昨天，我們?nèi)W(wǎng)首發(fā)了Tim Urban所撰寫的，關(guān)于馬斯克新公司Neuralink的科普文章的第一部分。

不過，那僅僅是個(gè)開胃湯，真正的熱菜還沒端上桌。

今天，我們也還不打算上熱菜，而是來一個(gè)餐前小涼菜，挑動(dòng)您的味蕾，激起您對(duì)熱菜的無限期待。

是的，昨天，我們來了一場(chǎng)時(shí)間軸上的旅行，從最早的原始生物到復(fù)雜的人類系統(tǒng)，給出了一副神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何一步步發(fā)展壯大的全景圖。

今天，我們將抓住人類的大腦不放，帶您深入這個(gè)旅行終點(diǎn)站，一覽其中的神奇之處。

準(zhǔn)備好了嗎？那就讓我們鉆進(jìn)大腦，在導(dǎo)游的帶領(lǐng)下，用全新的視角，來真正搞懂它。這是一場(chǎng)對(duì)大腦的認(rèn)知的飛躍，相信我。

以下為馬斯克《Neuralink》系列文章編譯的第二篇，Enjoy!

作者 | Tim Urban

編譯 | AI100

這張圖片總是會(huì)讓我想起，為什么我會(huì)喜歡研究看上去這么舒服、可愛的大腦：

因?yàn)檎嬲拇竽X很不可愛，看上去令人很不舒服。人們會(huì)覺得很惡心。

但是，我已經(jīng)在過去的一個(gè)月被油光發(fā)亮、略帶漿汁、充滿著血管的谷歌圖片環(huán)繞著，現(xiàn)在你也不得不忍受這一切。所以還是來適應(yīng)吧。

現(xiàn)在讓我們從最外面開始。我想要說的一點(diǎn)就是，生物學(xué)某些時(shí)候是令人滿意的，而且大腦也有一些令人滿足的事情發(fā)生。首先就是在你的頭部有著一整套真正的俄羅斯套娃。

最外層的是頭發(fā)，頭發(fā)下面的是頭皮，你認(rèn)為下面緊挨著的就是顱骨——但是事實(shí)上在頭皮和顱骨枝間還有19層不同的內(nèi)容：

皮膚 皮下組織 帽狀腱膜和枕額肌 蜂巢組織 顱骨膜 顱骨

接下來，在顱骨和大腦之間，還有這些東西：

硬腦膜 蛛網(wǎng)膜 蛛網(wǎng)膜小梁 軟腦膜 膠質(zhì)界膜 血管 血管周圍間隙

在顱骨下面，你的大腦總共有三層膜：

從外向內(nèi)，第一層就是硬腦膜（dura mater，拉丁文原意是“hard mother”），一層兼顧、凹凸不平而且防水的膜。硬腦膜和顱骨齊平。我之前曾經(jīng)聽說大腦沒有疼痛感知的區(qū)域，而這個(gè)區(qū)域位于硬腦膜上——敏感程度就像是臉上的皮膚一樣——對(duì)于硬腦膜的壓力或者內(nèi)部的挫傷往往會(huì)引起人們劇烈的頭痛。

接下來下面的一層就是蛛網(wǎng)膜（arachnoid mater，原意是spider mother），一層皮膚下面就是這些看上去彈性十足的纖維。我經(jīng)常覺得我的大腦就是在我的頭部的某種液體之中四處漂浮，但是事實(shí)上，在大腦外部和顱骨內(nèi)部的唯一空間就是這一層蛛網(wǎng)膜。這些纖維把大腦固定在一個(gè)位置上，使它不能移動(dòng)太多，而且當(dāng)頭部受到撞擊時(shí)，他們可以吸收震動(dòng)。這個(gè)區(qū)域之中充滿了脊髓液，使大腦幾乎可以漂浮，因?yàn)檫@種液體的密度和水十分相似。

最下面的一層就是軟腦膜（pia mater，原意是soft mother），包裹在大腦周圍的一層精巧的、易碎的膜。你知道為什么當(dāng)你看到一個(gè)大腦時(shí)，它總是被黏乎乎的層層血管包圍嗎？這些血管其實(shí)并不是位于大腦的表面，而是嵌于軟腦膜之中。（對(duì)于那些不會(huì)覺得惡心的人來說，這里有一位教授從人腦上剝下軟腦膜的視頻。）

這里展示的是一個(gè)全貌，使用的可能是豬的頭部作為演示：

從左到右分別是皮膚（粉色部分），兩層頭皮，然后是顱骨，接著是硬腦膜、蛛網(wǎng)膜，在最右邊可以看到的是被軟腦膜包裹的大腦。

當(dāng)我們把每一層剝開之后，剩下的就是這個(gè)了：

這個(gè)看起來十分滑稽可笑的東西是到目前為止宇宙上已知的最為復(fù)雜的東西——它擁有著三磅的重量，用神經(jīng)工程師Tim Hanson的話來說，就是“信息最集中、成組織而且自身架構(gòu)最完整的東西之一”。而這所有的東西只消耗20瓦特的能量（而同樣強(qiáng)大的計(jì)算基要消耗2400萬瓦特）。

麻省理工學(xué)院的教授Polina Anikeeva把它叫做“可以用勺子取食的柔軟的布丁”。腦外科醫(yī)生Ben Rapoport的描述更加科學(xué)，就好像是“在布丁和凝膠枝間的某種狀態(tài)。”他解釋道，如果你在桌子上放置一個(gè)大腦的話，重力會(huì)使它失去形狀，然后變扁，有點(diǎn)像水母一樣。我們一般并沒有認(rèn)為大腦會(huì)這么容易變形，因?yàn)樗话愣际窃谝后w中懸浮。

但是這就是我們的樣子。當(dāng)你照鏡子的時(shí)候，你看到鏡子中的身體和臉就會(huì)認(rèn)為那是你——但是事實(shí)上那是你在乘坐的機(jī)器。你真正的樣子就是一個(gè)有著奇怪形狀的果凍球。我希望這個(gè)解釋可以接受。

就算它看上去很奇怪，你也不能真的指責(zé)亞里士多德，或者古埃及人或者其它人，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為大腦只是一些毫無意義的“頭上的東西”（亞里士多德認(rèn)為心臟是智慧的中心）。慢慢地，人們加深了對(duì)大腦的理解。但是只是一點(diǎn)點(diǎn)。

Krishna Shenoy教授把我們對(duì)于大腦的理解比作是人們?cè)谑兰o(jì)初對(duì)世界的理解。另一位教授，Jeff Lichtman則更加嚴(yán)厲。他在開始講課的時(shí)候問了學(xué)生們這樣的一個(gè)問題：“如果對(duì)于大腦的全部理解是一英里的距離的話，那么我們?cè)谶@一英里上已經(jīng)走了多遠(yuǎn)呢？”他或?qū)W生們給出的答案是四分之三、一半、四分之一等等——但是他認(rèn)為真正的答案是“大概三英寸”。

另一位教授，神經(jīng)科學(xué)家Moran Cerf，和我分享了神經(jīng)科學(xué)的一句老話，指出為什么想要了解大腦依然是任重道遠(yuǎn)的：“如果人類的大腦如此簡(jiǎn)單，我們可以輕而易舉地理解的話，人類也將會(huì)變得十分簡(jiǎn)單，但是我們并非如此?！?/p>

可能在我們正在建造的知識(shí)的巴別塔的幫助下，我們可以在某種程度上更了解大腦。但是對(duì)于現(xiàn)在來說，讓我們從全貌開始，一點(diǎn)點(diǎn)了解我們頭部中的這個(gè)“水母”吧。

大腦，縮小

讓我們看一下大腦半球的各個(gè)部分。下圖就是大腦在頭部之中的樣子：

現(xiàn)在讓我們把大腦從頭部中拿出來，然后去掉左半球，這樣可以讓我們看得更清楚一點(diǎn)。

神經(jīng)學(xué)家保羅·麥克萊恩制作了一幅示意圖，展示了我們?cè)劦降囊粋€(gè)基本理念：在演化過程中中，首先是爬行動(dòng)物腦，然后在上面構(gòu)建了哺乳動(dòng)物腦，最終又在上面構(gòu)建了一層，我們便有了大腦的三部曲。

新哺乳動(dòng)物腦 古哺乳動(dòng)物腦（邊緣系統(tǒng)） 爬行動(dòng)物腦

在真實(shí)的大腦上就是這個(gè)樣子：

我們來看一看每一個(gè)部分：

腦干（和小腦）

這是我們的大腦中最古老的一部分：

中腦 腦橋 延髓 小腦

這就是我們大腦的橫截面，青蛙老板就住在那上面。實(shí)際上，青蛙的整個(gè)大腦很像我們大腦下邊的這一部分：

如果你能明白這些部分的功能，那么所謂他們很古老的說法就說得通了——這些部分能干的事，青蛙和蜥蜴也能干。下面是一些主要的部分：

延髓

延髓只想干一件事：不讓你死。它負(fù)責(zé)控制一些無意識(shí)的事物，干的都是些吃力不討好的活，比如控制你的心率、呼吸和血壓，還有當(dāng)它認(rèn)為你中毒時(shí)讓你嘔吐。

腦橋

腦橋的活兒就是干干這個(gè)，再干干那個(gè)。它掌管吞咽、膀胱的控制、面部表情、咀嚼、唾液、眼淚和坐姿——真的是想干什么就干什么。

中腦

中腦處理的事務(wù)比腦橋還雜得多。你知道，如果大腦的一個(gè)部分的功能全都已經(jīng)屬于另一個(gè)部分了，那么這個(gè)部分正處在一團(tuán)亂麻之中。對(duì)于中腦來說，它負(fù)責(zé)視覺、聽覺、運(yùn)動(dòng)控制、警覺、體溫控制和一大堆大腦里面別人也要干的事情。大腦的其他部分似乎對(duì)中腦也不很關(guān)心，鑒于人們?cè)斐隽艘粋€(gè)不公平的“前腦、中腦、后腦”的區(qū)分，故意地把中腦孤立起來，而別人都在外面閑逛。

中腦 前腦 后腦

關(guān)于腦橋和中腦，我得承認(rèn)，有一件事是他們倆干的：控制你的主動(dòng)眼動(dòng)，這確實(shí)是一件正經(jīng)事。所以如果你現(xiàn)在正晃著眼睛到處看，那么你就是在專門使用你的腦橋和中腦。

小腦

那個(gè)看起來有點(diǎn)奇怪、就像是你大腦的陰囊一樣的東西，就是你的小腦（即“小的腦子little brain”的拉丁語(yǔ)），他保證你保持平衡、協(xié)調(diào)和正常移動(dòng)。這里又是那位很棒的教授在給你展示一個(gè)真的小腦是什么樣子。

邊緣系統(tǒng)

在腦干之上是邊緣系統(tǒng)——那個(gè)讓人類發(fā)瘋的大腦部分。

丘腦 海馬體 下丘腦 杏仁體 腦垂體

邊緣系統(tǒng)是一種生存系統(tǒng)。一個(gè)不錯(cuò)的經(jīng)驗(yàn)法則是，無論何時(shí)你在做一些你的狗也會(huì)做的事——吃、和、做愛、打架、藏起來或是從嚇人的東西跑開——可能是你的邊緣系統(tǒng)在控制著你。不管你有沒有感覺到，只要你在做這類事情，你就處在原始的生存模式中。

你的情緒也處于邊緣系統(tǒng)中，況且話說回來，情緒也都是為了生存——它們是更為先進(jìn)的生存機(jī)制，對(duì)生活在復(fù)雜社會(huì)結(jié)構(gòu)中的生物來說是很有必要的。

在其他帖子里，當(dāng)我提到你的暫時(shí)滿足的猴子，你的社會(huì)生存的猛犸象，和所有你的其他動(dòng)物——我通常是在說你的邊緣系統(tǒng)。每當(dāng)你的腦子里在進(jìn)行一場(chǎng)心理斗爭(zhēng)時(shí)，很可能就是你的邊緣系統(tǒng)在刺激你去做一些你隨后會(huì)后悔的事情。

我十分確定，征服你的邊緣系統(tǒng)就是所謂的成熟，也是人類掙扎的核心。這并不是說沒有邊緣系統(tǒng)就好了——我們?nèi)祟愔疄槿祟?，一半要靠邊緣系統(tǒng)，而且生命中的大多數(shù)快樂都與情緒和/或動(dòng)物性需求的滿足有關(guān)——只是說，你的邊緣系統(tǒng)并不明白你生活在文明之中，如果太過放任它來掌管你的生活，那他很快就會(huì)毀了你的生活。

無論如何，讓我們來仔細(xì)觀察一下。邊緣系統(tǒng)里有很多細(xì)小的部分，但是我們別把這件事告訴那些大名人：

杏仁體

杏仁體是大腦結(jié)構(gòu)中的某種情緒性事故。它負(fù)責(zé)焦慮、悲傷和我們對(duì)恐懼的反應(yīng)。有兩個(gè)杏仁體，而且奇怪的是左邊的杏仁體表明是更加均衡的，除了提供焦慮情緒之外，有時(shí)還會(huì)提供一些快樂的感覺，然而右邊的那個(gè)心情一直都不太好。

海馬體

你的海馬體（“海馬seahorse”的希臘語(yǔ)，因?yàn)樗雌饋硐窈ｑR）就像是一塊記憶的草圖板。當(dāng)老鼠在迷宮里開始記住方向的時(shí)候，記憶就在它們的海馬體里被編碼——這種說法相當(dāng)確切。在迷宮的不同部分，老鼠的兩個(gè)海馬體中發(fā)射信號(hào)的部分也會(huì)不同，因?yàn)槊詫m的不同部分被儲(chǔ)存在海馬體中的不同部分里。但是如果學(xué)會(huì)了一個(gè)迷宮之后，老鼠又被安排了其他任務(wù)，一年之后再被帶回到原來的迷宮里，它會(huì)很難記住它，因?yàn)楹ｑR體草圖板上的記憶已經(jīng)差不多被抹掉了，這樣才能給新記憶留出地方。

電影《記憶碎片》中的情景是真實(shí)的——順行性失憶癥——它是由海馬體損傷所引發(fā)。阿茲海默癥在擴(kuò)散到大腦許多部分之前，先出現(xiàn)在海馬體中，這就是為什么這種疾病在產(chǎn)生大量破壞性影響之前，會(huì)先導(dǎo)致失憶。

丘腦

丘腦在大腦的中心位置，它就像是感覺的經(jīng)銷商，從你的感覺器官那里接收一些信息，再把它們傳送給大腦皮層進(jìn)行處理。當(dāng)你睡覺的時(shí)候，丘腦和你一起入睡，也就是說感覺的經(jīng)銷商下班了。這就是為什么在深度睡眠中，一些聲音、光亮和觸碰常常并不能把你叫醒。如果你想叫醒一個(gè)深度睡眠中的人，你必須十分強(qiáng)硬，才能把丘腦叫醒。

你的嗅覺是個(gè)例外，它是一種繞過了丘腦的感覺。這就是為什么聞聞鹽的味道可以把人從昏迷中喚醒。我們既然在這兒，給你一條冷知識(shí)：嗅覺是 嗅球的功能，而且是感覺中最古老的一種。不像其他感覺，嗅覺處在邊緣系統(tǒng)的深處，在那里它與杏仁體和海馬體密切合作——這就是嗅覺跟情緒和記憶的關(guān)系如此緊密的原因。

大腦皮層

終于，我們來到了大腦皮層。大腦皮層。新皮質(zhì)。端腦。皮質(zhì)層。

整個(gè)大腦里最重要的部分并不知道它叫什么名字。事情是這樣的：

藍(lán)盒子到底是個(gè)什么東西

端腦是大腦的一整塊巨大的上層/外層部分，但是嚴(yán)格地說它也包括一些內(nèi)層部分。

皮層在拉丁語(yǔ)中的意思是“樹皮”，并被用來表示許多器官的外層，并不只是大腦。小腦的外面是小腦皮層，端腦的外面是大腦皮層。只有哺乳動(dòng)物擁有大腦皮層。爬行動(dòng)物大腦中的對(duì)應(yīng)部分叫做皮質(zhì)層。

新皮質(zhì)一般可以與“大腦皮層”互換使用，但是專業(yè)上講，它是指大腦皮層的外層，這只在更加高級(jí)的哺乳動(dòng)物中發(fā)展出來。其他部分叫做舊皮質(zhì)。

在其他帖子中，我們說的主要是新皮質(zhì)，但是我們就叫它大腦皮層，因?yàn)檫@樣說大家都能接受。

大腦皮層差不多掌管所有事情——處理你所看到的、聽到的、感覺到的，以及謠言、運(yùn)動(dòng)、思考、計(jì)劃和個(gè)性。

它被分為四個(gè)葉：

前葉 頂葉 顳葉 枕葉

想要說清楚它們各自負(fù)責(zé)什么是不會(huì)令人滿意的，因?yàn)樗鼈兠總€(gè)都負(fù)責(zé)許多事情，互相之間又多有重疊，但是簡(jiǎn)化起來可以這樣說：

前葉負(fù)責(zé)你的個(gè)性，以及很多我們認(rèn)為是“思考”的事情——推理、計(jì)劃和執(zhí)行功能。特別地，你的思考中有很多就發(fā)生在前葉的前部被稱為前額葉皮質(zhì)的地方——你腦子里的成年人。前額葉皮質(zhì)就是你的一生中那些心理斗爭(zhēng)中的另一個(gè)角色。它是努力讓你做好你的工作的那個(gè)理性的決策者，是努力讓你不要擔(dān)心別人怎么想、只要做好你自己的那個(gè)可靠的聲音，是希望你不要為瑣事而焦急的那個(gè)高人。

如果這還不夠讓人擔(dān)心，那么前葉還掌管你的身體的運(yùn)動(dòng)。前葉上部的一條帶子是你的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)。

在其他的功能中，頂葉控制的是你的觸覺，尤其是初級(jí)軀體感覺皮層——一條緊鄰初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的帶子。

運(yùn)動(dòng)和軀體感覺皮層緊緊相鄰，而且它們很有趣，因?yàn)樗鼈兛梢员缓芎玫赜成?。神?jīng)科學(xué)家準(zhǔn)確地知道每條帶子的一個(gè)部分與身體的哪一個(gè)部分相連，這把我們帶到了本帖中最驚悚的一張圖片：人造人。

生殖器 腳趾 腳 腿 臀 軀干 頸 頭 肩 臂 肘 前臂 腕 手 小指 無名指 中指食指 拇指 眼 鼻 臉 上唇 唇 下唇 牙 牙齦 舌 腹腔內(nèi) 咽

生殖器 腳趾 腳踝 膝 臀 軀干 肩 肘 腕 手小指 無名指 中指 食指 拇指 頸 眉 眼皮和眼球 臉 唇 頜 舌 吞咽

這個(gè)人造人，由神經(jīng)外科醫(yī)生的先驅(qū)維爾德·潘菲爾德制造，在視覺上展示了運(yùn)動(dòng)和軀體感覺皮層是怎樣被映射的。示意圖中身體部分的圖片越大，大腦皮層中與運(yùn)動(dòng)或觸覺的專門聯(lián)系就越多。與此相關(guān)有幾件好玩的事情：

第一，令人驚異的是，你的大腦與臉和手相連的運(yùn)動(dòng)和感覺聯(lián)系要多于身體其他部分之和。這也不是說不通——你需要做出極為細(xì)微的面部表情，你的雙手也需要極為靈活，而你身體的其他部分——肩膀、膝蓋、后背——的運(yùn)動(dòng)和感覺可以粗糙得多。這就是為什么人們可以用手指來演奏鋼琴，用腳趾就不行。

第二，有意思的是，兩個(gè)皮層與身體間的專門聯(lián)系十分相似。我覺得這也能說得通，但是我從沒真正地想到過，那些你需要控制大量運(yùn)動(dòng)的身體部分，往往也需要最敏銳的觸覺。

最后，我遇到了這個(gè)貨，從那之后就一直生活在一起——現(xiàn)在你也得這么干了。一個(gè)3D人造人。

來，繼續(xù)——

顳葉是你的很多記憶居住的地方，并且它就在你耳朵的旁邊，所以它也是你的聽覺皮質(zhì)的所在。

最后，在你腦袋后部是你的枕葉，它差不多都與你的視覺相關(guān)。

有很長(zhǎng)一段時(shí)間，我以為這幾個(gè)主要的腦葉就是大腦的組塊——就像是整個(gè)3D結(jié)構(gòu)的幾個(gè)部分。但是實(shí)際上，大腦皮層只是大腦外層的兩毫米——也就是一個(gè)鎳幣那么厚——在那下面的肉質(zhì)大部分只是線路。

為什么大腦是一個(gè)皺紋這么多的藍(lán)盒子

正如我們已經(jīng)談過的，我們大腦的進(jìn)化靠的是向外構(gòu)建，在已有的模型的上面添加更新穎的、更精致的特征。但是向外構(gòu)建也有極限，因?yàn)槿祟愐ㄟ^陰道才能來到世界上，這就為我們的腦袋的大小扣了個(gè)帽子。

因此，進(jìn)化想出了新方法。由于大腦皮層很薄，其規(guī)模隨著表面積增加而改變——這就意味著通過制造出許多褶皺（包括在兩個(gè)半球之間兩側(cè)的向內(nèi)褶皺），你可以把大腦的表面積增加到原來的三倍多，而不用增加太多體積。當(dāng)大腦最初在子宮中發(fā)育時(shí)，它是光滑的——褶皺大部分都是在孕期的最后兩個(gè)月里形成的。

25天 35天 40天 50天 100天 5個(gè)月 6個(gè)月 7個(gè)月 8個(gè)月 9個(gè)月

褶皺的形成在這里有很好的解釋。

如果你能把大腦皮層取走，你會(huì)得到一張2毫米厚、面積有2000到2400cm2的薄片——規(guī)格大約是48cm x 48cm見方。一張餐巾紙。

這張餐巾紙就是你的大多數(shù)大腦活動(dòng)發(fā)生地方——這就是為什么你能思考、運(yùn)動(dòng)、感覺、看見、聽見、記憶和說出并理解一門語(yǔ)言。真是史上最好的餐巾紙。

還記得之前我說過你就是一個(gè)果凍球嗎？當(dāng)你想到你自己時(shí)，你想到的你——那實(shí)際上主要是你的大腦皮層。那意味著你實(shí)際上就是一張餐巾紙。

當(dāng)我們把另一個(gè)大腦放在被剝下來的大腦皮層上時(shí)，用褶皺來增加餐巾紙表面積的魔法就看得很清楚了：

與大腦的規(guī)模相比較的大腦皮層面積

展開的大腦皮層

因此，盡管并不是很完美，但是當(dāng)談到大腦時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)在宏觀上有了不錯(cuò)的理解。微觀上，我們的理解也不錯(cuò)。我們來一起看看。

大腦，放大

就算我們很早之前就已經(jīng)明白，我們的智力“坐”在大腦里，科學(xué)家們直到最近才搞清楚大腦是由什么構(gòu)成的。科學(xué)家們?cè)缇椭郎眢w由細(xì)胞構(gòu)成，但是直到19世紀(jì)末，意大利生理學(xué)家卡米洛·高爾基才搞清楚如何利用染色法觀察腦細(xì)胞到底長(zhǎng)什么樣子。結(jié)果出人意料：

細(xì)胞不應(yīng)該是這個(gè)樣子。高爾基發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元。

科學(xué)家很快就明白，神經(jīng)元，就是構(gòu)成幾乎所有動(dòng)物的大腦和和神經(jīng)系統(tǒng)的龐大通信網(wǎng)絡(luò)的核心單位。

但是，直到20世紀(jì)50年代，科學(xué)家們才弄清楚神經(jīng)元是怎樣互相通信的。

軸突是長(zhǎng)長(zhǎng)的一股攜帶著信息的神經(jīng)元，其直徑通常極為微小——小到最近科學(xué)家才能在上面做實(shí)驗(yàn)。但是在20世紀(jì)30年代，英國(guó)動(dòng)物學(xué)家J·Z·楊發(fā)現(xiàn)隨便一只魷魚就能改變我們所了解的一切，因?yàn)轸滛~的身體中有一條異常巨大的、可以在上面做實(shí)驗(yàn)的軸突。幾十年之后，利用魷魚的巨大軸突，科學(xué)家阿蘭·霍奇金和安德魯·赫胥黎終于搞清楚神經(jīng)元傳遞信息的方式：動(dòng)作電位。它是這樣工作的：

首先，有很多種不同的神經(jīng)元：

丘腦核團(tuán)細(xì)胞 紡錘形細(xì)胞 粒細(xì)胞 錐體細(xì)胞 雙錐體細(xì)胞 橄欖核神經(jīng)元 卵形細(xì)胞 浦肯雅細(xì)胞 三叉神經(jīng)束核大細(xì)胞 小膠質(zhì)細(xì)胞 豆?fàn)詈藲ず松窠?jīng)元 小網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 蒼白球細(xì)胞 大網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單起見，我們來看一看一種簡(jiǎn)單的、被說爛了的神經(jīng)元——錐體細(xì)胞，你可以在你的運(yùn)動(dòng)皮層里找到它。畫一個(gè)神經(jīng)元的示意圖，可以先畫一個(gè)人：

然后只要給他加上幾條腿、一些頭發(fā)，把胳膊去掉，再拉長(zhǎng)一點(diǎn)——就是一個(gè)神經(jīng)元了。

樹突（可能有幾百根，而且按照本圖的比例，它們可能有好幾米長(zhǎng)）

軸突（按照本圖的比例，這個(gè)可能實(shí)際上要有一公里長(zhǎng)）

胞體（神經(jīng)元的身體，細(xì)胞核就在這里）

軸突末梢（可能有好幾百個(gè)）

然后我們?cè)佼嫀讉€(gè)神經(jīng)元。

突觸

我不想馬上就完整、詳細(xì)地解釋動(dòng)作電位是怎樣工作的——這涉及到許多沒必要也很無聊的專業(yè)內(nèi)容，9年級(jí)的生物課上早就學(xué)過了——我想把可汗學(xué)院的說明性文章鏈接給想知道整個(gè)故事的人。我們來仔細(xì)看看跟我們的目標(biāo)相關(guān)的一些基本概念。

我們的小人的軀干——即神經(jīng)元的軸突——有一個(gè)負(fù)的“靜止電位”，也就是說，當(dāng)它靜止時(shí)，其電荷顯弱負(fù)性。無論何時(shí)，一大群人的腳總是在觸碰小人的頭發(fā)——即神經(jīng)元的樹突——不管他愿意不愿意。他們的腳把一些化學(xué)物質(zhì)滴到他的頭發(fā)上——即神經(jīng)遞質(zhì)——它會(huì)穿過他的頭（細(xì)胞的身體，或者叫做胞體），然后依據(jù)這種化學(xué)物質(zhì)，稍微提升或降低他身體中的電荷。這對(duì)于我們的神經(jīng)元男孩來說有點(diǎn)不太舒服，但也不是什么大問題——然后就沒什么別的事情了。

神經(jīng)遞質(zhì)

但是如果有足夠的化學(xué)物質(zhì)碰到他的頭發(fā)，使他的電荷提升到一定水平之上——即神經(jīng)元的“閾值電位”——那么就會(huì)引發(fā)動(dòng)作電位，然后小人就觸電了。

動(dòng)作電位

這種情況只有兩個(gè)值——要么小人身上什么都沒發(fā)生，要么他就結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)地觸了電。他不可能有一點(diǎn)兒觸電，也不可能觸過了頭——他要么就根本沒觸電，要么就每次觸電的程度都完全一樣。

一旦觸電發(fā)生，一個(gè)電脈沖（他身體中的常規(guī)電荷會(huì)短暫地從負(fù)電轉(zhuǎn)為正電，然后迅速地恢復(fù)為常規(guī)的負(fù)電）就會(huì)沿著他的身體（軸突）快速移動(dòng)到他的腳上——即神經(jīng)元的軸突末梢——它們又會(huì)去觸碰許多別人的頭發(fā)（接觸的位置成為突觸）。當(dāng)動(dòng)作電位到達(dá)他的腳上時(shí)，它會(huì)使他的腳把一些化學(xué)物質(zhì)釋放到它們觸碰的人的頭發(fā)上，這可能會(huì)也可能不會(huì)引起別人的觸電，就像他自己經(jīng)歷過的一樣。

這就是信息通過神經(jīng)系統(tǒng)而移動(dòng)的一般方式——在神經(jīng)元之間的微小間隙中傳遞的化學(xué)信號(hào)引發(fā)電信號(hào)通過神經(jīng)元——但是有時(shí)候，當(dāng)身體需要特比特別快速地傳遞一個(gè)信號(hào)的時(shí)候，神經(jīng)元向神經(jīng)元的連接可以自己通電。

動(dòng)作電位的移動(dòng)速度在每秒1到100米之間。這個(gè)區(qū)間這么大，部分是因?yàn)樯窠?jīng)系統(tǒng)中其他種類的細(xì)胞——許旺細(xì)胞——就像一位超愛照顧人的老奶奶，總是把一些種類的軸突包裹在好幾層脂肪層里，這種脂肪層叫做髓鞘。就像這樣（需要一秒鐘才能開始）：

周圍軸突上髓鞘的形成

除了有保護(hù)和絕緣的好處之外，髓鞘也是影響通信速度的一個(gè)主要因素——當(dāng)軸突上覆蓋了髓鞘時(shí)，動(dòng)作電位會(huì)移動(dòng)得快得多。

有一個(gè)很好的例子來展示髓鞘導(dǎo)致的速度差異：當(dāng)你腳底下絆了一跤，還沒感覺到疼的時(shí)候，你知不知道你的身體是怎樣給你一秒鐘的思考時(shí)間來讓你想想你剛剛做了什么，你又將會(huì)感覺到什么？實(shí)際上，你同時(shí)感覺到了你腳底下絆到了東西和刺痛，因?yàn)榇掏葱盘?hào)是通過覆蓋了髓鞘的軸突傳遞到大腦的。要花一兩秒才能感到鈍痛，因?yàn)殁g痛是通過沒有覆蓋髓鞘的“C纖維”傳導(dǎo)的，速度僅有約每秒1米。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)在一點(diǎn)上很像計(jì)算機(jī)晶體管——它們都用二進(jìn)制語(yǔ)言傳遞1（發(fā)放動(dòng)作電位）和0（不發(fā)放動(dòng)作電位）的信息。但是與計(jì)算機(jī)晶體管不同的是，大腦里的神經(jīng)無時(shí)無刻不在變化。

你知道為什么有時(shí)你學(xué)了一項(xiàng)新技能而且你干得還挺不錯(cuò)，然而第二天你又試了一下發(fā)現(xiàn)你還是不行？那是因?yàn)槟闱耙惶熘愿傻貌诲e(cuò)，是因?yàn)槟阏{(diào)節(jié)了或者集中了在神經(jīng)之間傳導(dǎo)信號(hào)的化學(xué)物質(zhì)的量。不停的重復(fù)會(huì)調(diào)節(jié)化學(xué)物質(zhì)，這能幫你做得更好，但是第二天化學(xué)物質(zhì)恢復(fù)到了常規(guī)水平，你的水平也跟著回去了。

但是如果你堅(jiān)持練習(xí)，你就會(huì)持久地擅長(zhǎng)某件事情。這是因?yàn)?，你已?jīng)告訴了你的大腦“這可不是什么一次性的事情”，然后大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就回應(yīng)以制造持久的結(jié)構(gòu)性變化。神經(jīng)改變了形狀和位置，并加強(qiáng)或減弱各種各樣的連接，這樣就建立了一個(gè)知道如何完成這項(xiàng)技能的路徑的硬線集。

神經(jīng)擁有改變其化學(xué)、結(jié)構(gòu)甚至功能的能力，這使你的大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以充分優(yōu)化自身以適應(yīng)外部世界——這種現(xiàn)象稱為神經(jīng)可塑性。嬰兒的大腦是最具有神經(jīng)可塑性的。當(dāng)嬰兒出生時(shí)，他的大腦根本不知道他需要適應(yīng)的人生是屬于一位需要專精劍術(shù)的中世紀(jì)武士，還是屬于一位需要精細(xì)的肌肉記憶以演奏大鍵琴的17世紀(jì)音樂家，亦或是一位需要存儲(chǔ)和管理海量信息并精通復(fù)雜的社會(huì)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代知識(shí)分子——但是嬰兒的大腦已經(jīng)準(zhǔn)備好改變它自己的形狀，以面對(duì)它已準(zhǔn)備好去面對(duì)的任何一種人生。

嬰兒是神經(jīng)可塑性的超級(jí)明星，但是我們一輩子都擁有神經(jīng)可塑性，這就是為什么人類可以成長(zhǎng)、改變并學(xué)習(xí)新東西。并且這也是為什么我們能夠形成新的習(xí)慣，打破舊的習(xí)慣——你的習(xí)慣反映了你大腦中現(xiàn)存的回路。如果你想改變你的習(xí)慣，你需要用意志力來凌駕你大腦中的神經(jīng)路徑，但是如果你堅(jiān)持的時(shí)間足夠長(zhǎng)，你的大腦最終會(huì)領(lǐng)會(huì)你的意思然后改變那些路徑，然后新的表現(xiàn)就不再需要意志力了。你的大腦會(huì)在生理上改變形狀，形成新的習(xí)慣。

總之，大腦中有大約1000億個(gè)神經(jīng)元，它們構(gòu)成了這個(gè)不可思議的巨型網(wǎng)絡(luò)——這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于銀河中恒星的數(shù)量，比世界人口的十倍還多。大約150—200億個(gè)神經(jīng)元存在于大腦皮層，其余的都在大腦的髓質(zhì)。（令人驚奇的是，隨便一個(gè)小腦擁有的神經(jīng)元數(shù)量都比大腦皮層的三倍還多）。

讓我們把鏡頭縮小回來，看看大腦的另一個(gè)橫截面——這一次不再?gòu)那巴笄衼砜匆粋€(gè)腦半球，而是從左往右切：

大腦物質(zhì)可以分成所謂的灰質(zhì)和白質(zhì)?；屹|(zhì)顏色上看起來更暗，由腦神經(jīng)元的細(xì)胞體、樹突叢和軸突構(gòu)成——還有許多其他物質(zhì)。白質(zhì)主要是線路——那些攜帶著信息從一些胞體傳送到另一些胞體或者到身體中的目的地軸突。白質(zhì)是白的，是因?yàn)槟切┹S突通常都覆蓋著像白色脂肪組織的髓鞘。

大腦中的灰質(zhì)有兩個(gè)主要區(qū)域——包括了邊緣系統(tǒng)和我們上文討論過的腦干的內(nèi)部集群，和包裹在外部的有一鎳幣厚的皮層。居于其中的大塊白質(zhì)主要由皮層神經(jīng)元的軸突構(gòu)成。皮層就像是一個(gè)指揮中心，它通過它下面的由大量軸突構(gòu)成的白質(zhì)來發(fā)號(hào)施令。

我所遇到的闡釋這一概念的最棒的插圖是由格雷格·A·唐恩博士和布里安·愛德華博士所做的一套藝術(shù)地再現(xiàn)了大腦結(jié)構(gòu)的精美圖集。

那些皮層神經(jīng)元可能正把信息帶向皮層中的另一處，帶向大腦中較低的一部分，或者正通過脊髓——神經(jīng)系統(tǒng)的高速公路——去向身體的其他部分。

我們來看看整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)：

大腦 脊髓 中樞神經(jīng)系統(tǒng) 神經(jīng)節(jié) 神經(jīng) 藍(lán)色=周圍神經(jīng)系統(tǒng)

神經(jīng)系統(tǒng)分為兩部分：中樞神經(jīng)系統(tǒng)——你的大腦和脊髓——和周圍神經(jīng)系統(tǒng)——由從脊髓放射到身體其他部分的神經(jīng)元構(gòu)成。

大多數(shù)神經(jīng)元都是中間神經(jīng)元——那些與其他神經(jīng)元通信的神經(jīng)元。當(dāng)你思考時(shí)，大量的中間神經(jīng)元正在互相討論。大腦包含的主要是中間神經(jīng)元。

其他兩種神經(jīng)元是感覺神經(jīng)元和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元——它們通向你的脊髓，構(gòu)成了周圍神經(jīng)系統(tǒng)。這些神經(jīng)元最長(zhǎng)可達(dá)一米。每個(gè)類型的典型結(jié)構(gòu)如下：

（a）多級(jí)中間神經(jīng)元 樹突 細(xì)胞體 軸突 軸突 軸突末梢

（b）運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元 樹突 細(xì)胞體 軸突丘 軸突 郎氏結(jié) 髓鞘 神經(jīng)-肌肉突觸 肌肉 軸突末梢

（c）感覺神經(jīng)元 感受細(xì)胞 周圍神經(jīng)支軸突 細(xì)胞體 軸突 中樞神經(jīng)支

還記得我們的兩條帶子？

運(yùn)動(dòng)皮層 軀體感覺皮層

這兩條帶子就是你的周圍神經(jīng)系統(tǒng)的源頭。感覺神經(jīng)元從你的軀體感覺皮層出發(fā)，穿過大腦白質(zhì)，通向脊髓（它只是一大捆軸突）。從脊髓出發(fā)，它們通向你全身各處。你的每一寸皮膚都連接著從軀體感覺皮層出發(fā)的神經(jīng)。順便說一下，一條神經(jīng)，就是用一小段線包起來的幾束軸突。這是一張神經(jīng)的示意圖：

神經(jīng)纖維束 神經(jīng)外膜 神經(jīng) 動(dòng)脈 脂肪細(xì)胞 靜脈

神經(jīng)就是用紫色圈出來的部分，其中四個(gè)大圈就是捆起來的許多軸突（這里是一張有幫助的卡通畫）。

如果一只蒼蠅落在了你的胳膊上，就會(huì)發(fā)生下面的事：

蒼蠅碰到了你的皮膚，刺激了一束感覺神經(jīng)元。神經(jīng)中的軸突末梢產(chǎn)生微小的痙攣并開始發(fā)放動(dòng)作電位，向大腦發(fā)送信號(hào)來告發(fā)這只蒼蠅。信號(hào)傳遞到了脊髓并到達(dá)軀體感覺皮層中的胞體。軀體感覺皮層輕輕敲了敲運(yùn)動(dòng)皮層的肩膀，告訴他“你胳膊上有一只蒼蠅，你得收拾收拾他（懶）”。你的運(yùn)動(dòng)皮層中那些連接著你胳膊上的肌肉的胞體接著開始發(fā)放動(dòng)作電位，把信號(hào)傳遞回脊髓，接著傳到胳膊上的肌肉。這些神經(jīng)元末端的軸突末梢刺激了你的臂肌，臂肌收縮以揮動(dòng)手臂來趕跑蒼蠅（此時(shí)這只蒼蠅已經(jīng)在你的胳膊上吐了），然后蒼蠅（它的神經(jīng)系統(tǒng)也來了這么一大圈）飛走了。

然后你的杏仁體檢查了一下，發(fā)現(xiàn)有個(gè)問題，然后它叫你的運(yùn)動(dòng)皮層尷尬地跳起來。要是那不是一只蒼蠅而是一只蜘蛛，它也會(huì)叫你的聲帶不由自主地大叫起來，丟盡你的臉面。

那么，現(xiàn)在看起來我們好像真的有點(diǎn)理解大腦了，是吧？但是，為什么那位教授提了那樣一個(gè)問題——如果你需要知道的所有關(guān)于大腦的事情有一英里長(zhǎng)，那我們已經(jīng)走了多遠(yuǎn)？——然后說答案是3英寸？

答案就在這里。

你是否知道，我們完全了解單獨(dú)一臺(tái)電腦是怎樣發(fā)電子郵件的，我們也完全理解互聯(lián)網(wǎng)的一些寬泛的概念，例如網(wǎng)上有多少人、哪些是最大的網(wǎng)站、有哪些主要的趨勢(shì)——但是所有中間的事情——互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)部運(yùn)行——人們依然搞不清楚？

你是否知道，經(jīng)濟(jì)學(xué)家能告訴你單獨(dú)一個(gè)消費(fèi)者發(fā)揮了什么作用，他們也能告訴你宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的主要概念和正在起作用的最重要的力量是什么——但是沒人能告訴你經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的所有細(xì)節(jié)，或者預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)在下一個(gè)月或下一年里會(huì)發(fā)生什么事？

大腦就像這些東西。我們有微觀的認(rèn)識(shí)——我們完全知道神經(jīng)元發(fā)射信號(hào)的方法。我們也有宏觀的認(rèn)識(shí)——我們知道大腦里有多少神經(jīng)元，知道主要的腦葉和結(jié)構(gòu)控制了什么，也知道整個(gè)系統(tǒng)消耗多少能量。但是那些中間的事情——那些關(guān)于大腦各部分的實(shí)際運(yùn)行情況的中間的事情？是的，我們還沒有看到。

想要知道我們到底有多困惑，就要去聽一位神經(jīng)學(xué)家講講我們理解得最好的那些大腦的部分。

例如視覺皮層。我們對(duì)視覺皮層理解得很好，是因?yàn)楹苋菀诪樗嬕粡垐D。

科學(xué)家保羅·梅羅拉對(duì)我說：

視覺皮層擁有很好的解剖學(xué)功能和結(jié)構(gòu)。當(dāng)你觀察它，你真的像是看到了一幅世界地圖。因此，當(dāng)你的視野中的某個(gè)東西存在于空間中的某一特定區(qū)域，你將會(huì)在皮層中看到一小塊色斑，它代表著那個(gè)空間中的區(qū)域，并會(huì)亮起來。并且隨著那個(gè)物體的移動(dòng)，相鄰的細(xì)胞會(huì)描繪出一幅地形圖。這就像是把真實(shí)世界的直角坐標(biāo)映射到視覺皮層中的極坐標(biāo)一樣。而且你真的可以從你的視網(wǎng)膜，經(jīng)過你的丘腦，追蹤到你的視覺皮層，然后你就會(huì)看到從空間中的一點(diǎn)到視覺皮層中的一點(diǎn)的真實(shí)映射。

到目前為止，沒有什么問題。但是他接著說道：

因此，如果你想要與視覺皮層的特定部分發(fā)生互動(dòng)，這種映射確實(shí)很有用。但是，視覺區(qū)域有很多，隨著你越來越深入到視覺皮層的內(nèi)部，事情就變得有些模糊，然后這幅地形圖開始崩潰?！竽X里盡是這種事情，視覺只是一個(gè)突出的例子。我們觀察世界，然后那里就是這樣一個(gè)3D的物理世界——就像你觀察一個(gè)杯子，你只看到一個(gè)杯子——但是你的眼睛看到的實(shí)際上只是一堆像素。當(dāng)你觀察視覺皮層時(shí)，你會(huì)看到那里有差不多20-40種不同的地圖。V1是第一個(gè)區(qū)域，那里它以那種方式追蹤很小的邊緣和顏色等等。還有別的區(qū)域在觀察更為復(fù)雜的對(duì)象，在你的大腦表層中你能看到有如此多種不同的視覺表現(xiàn)。而且所有那些信息都以某種方式在這個(gè)信息流中捆綁在一起，那種編碼方式使你以為你只是在看一個(gè)簡(jiǎn)單物體而已。

還有運(yùn)動(dòng)皮層，大腦中另一個(gè)我們理解得最好的部分，可能在粒度級(jí)別上比視覺皮層更難理解。因?yàn)楸M管知道在運(yùn)動(dòng)皮層中哪些寬泛的區(qū)域?qū)?yīng)著身體的哪些部分，可是在運(yùn)動(dòng)皮層的這些區(qū)域里還沒有在局部解剖中確定個(gè)體神經(jīng)元，而且它們共同引發(fā)身體運(yùn)動(dòng)特定方式還完全不清楚。保羅又說到：

大腦中手臂運(yùn)動(dòng)部分的神經(jīng)震顫有點(diǎn)不同——并非像是神經(jīng)會(huì)講英語(yǔ)然后說“動(dòng)起來”——它是一種電活動(dòng)的模式，在每個(gè)人那里都有一點(diǎn)不一樣?！阆胍軌驘o縫地理解那意味著“胳膊往這邊動(dòng)一動(dòng)”、“把胳膊往目標(biāo)那邊動(dòng)一下”、“把胳膊往左動(dòng)動(dòng)，抬起來，抓，用一定的力氣抓，用一定的速度伸出去”，等等。我們運(yùn)動(dòng)的時(shí)候是不考慮這些的——它就這樣無縫地發(fā)生了。因此每個(gè)大腦都有一套獨(dú)特的代碼，用它來對(duì)胳膊和手上的肌肉說話。

神經(jīng)可塑性不僅使我們的大腦十分有用，也使它難以置信地不可理解——因?yàn)槊總€(gè)大腦的運(yùn)行方式都基于大腦如何塑造了它自己的形狀，基于它獨(dú)特的環(huán)境的人生經(jīng)歷。

那些我們理解得最好的大腦的部分，“當(dāng)談到一些更為復(fù)雜的計(jì)算過程，如語(yǔ)言、記憶、數(shù)學(xué)”，一位專家再次對(duì)我說，“我們真的不知道大腦是怎樣工作的?！彼粺o嘆惋地說到，舉個(gè)例子，對(duì)每一個(gè)人來說，母親的概念都以不同的方式編碼，都在大腦中的不同部分。在前額葉——你知道，大腦的那個(gè)部分是你真正生存的地方——“根本就沒什么地形圖”。

但是無論如何，這根本不是建立有效的腦機(jī)接口為什么如此困難、或如此令人畏懼的原因。使BMI如此困難的原因在于，工程方面的挑戰(zhàn)是極為嚴(yán)峻的。與大腦在身體上的協(xié)作，使BMI成為了世界上最為困難的工程事業(yè)之一。

既然我們的大腦背景的樹干已經(jīng)建立起來，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好向第一根樹枝進(jìn)發(fā)。

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科技超人馬斯克的第四次驚天創(chuàng)舉，這一次，他將拿人腦開刀（一）

明天將推出本系列 Part3，敬請(qǐng)期待！

關(guān)于作者Tim Urban:

Tim Urban 是 Elon Musk 最欣賞的科技作者，他用一系列長(zhǎng)文通俗解釋過人工智能革命、費(fèi)米悖論、拖延癥等讀者關(guān)心的話題。

2015年4月，Musk 邀請(qǐng)他參觀 Tesla 與 SpaceX，兩人秉燭夜談。Musk 希望他來幫忙向公眾解釋關(guān)于 Tesla、SpaceX 的大量行業(yè)和科技問題，Tim Urban 欣然答應(yīng)。

作為人類應(yīng)對(duì)人工智能挑戰(zhàn)的 Musk 方案，Neuralink 一經(jīng)公布，Tim Urban 就開始寫此長(zhǎng)文。就此話題，他跟 Musk 及 Neuralink 團(tuán)隊(duì)有過深度交流，文章用大量?jī)?nèi)容解釋了腦機(jī)接口與日常信息交流的同源性，并進(jìn)一步解釋了 Neuralink 的具體原理及時(shí)間表。

Facebook 剛公布的 Building 8 腦機(jī)接口項(xiàng)目也說明，這個(gè)領(lǐng)域確實(shí)在引起大家的重視。

2016年6月，Tim Urban 受邀做過一期 TED 演講。今年初，福布斯做過一篇他的專訪，Pocket 針對(duì)他的寫作也專訪過他。

原文鏈接：http://waitbutwhy.com/2017/04/neuralink.html

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