用于研究老鼠和人類大腦數(shù)以兆億次的神經(jīng)連接。該計劃的最終目標是改進我們處理大腦疾病和功能紊亂的方法。
3.可塑的大腦
長久以來，科學家認為成人的大腦是一個相對靜態(tài)的器官；大約15年前，他們認為大腦在嬰兒期和兒童期是高度可塑的但此后難以改變了。盡管大腦在生命早期是最可塑的，“但這十年的真正新意在于，對成人可塑性的大范圍鑒識、認知和探索?！笔反蘅苏f。
一個叫做“動動腦”的公司發(fā)明了大腦訓練軟件，像“任天堂游戲公司”出品的“大腦柔性訓練補習班”等熱門游戲已經(jīng)滲透到流行文化中。歐普拉雜志如今也在給出如何“提升”你的大腦并讓它“更聰明”的問題上給出提示。
美國國家衛(wèi)生研究院的資深研究員R·道格拉斯·菲爾茨，將之歸功于更好的成像技術(shù)的出現(xiàn)，以及標記細胞使其發(fā)出熒光的新方法，這兩項技術(shù)讓觀察學習新信息時的大腦成為可能?！罢悄芸吹綄嶒瀯游锎竽X內(nèi)部細胞運行和活動的這種能力，揭示了可塑性的機制機理。”他說。
4.知道我們的位置
科學家一直在尋找我們與生俱來的從一個地方到另一個地方的導航能力。1971年英國倫敦大學的約翰·奧基夫邁出了破譯它的第一步——他發(fā)現(xiàn)當動物在一個特定位置時，一種“位置細胞”神經(jīng)元能發(fā)光。這種細胞位于海馬區(qū)，這一區(qū)域是大腦儲存記憶的重要位置，看起來解釋了我們的空間推理能力。
2005年，來自挪威大學科技學院的科學家夫婦梅-布里特和愛德華·莫澤增加了一項新的發(fā)現(xiàn)：在附近的內(nèi)嗅皮層存在的“網(wǎng)格細胞”。當嚙齒動物在一個盒子周圍運動的時候，通過檢測個體腦細胞的電活動，他們確定了有一種網(wǎng)格狀模式存在的細胞類別，能夠跟蹤動物的新位置。這種“網(wǎng)格細胞”與“位置細胞”共同作用，能告訴動物它們位于何處。
“這個發(fā)現(xiàn)是單個大腦活動記錄歷史上，最為顯著的成就?！痹?007年為一篇科學美國人思維頻道撰寫文章時，德克薩斯大學醫(yī)學院神經(jīng)生物學教授詹姆斯·尼里姆這樣寫道。
上述三位科學家在今年10月份榮獲2014年度生理或醫(yī)學諾貝爾獎。
5.關(guān)于記憶的趣事
大腦最神秘之處在于，我們一直無法確定究竟什么是記憶，也就是說，神經(jīng)回路究竟如何儲存一個特定往事。在過去的十年中，我們獲知了有關(guān)記憶局限的很多知識。
紐約大學神經(jīng)科學中心的神經(jīng)學家安迪·芬頓說，記憶并不像紙上墨水那樣被寫進我們的大腦，想象一下，它們像被刻進黏土那樣，每次再提取這個記憶，正如你要撿起這個黏土板卻用手指碰到了它的表面一樣，有些信息會變得模糊起來。
更進一步，我們的意識設(shè)置和個人情感，能夠影響到我們重視并記住的往事。科學家正在擺弄一些實驗用的化學物品，一旦注射，能干擾記憶形成的蛋白質(zhì)并清除特定的不良感受，比如癮君子對毒品的渴望。
研究人員甚至已經(jīng)能夠戲弄老鼠，使其形成完全錯誤的記憶。記憶的形成和回憶是一個不斷發(fā)展的、積極的和可塑的過程，很多不同的大腦區(qū)域共同工作，科學家剛開始將他們綜合研究，研究它們究竟是如何拼湊成如此精密機器的。
6.治療方法的進展
一連串針對意識—身體連接的治療技術(shù)在過去十年得到關(guān)注。特別值得注意的是認知行為療法（CBT），這種談話治療能檢驗一個人的想法和感受如何影響行為，然后介紹一些阻止不良想法的策略。
馬里蘭大學臨床心理學家瑪麗·阿佛德說，認知行為療法最初在上世紀六七十年代出現(xiàn)的時候，通常主要用來治療恐懼癥和焦慮癥。從那之后的十年中，認知行為療法被擴展到更廣泛的嚴重疾病。2012年對100個研究進行的數(shù)據(jù)分析報告發(fā)現(xiàn)，認知行為療法不僅對焦慮癥達到科學合理的戰(zhàn)略治療，還能應對貪食癥、憤怒、壓力和心理疾病導致的疼痛。
另一些行為治療術(shù)在人群中頗為流行，包括鼓勵參與者與當下時空和諧相處正念冥想療法，以及辯證行為療法等。后者的治療方法是在認知行為療法基礎(chǔ)上發(fā)展而來，并針對嚴重精神健康問題比如自殺想法等加入了新的策略，重點強調(diào)情緒的調(diào)節(jié)。
阿佛德希望那些治療方案有一天會與藥品同樣有效，“藥品可不會改變你的生活方式或者教你更好地與其他人相處?！卑⒎鸬抡f，“這些治療方法是一種更具正能量，他們能給人們希望。”
7.光遺傳學技術(shù)的撬動
當斯坦福科學家在2005年展示了一項能用光控制單個神經(jīng)元開關(guān)的技術(shù)時，所有人都被震驚了?！斑@顛覆了一切?！笔反蘅苏f。
在光遺傳學標準以前，激活和沉默神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法比較粗糙?！澳悴⒉恢滥阍诖碳つ男┘毎！彼忉屨f。比如說，為了探測究竟哪些特定系列的神經(jīng)幫助老鼠在迷宮中導航，科學家在大腦組織中插入電極片，并同時刺激數(shù)以千計的神經(jīng)元。
現(xiàn)在科學家能夠?qū)⒐饷舴肿尤胩囟ǖ拇竽X細胞，來控制那些被選出來的神經(jīng)類型或網(wǎng)絡(luò)。閃亮的光能讓那些神經(jīng)元或多或少地活動，并能標示它們在行為或疾病中的特殊作用。
光學遺傳學的發(fā)明者之一艾德·博伊登在今年11月《科學美國人》思維頻道的一篇文章中介紹，世界范圍內(nèi)的神經(jīng)科學實驗室如今都在使用這一技術(shù)，“在過去的十年中，數(shù)以百計的研究組都用光遺傳學技術(shù)來探索不同的神經(jīng)元如何對行為、感知和認知產(chǎn)生作用?！?/p>
8.膠質(zhì)細胞的新角色
膠質(zhì)細胞的口碑不佳。它們并不像神經(jīng)元那樣傳遞電信號，一個世紀以來科學家忽略了大量存在的這類大腦細胞，只將它們當作維護日常工作的包裹物質(zhì)來對待。
“與讓人興奮的神經(jīng)元相比，它們被認為是不重要和枯燥乏味的。”美國國家衛(wèi)生研究院的菲爾茨說。
然而，新的成像方法最終為科學家進一步探索這些大腦細胞創(chuàng)造了機會，他們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)膠質(zhì)對于包括記憶和學習能力在內(nèi)的大腦核心功能起到了關(guān)鍵作用。
“這是一個新的前沿陣地。它們與神經(jīng)元截然不同，甚至更加復雜和多樣?！彼f，“它們與神經(jīng)元作用不同的這一事實，意味著我們需要進一步理解它們?！?/p>
9.神經(jīng)植入裝置
當損傷、疾病或中風損傷了大腦的重要組成部分，神經(jīng)植入可能成為重置丟失功能的唯一選擇。上世紀八十年代，人工耳蝸裝置的植入成功，第一次讓大腦植入裝置獲得了更廣泛的使用。
在過去的十年中，它們的質(zhì)量因為半導體技術(shù)的發(fā)展得到了極大程度的提升，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的生物工程中心主任塞丁德帕爾·班奴說。
現(xiàn)在，一個視網(wǎng)膜植入工程承諾，要像人工耳蝸植入為數(shù)百萬人帶去聽力那樣，為人類帶來視覺享受。2011年第一個人工視網(wǎng)膜警惕植入通過了臨床試驗，并于2013年上市，為退行性眼病患者帶來福音。
其他的植入治療，比如深腦刺激和迷走神經(jīng)刺激術(shù)等，為其他頑固性大腦障礙如帕金森和癲癇的病人帶來希望。最近研究者探索將這些技術(shù)應用于重癥抑郁癥、強迫性神經(jīng)官能癥、成癮痛苦治療中。
目前，神經(jīng)植入能改變大腦目標區(qū)域的電活動，班奴預測它的未來版本也會釋放化學物質(zhì)來解決失衡導致的抑郁癥等疾病。
10.決策制定
作出選擇可能是一個包含焦慮在內(nèi)的努力過程。有些時候，簡單的比如早晨起來選擇穿什么衣服的行為都會讓一個人陷入困境。在過去的十年中，很多書籍和數(shù)以百計的研究文章試圖弄清影響我們作出決定的因素，但是到目前為止，還沒有比心理學家和諾貝爾獎得主丹尼爾·卡尼曼2011年發(fā)表的《快思慢想》更有影響力。
他通過數(shù)十年對認知偏差的工作，總結(jié)并推廣了這樣一個概念——人類的大腦在確定行動方針時具有兩種不同的工作機制：自動的、無意識的思考方式被稱作“系統(tǒng)1”，另一個更深思熟慮的方式被稱為“系統(tǒng)2”。系統(tǒng)1能像從超速行駛的摩托車上跳出來那樣快速反應，而系統(tǒng)2則幫我們解決復雜的數(shù)學或倒數(shù)字母表那樣的問題。
通過提醒我們關(guān)注大腦的優(yōu)勢和劣勢，卡尼曼幫助讀者避開常見錯誤并做出更好的選擇。審閱者葛蘭·達庫珀在《每日電訊報》評價這本書：“這本書銷售逾百萬冊，被奉為社會學思想的‘名著’和‘里程碑’書籍，卡尼曼本人被尊為‘最具影響力的在世心理學家’?！?/p>
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