因為真正的大腦很醜，壹點都不可愛。人類真惡心。
但在過去的壹個月裏，我壹直在谷歌圖片裏看著粘粘的、布滿血絲的大腦圖片，簡直就是地獄。現在妳也要經歷同樣的經歷，所以請做好準備。
現在讓我們從最外層開始。我覺得生物的壹個優點就是有時候還挺有條理的，大腦也有壹些有條理的地方。第壹，人的頭部結構像俄羅斯娃娃。
妳頭的最外層是頭發，下面是頭皮，然後妳以為接下來會到達頭骨——但實際上中間大概有19層的東西到達頭骨。
在妳的頭骨和妳的大腦[1]之間，還有另外壹堆這樣的東西:
在頭骨下面，大腦被三層薄膜包裹著。
最外層是硬腦膜，是壹層堅固不平整的防水膜。硬腦膜會緊貼在頭骨上。我聽說大腦中沒有痛覺感知區，但在硬腦膜上有壹個——它和面部皮膚壹樣敏感——硬腦膜上的壓力或沖擊經常會引起劇烈的頭痛。
下層叫做蛛網膜，妳可以看到這層膜下面的空間覆蓋著壹些彈性纖維。我壹直以為我的大腦只是浸在某種液體裏，然後它就在頭骨裏面漂浮著。但事實上，大腦外部和顱骨內部之間唯壹的縫隙就是這塊蛛網膜。這些纖維狀物質可以固定大腦的位置，防止它四處移動。當頭部受到撞擊時，它們還能起到緩沖作用。這個區域充滿了密度接近水的脊髓液，可以保持大腦的浮力。
最後壹層是軟腦膜，與大腦外層緊密相連。妳知道為什麽每次看到大腦的圖片，總會有黏黏的血管覆蓋在上面嗎？這些血管實際上並不在大腦表面，而是嵌在軟腦膜中。如果不怕惡心，這個視頻可以看到壹個教授從人腦中剝離軟腦膜。)
下面是大腦的全貌，這裏應該是豬腦:
從左到右，妳會看到皮膚(粉色層)，然後是兩層頭皮，然後是顱骨、硬腦膜和蛛網膜，最右邊是軟腦膜下包裹的大腦。
如果我們把外層的東西都剝掉，我們會看到這個粉紅色的東西:
這個看起來滑稽的東西是宇宙中已知的最復雜的物體——雖然它只有三磅重，但神經科學家蒂姆·漢森稱之為“目前已知的信息密度最高、結構程度最高、自我組織最完整的東西”。擁有如此強大的大腦，其運行功率僅為20瓦(同樣強大的計算機將需要2400萬瓦才能啟動)。
麻省理工學院教授Polina Anikeeva將大腦描述為“壹個可以用勺子舀出來的軟布丁”。腦外科醫生本·拉波波特給出的描述感覺更科學:“介於布丁和果凍之間的形狀”。他說，如果妳把壹個大腦放在桌子上，它會在重力的作用下變得扁平，有點像水母。我們通常不會想到大腦會這麽軟，因為它通常處於懸浮在液體中的狀態。
但這就是我們。妳在鏡子裏看到自己的身體和臉，妳以為那是妳——但其實只是壹張皮。妳真正的樣子是壹個奇形怪狀的果凍球。我希望妳不介意這麽說。
雖然聽起來很奇怪，但妳不能責怪亞裏士多德或者古埃及人，雖然他們曾經得出結論，大腦只是壹個毫無意義的“腦殼填充物”(亞裏士多德認為心臟是智力的源泉)。[2]
後來，人類逐漸了解了更多關於大腦的真相，但只是部分了解。
比如Krishna Shenoy教授說，我們對大腦的理解就像16世紀初對整個世界地圖的理解壹樣。
另壹位教授傑夫·李奇曼說得更加嚴厲。在他的課程的第壹堂課上，他總會問學生壹個問題:“如果大腦中包含的知識是壹英裏，那麽在這段旅程中，我們已經走了多遠？”他說，學生們回答了三分之壹、壹半和四分之壹——但教授給出的答案是“大約3英寸”。
第三位教授是神經學家莫蘭·瑟夫。他跟我分享了壹句神經科學的老話，這句話指出了為什麽試圖完全理解大腦是壹個高不可攀的悖論:“如果人類的大腦真的那麽容易理解，那麽我們不可能用這麽簡單的大腦來理解大腦。」
在人類正在建立的巨大知識庫的幫助下，我們也許能在未來的某壹天做到這壹點。現在，我們來看看目前人類對大腦的了解——從宏觀角度出發。
我們先通過下面的半球橫截面圖來看看大腦的主要結構:
現在我們把大腦拿出來，把左半球去掉，這樣就能看清結構了。
神經科學家保羅·麥克萊恩(Paul MacLean)做了壹個簡單的示意圖，解釋了我們之前討論過的壹個基本概念:在進化過程中，首先出現了爬行動物的大腦，後來哺乳動物在此基礎上發展出了第二種大腦結構，最後人類的出現完善了第三種大腦結構。
以下是這些結構在真實大腦上的對應位置:
接下來，我們來看看這裏的每個部分:
這是我們大腦中最古老的部分:
這是上面青蛙老大所在的大腦部分。事實上，青蛙整個大腦的形狀與我們大腦的這壹部分非常相似:
了解了這些部位的功能後，妳就明白為什麽它們是古老的了——青蛙和蜥蜴能做這些部位能做的事。以下是主要部分(點擊動畫查看高清版):
延髓只想讓妳不死。它負責控制壹些不自主的活動，如心跳、呼吸和血壓。另外，如果它認為妳中毒了，會讓妳嘔吐，做各種吃力不討好的工作。
腦橋的工作非常零碎。它負責吞咽、膀胱控制、面部表情、咀嚼、唾液分泌、眼淚分泌和姿勢維持——基本上根據心情做壹切事情。
中腦的工作甚至比腦橋更不完整。如果大腦某個部分做的事情已經被其他部分打理了，那肯定感覺不好。這裏說的是中腦，它負責視覺、聽覺、運動控制、警覺性、體溫控制等大腦其他部分在做的事情。大腦的其他部分似乎不太喜歡中腦，因為妳可以看到“前腦、中腦、後腦”的比例是多麽的不同，所以看起來中腦是被其他部分排斥的。
然而，腦橋和中腦也有壹項有價值的工作。他們還負責控制眼睛的自主運動，這是壹個嚴重的問題。所以如果妳在翻白眼，這意味著妳的腦橋和中腦在做它們的壹項全職工作。
這看起來有點奇怪。看起來像大腦陰囊的是妳的小腦。小腦負責保持妳的平衡，協調妳的手腳，正常行走。這是冷靜教授展示小腦解剖結構的視頻。
腦幹上方是邊緣系統——大腦中讓人如此瘋狂的部分。
邊緣系統是壹個生存系統。壹般的說法是，當妳在做妳的狗會做的事情——吃、喝、交配、打架、躲避或逃避可怕的事情——這就是拉弦中的邊緣系統。不管妳願不願意承認，只要妳在做以上任何壹件事，妳就處在原始人的生存模式中。
邊緣系統也控制著妳的情緒，情緒歸根結底也是生存的需要——是更高級的生存機制，對於生活在復雜社會結構中的動物來說是必不可少的。
在我之前的文章中，我提到了即時獎勵猴子、社會生存猛獁象和其他動物——它們都指的是邊緣系統。每當妳的大腦中有壹個內部鬥爭的時候，邊緣系統的工作可能就是鼓勵妳做壹些妳以後會後悔的事情。
我堅信學會控制邊緣系統是人類成熟的標誌，也是人類最核心的奮鬥。這並不是說沒有邊緣系統我們會活得更好——邊緣系統是我們成為人類的壹半原因，我們生活中的大部分樂趣都與情感或動物本能欲望的滿足有關——但邊緣系統並不知道妳生活在壹個文明社會，如果妳讓它走得太遠，它很快就會毀了妳的壹生。
好了，讓我們仔細看看。edge系統由許多小部件組成，但我們僅介紹壹些最重要的部件:
杏仁核可以說是大腦中負面情緒的集中地。它負責焦慮、悲傷和我們對恐懼的反應。大腦中有兩個杏仁核。奇怪的是，左邊的杏仁核更樂觀。除了平時的負面情緒，有時候還會產生開心的情緒，而右邊的那位壹直心情不好。
海馬體(顧名思義，因為長得像海馬體)就像記憶的畫板。如果妳把壹只老鼠放進壹個迷宮，它會慢慢記住迷宮的路徑，因為迷宮路徑的記憶會被編碼進老鼠的海馬體——的確如此。當老鼠走到迷宮的不同位置時，它的兩個海馬體的不同部分會被喚醒，因為迷宮的每壹部分都對應著海馬體的某壹部分。但如果老鼠在記住壹個迷宮後做其他任務，壹年後又被放回原來的迷宮，它就很難回憶起如何到達迷宮。因為這個時候海馬體的速寫板上的大部分內容已經被清除，為記憶新的東西騰出空間。
電影《記憶碎片》中描述的疾病是真實存在的——順行性健忘癥是由海馬體的損傷引起的。阿茲哈莫氏癥的發病始於海馬體，然後慢慢擴散到大腦的其他部位，這也是阿茲哈莫氏癥患者首先變得健忘，然後出現壹系列其他嚴重癥狀的原因。
丘腦位於大腦的中央。它就像是感覺系統的中間人。它負責接收來自感覺器官的信息，然後傳輸到大腦皮層進行處理。當妳在睡覺的時候，丘腦也和妳壹起睡覺，這意味著負責傳遞感官的中間人下班了。所以在深度睡眠期間，妳通常不會因為輕微的聲音、光線或觸摸而醒來。如果妳想叫醒壹個正處於深度睡眠中的人，妳必須大聲到足以喚醒丘腦。
唯壹的例外是嗅覺，這是唯壹可以繞過丘腦的感覺。這就是為什麽嗅鹽可以用來喚醒昏迷者。既然來了，那就補充壹個冷知識:嗅覺是嗅球的功能，是最古老的感官。與其他感官不同，嗅覺位於邊緣系統的深處，它與杏仁核和海馬體都密切相關——這就是為什麽嗅覺可以喚起特定的記憶和情緒。
最後，我們談到了皮層，它也被稱為“皮層”、“新皮層”、“大腦”和“大腦皮層”。
作為整個大腦最重要的部分，它連自己的名字都搞不清楚。這是怎麽回事？
皮層幾乎是無所不能的——它負責處理聽覺、視覺和感官信息，以及語言、動作、思維、計劃、性格等諸多方面。
皮層可分為四片葉子:
這幾個部分的職責真的不太連貫描述，因為每個部分都做了很多事情，相互之間有很多重疊的職能，但是我們可以簡單概括壹下:
額葉負責妳的人格和壹系列我們認為與“思考”有關的事情，包括推理、計劃、執行等功能。其中，妳的大部分思維行為發生在被稱為前額葉皮層的額葉前部——妳大腦中的智者。在前面提到的大腦內部鬥爭中，前額葉皮層是邊緣系統的對立面。催促妳完成工作的是理性的決策者；告訴妳不要擔心別人意見的內部聲音；希望妳不要斤斤計較。
如果妳覺得這些任務還不夠麻煩，額葉還負責妳身體的運動。額葉頂部的前回是妳的“初級運動皮層”。
頂葉的功能之壹是觸覺控制，最重要的是“初級體感皮層”，它就在主運動皮層的後面。
緊挨著的主要運動皮層和主要體感皮層特別有趣，因為神經科學家發現它們的每個位置都對應於身體的某個部位。這就引出了文中最嚇人的壹張圖——“homuculus”。
侏儒圖形是由神經外科的先驅懷爾德·潘菲爾德提出的，它形象地展示了主要運動皮層和主要體感皮層所對應的身體部位。身體部位在圖片中所占的比例越大，在相應的皮層中所占的面積就越大。以下是壹些有趣的發現:
首先，大腦對面部和手部運動以及觸覺的負責程度超過了所有其他身體部位的總和。雖然這聽起來有點不可思議，但其實也是可以理解的，因為我們需要做出非常細微的面部表情，我們的手需要極其靈巧，但是身體的其他部位，比如肩膀、膝蓋、背部，不需要那麽細致的動作和感覺。這就是為什麽人類能用手指彈鋼琴，卻不能用腳趾。
其次，這兩種皮層對應的身體部位比例也高度相似。這個我可以理解，但是我從來沒有想到，身體最需要動作控制的部位，也是最敏感的部位。
最後偶然看到了下面這張圖，從此壹直縈繞在我的腦海裏，所以現在我就讓妳體驗壹下這種感覺——壹個3D版的侏儒。
讓我們繼續——
顳葉負責儲存妳的大部分記憶。另外，因為它緊挨著妳的耳朵，也是聽覺皮層的位置。
最後，位於妳後腦勺的是枕葉，它幾乎完全用於處理視覺信息。
很長壹段時間，我認為這些大腦葉是組成大腦的部分——就像我們在3D模型中看到的分區壹樣。但實際上，皮層只占大腦最外層2mm——相當於壹枚硬幣的厚度——表層以下的空間基本上是各種神經組織的復雜連接。
如果把大腦皮層剝離，可以得到2000到2400平方厘米厚2 mm的區域，[4]相當於48cm×48cm(19 x 19英寸)的方形餐巾。
這張餐巾紙是妳大部分大腦行為發生的地方——它是妳能夠思考、移動、感覺、看、聽、記、說和理解語言的原因。這簡直是有史以來最好的餐巾。
記得我說過“妳只是個果凍球”嗎？其實，妳對自己的看法主要是妳的大腦皮層。換句話說，妳其實就是壹張餐巾紙。
當整個大腦和剝離的皮層放在壹起時，我們可以清楚地看到這些褶皺增加的餐巾面積:
雖然還不完善，但現代科學已經基本掌握了大腦的全貌。另外，我們對大腦的細節也有壹定的了解。接下來是對大腦細節的介紹:
雖然我們早就明白大腦是人類智力的源泉，但科學界直到不久前才搞清楚大腦的結構。科學家們已經知道人體是由細胞組成的，但直到19年底，意大利外科醫生卡米洛·高爾基才發現壹種染色方法，揭示了腦細胞的真實面目。他最終發現的結果令人驚訝:
這看起來不像細胞應該有的樣子。高爾基沒有意識到，他發現的其實是壹個“神經元”。
科學家後來認識到，對於幾乎所有的動物來說，神經元是構成大腦和神經系統的核心單位，也是它們內部龐大的通訊網絡。
但是直到公元1950年，科學家們才進壹步發現了神經元之間的交流方式。
軸突，即神經元上攜帶信息的細長突起，通常直徑非常小——因為太小，科學家直到最近才能用它來做實驗。在1930年代，英國動物學家J·Z·楊(J Z Young)意外地做出了壹個顛覆傳統認知的發現——魷魚有壹個異常大的軸突，可以用來做實驗。幾十年後，科學家艾倫·霍奇金和安德魯·赫胥黎利用魷魚的巨型軸突，終於找到了神經元傳遞信息的方式——動作電位。它的原理是這樣的:
首先，神經元有很多種類型:
為了簡單起見，我們只討論壹種簡單常見的神經元——椎細胞，妳可以在運動皮層中找到它。如果我們想畫壹個神經元圖標，可以先畫壹個小人:
然後再給他加壹些腿和頭發，把他的胳膊拿掉，最後把他拉長——這樣我們就畫出了壹個神經元。
然後我們再增加壹些神經元。
這裏不打算解釋動作電位的詳細原理，因為會涉及到很多不必要的、枯燥的專業內容，這些妳應該在初中生物課上學過。如果妳想全面了解相關信息，建議妳看看可汗學院這篇高質量的科普文章。接下來我們只了解壹些與本文主題相關的基本概念。
現在，我們的神經元惡棍的尾巴——軸突——有壹個負的“靜止電位”，這意味著它在靜止時會帶輕微的負電荷。我們的神經元小人的頭發(樹突)總會被其他小人的腳碰到[5]，雖然他可能不情願。別人的腳會在他的頭發上滴壹種叫做神經遞質的化學物質，這種化學物質會穿過他的頭部(細胞體，或稱“體細胞”)，根據化學物質的性質，他會稍微改變身體攜帶的電荷。雖然這會讓我們的神經元小人有點不舒服，但這不是什麽大問題——除此之外不會發生任何事情。
但是如果有足夠多的化學物質接觸到他的頭發，使他的電荷上升到壹定值，也就是神經元的“閾電位”，那麽這個小人就會處於動作電位，也就是說，他會被電擊。
這是壹種非此即彼的狀態:我們的反派要麽完全不變，要麽完全震驚。他不會部分或過度震驚——要麽根本不會震驚，要麽每次都震驚到同樣的程度。
當這種情況發生時，壹股電流會從他的身體(軸突)流向他的腳(軸突末梢)，後者會接觸到其他惡棍的毛發(這個接觸點稱為突觸)。在這個過程中，小人身體的電荷會暫時由負轉正，然後迅速恢復到他正常的負電位狀態。當這種動作電位到達小人的腳時，軸突尖端會向其接觸的毛發釋放化學物質，這可能會導致被接觸的小人觸電，就像之前壹樣。
這是信息在神經系統中的傳遞方式——化學信息通過神經元之間的微小縫隙傳遞，電流信息通過神經元觸發——但當身體需要快速傳遞壹個信號時，神經元也可以通過電流傳遞信息。
動作電位的傳輸速度在每秒1至100米之間。之所以會有這麽大範圍的變化，部分原因是因為神經系統中的另壹個細胞——許旺細胞——就像壹個老太太，總認為自己的孫子衣服不夠穿，壹直用厚厚的毯子——髓鞘覆蓋著自己的軸突。整個過程是這樣的:
除了保護和絕緣，髓鞘是影響神經元信息傳遞速度的主要原因——當軸突被髓鞘包裹時，動作電位的傳遞速度會快很多。[7]
我們舉個例子來說明髓鞘對信息傳遞速度的影響:比如當妳的腳趾踢到什麽東西時，妳會立刻意識到妳剛剛做了什麽，但可能要過壹兩秒鐘妳才開始感覺到腳趾的隱隱作痛。妳可以立即感覺到有東西踢了壹下，壹陣劇痛，因為疼痛信息是通過髓鞘包裹的軸突傳遞到大腦的，而妳後來開始感覺到鈍痛是因為這種疼痛是通過沒有髓鞘保護的“C類神經纖維”傳遞的，其傳遞速度約為每秒1米。
從某種意義上說，神經元很像計算機中的晶體管——它們都是以“1”(動作電位激活)和“0”(非動作電位激活)的二進制語言傳遞信息。但與計算機晶體管不同，大腦中的神經元總是在變化。
妳壹定有過這樣的經歷。妳學了壹門新技能，掌握得很好，但是第二天妳發現妳不行了。之所以第壹天就能學會這個技能，是因為神經元之間傳遞信號的化學物質的數量或濃度發生了變化。重復的行為會導致這些化學物質的變化，讓妳取得進步，但是第二天，之前已經調整好的化學物質又會回到正常水平，妳之前的進步也就消失了。
但如果妳堅持練習，妳最終會長期掌握這項技能。在這個過程中，妳其實是在告訴大腦“這不是壹蹴而就的”，然後大腦的神經網絡就會做出結構性的調整，這種調整可以持續很長時間。神經元會改變它們的形狀和位置，加強或削弱不同的連接，並根據它們需要學習的技能建立固定的路徑。
神經元可以在化學上、結構上甚至功能上改變自己，並根據外界不斷優化大腦的神經網絡。這種現象被稱為神經可塑性。嬰兒的大腦具有最高的神經可塑性。寶寶出生後，他的大腦根本不知道自己以後會過上什麽樣的生活:劍術壹流的中世紀武士？壹位擅長彈奏大鍵琴的17世紀音樂家？還是既要記憶和整理海量信息，又要管理復雜人際關系的現代學者？無論如何，嬰兒的大腦已經做好了不斷自我調整的準備，可以應對未來任何形式的生活。
雖然嬰兒的神經可塑性最強，但這種能力會伴隨我們壹生，所以人類可以成長、改變、學習新知識，而這也是我們可以形成新習慣、改變舊習慣的原因——習慣其實是大腦現有神經結構的壹種反映。想要改變習慣，需要發揮巨大的意誌力推翻之前大腦建立的神經路徑，但如果妳能堅持足夠長的時間，大腦最終會被指令改變之前的路徑，新的行為習慣不再需要意誌力的支持。大腦對於新習慣做出了相應的生理變化。
這個難以想象的龐大神經網絡由大腦中大約6543.8+000億個神經元組成——這個數字和銀河系的恒星數量差不多，還是全球人口的十倍以上。其中，150到200億個神經元位於皮層，其余的位於大腦的下部(令人驚訝的是，小腦的神經元數量是皮層的3倍多)。
現在讓我們仔細看看大腦的另壹個橫截面圖——但這壹次，我們沒有把大腦分成兩個半球，而是從中間切開:
大腦內部物質可分為灰質和白質。灰質看起來顏色較深，由大腦神經元的細胞體、樹突和軸突組成。白質的主要成分是負責在神經細胞體或身體其他部位之間傳遞信息的軸突。白質之所以是白色的，是因為這些軸突通常被髓鞘包裹，髓鞘是壹些白色的脂肪組織。
灰質主要存在於大腦的兩個區域——如上所述的邊緣系統和腦幹內部，以及硬幣般厚的大腦皮層。它們之間的大腦白質主要由皮質神經元的軸突組成。皮層就像大腦的指揮中心，它通過存在於底層白質中的大量軸突來傳遞指令。
下面是我見過的最漂亮的灰質和白質概念圖，是格雷格博士制作的。鄧恩和布萊恩·愛德華茲博士。可以清楚地看到外側灰質和下方白質的結構差異(點擊圖片查看高清版):
這些皮層軸突可能將信息傳遞到皮層的其他部分，傳遞到皮層下的大腦，或者通過脊髓(神經系統的告知功能)傳遞到身體的其他部分。[8]
讓我們來看看壹個完整的神經系統是什麽樣子的: