月榜圖書 大腦的奧秘

?《大腦的奧秘》?

中國科學院神經科學研究所 編著

上海科學技術出版社

「看點」

人腦被稱為「三磅重的宇宙」，探索人腦和探索宇宙一樣，是人類永恆的使命。美國科學院院士、中國科學院外籍院士蒲慕明領銜主編，中國科學院上海生命科學研究院一線研究人員集體寫作的這本書，為讀者展現了科學家們對人腦這個「內在宇宙」探索的重要成果，有助於讀者了解人腦的無窮奧秘。

「推薦理由」

本書是一部有關人腦知識的科普書，分「腦發育與腦結構」「腦功能」「腦疾病」「腦技術」四大板塊加以介紹，又分專題介紹了「腦細胞的變身術」「空間導航」「大腦與電腦的對話」「腦機介面」等神經科學的前沿進展。語言形象生動，圖示新穎清晰，為讀者了解人腦的奧秘，了解人類自身的神奇，提供了入門的階梯。

「書摘」

【導語】大腦，也許可以被認為們人類已知的最複雜、最精細的體系。解開人類大腦之謎，是認識人類自身的終極目標之一。不管你是科學「達人」，還是知識「小白」，《大腦的奧秘》一書都會讓你腦洞大開。

腦細胞變身術

李三蘭

「不要問我從哪裡來

我的故鄉在遠方

為什麼流浪流浪遠方

流浪……」

回首過去的一個月，我的腦海中始終回蕩著這熟悉的旋律。我永遠也不會忘記我剛剛度過的驚心動魄的三十天。這一刻我的身體被濃度為4% 的多聚甲醛浸透，我的一切活動被它禁錮，眼前浮現的是那個從遠方走來的自己。

我原本是星形膠質細胞

我的曾用名叫星形膠質細胞，現在的我叫誘導的神經元。

在短短一個月時間裡，我與千千萬萬的同胞一起經歷了我們生命中最大的一次冒險，脫胎換骨、重獲新生。

翻一下我的族譜，其實我來自一隻實驗室里的小老鼠，可就在它出生後第五天的那個下午，它犧牲了。實驗者將它的腦組織取出來，剪成小塊分離出膠質細胞—它們就是我的祖輩，其生命力十分頑強，在經歷了「剪刀手」胰蛋白酶的圍攻後，在組織塊中被打散成一個個獨立的細胞，不過也有一些同伴因為不堪「折騰」而死去。

倖存者在培養皿中生活了大概一周時間。那是平靜的一周，那裡有豐富的食物、充足的氧氣，大家肆意生長繁衍，群體不斷擴大，直到佔領整個培養皿。而我，就是這些倖存者的其中一個後代。

生活不會總是一帆風順，有一天我們正吃著糖果唱著歌，「剪刀手」胰蛋白酶再次降臨，我們不得不和家人分開，最後我和一群同胞被丟進了一個小小的房間。接下來發生的事情讓我終生難忘。

一群我們從未見過的生物入侵了我們的房間，它們像異形一樣包圍我們，吸附在我們身體表面，褪去外衣，然後神秘地進入了我們的身體。後來我才知道它們的名字叫做慢病毒。慢病毒將能夠影響神經元命運的種子撒在我們的身體里，它們快速地生根發芽，我們的世界也隨之發生了翻天覆地的變化。

眼看著有些同伴在掙扎中死去，屍體就漂浮在我周圍，而我自己也能感覺到自身正在發生著劇變：被入侵大約一周後，我發現我扁平的身體開始變得圓鼓鼓，新長出來的手也是又細又長；與此同時，我的內心也發生著奇妙的變化，似乎有一股力量要噴涌而出。再看看身旁的同伴，活下來的大多已經不是原來的模樣，不過也有極少數同胞倖免於病毒感染，依舊還是當初的樣子。

每隔兩三天，實驗者給我們補給營養的時候，我們也趁機放放風。有時候我們會被放到顯微鏡下，聚光燈下我們成了舞台的主角。

「誘導得不錯，好多看起來都像神經元！」

從他們的對話中，我知道，我已經有了一個新的名字—誘導的神經元。

誘導的神經元，誘導的神經元……我不停念叨著這幾個字，心中的疑慮也一天天在生長：

為什麼要把我們膠質細胞誘導成神經元？

誘導的神經元與真正的神經元有什麼不一樣？

我的祖先是膠質細胞，現在我到底是什麼？

我忍不住問身旁的小夥伴，可他也僅僅知道神經元與我們的祖先—膠質細胞一樣住在腦袋裡而已。既然同樣都是腦細胞，為何要讓我們經歷痛苦被誘導成神經元？

對於真正的神經元，我所知甚少。看著自己的身體，我開始想像神經元的樣子。難道就和我現在一樣，有著圓鼓鼓的身體和長長的手？

三周過去了，我的手變得更長了，還像樹枝一樣長出很多分叉。我遇到的細胞也越來越多，有些只是擦肩而過，而有些則會建立深厚的友誼，就像命中注定，我們會聯繫在一起。聽同伴說，這種特殊的聯繫叫做突觸，突觸讓神經元彼此交流、心意相通。

但我心中還是有很多疑惑沒有解除，直到有一天，我碰到另一位博學的同伴，它給了我答案。

它見到我的時候甚是歡喜，還不停誇讚我的美貌、我的成熟。我卻不以為然。它告訴我，它也是誘導的神經元，雖然它的手還是又短又粗，但看起來還是有幾分膠質細胞的模樣。即便如此，它還是以此為傲，因為它也算是半個誘導的神經元了。

「膠質細胞和神經元本來就是宗親，不過在外人看來，神經元是貴族，膠質細胞只能是平民。神經元與神經元組成的網路可以實現各種功能，這就是神秘而偉大的神經網路！可是如此優秀的神經元也有著天生致命的弱點。它們結構精細，卻容易受傷，關鍵是受傷後修復能力有限，因為神經元一旦生成就很難再分裂。如果神經元受傷了，大腦的功能會受到嚴重的影響。膠質細胞似乎生來就是配角，它們總是圍著神經元轉悠，忙忙碌碌一生也很難被人們記住。有多少膠質細胞夢寐以求能夠變成神經元，變得被人們重視！直到有一天，機會從天而降，它們被選中，被誘導，變成了神經元。這個過程即使痛苦萬分，即使它們中的有些細胞變得不倫不類，或者哪怕有一點點像神經元，它們都會歡欣鼓舞，死而無憾！想一想那些沒有走到現在的同胞，它們就倒在我們身旁，倖存的我們應該加倍努力變得更成熟、更接近真正的神經元……」

聽著它的述說，我慢慢釋然了。對於成為真正的神經元，我也充滿了嚮往，可是我又忽然變得不安。我不知道現在的我是否已經成為真正的神經元？我是否能夠替代那些傷病甚至死亡的神經元發揮正常的功能？

一個月很快就過去了，在這個小小的才兩平方厘米的培養皿空間里，我有了自己的朋友圈，我們的手緊緊握在一起，彼此分享最新的動態，見證點滴的成長。

我是真正的神經元嗎

終於有一天，我被拿出培養箱，實驗者將用一種稱為膜片鉗的技術為我做個生理檢查，看我能否成為一個合格的神經元。我充滿了自信，因為至少從外表來看，我已經接近一個成熟神經元的樣子了。等了半天，終於輪到我了。一根管子吸住我的身體，我打了個趔趄，不過還是站穩了腳跟。實驗者打開一個檢查項目，電擊開始，然後滿眼期待地盯著屏幕。突然我全身發麻，原來是觸電了，緊接著我又感受到那股曾經在我體內噴涌的力量，是那麼強大，那是我的心跳，在屏幕上跳出一座座高高的山峰。

「哇，好多動作電位，這個神經元誘導得相當成熟呀！」實驗者驚喜地說道。

這不是科幻，這是科學，實實在在的科學。

我們所經歷的從膠質細胞轉變成神經元的過程叫做轉分化。像膠質細胞這樣能被轉化成神經元的還有很多其他類型的細胞。比如最常見的成纖維細胞，這種細胞易於獲得而且培養簡單，是轉分化的首選。

我們膠質細胞與神經元本是同根生，從某些方面來講更接近神經元，這也是我們被選中的原因之一。另外大腦里有數量頗豐的膠質細胞，如果可以在神經元生病的地方將我們就地轉化，或許能為治療如帕金森病、阿爾茨海默病等神經系統頑疾增加一種選擇。

期望總是美好的，要讓這項技術更好地投入應用卻還有很多現實問題亟待解決。比如：如何誘導得到特定類型的神經元（如多巴胺能神經元）？人的大腦區域差異很大，不同區域的同種神經元生活習性也很可能不一樣，那麼如何得到帶有區域特徵的特定神經元？轉分化的過程迅速而劇烈，但是神經元命運的火種是如何在膠質細胞里引燃的呢？

路漫漫其修遠兮，人將上下而求索。

生理檢查終於結束了，離開溫室的我們已經被空氣中的細菌包圍，我們精疲力盡，奄奄一息。還有另一項檢查在等著我們。

形態變化上我們看起來已經成功，可本質上我們已經成為神經元了嗎？神經元與膠質細胞表達的很多蛋白質都不一樣，而正是神經元才有的蛋白質在執行著神經元的特殊使命。比如現在的我和其他誘導的神經元是通過我們之間形成的突觸結構進行交流的，而膠質細胞之間是沒有這種所謂的突觸結構的。神經元突觸的形成及其正常運行需要很多特定蛋白質的參與，比如需要一種稱為突觸蛋白（synapsin）的蛋白質。再比如，現在我的手又細又長，我的骨架已經變成神經元特有的了嗎？

接下來的檢查，實驗者將通過抗體染色進行檢測。所選取的抗體是能夠特異性識別並結合這些蛋白的。實驗者拿出早已為我們準備好的試劑，上面標示的是4%多聚甲醛。這是一種交聯劑，也是一種防腐劑。喝下它，我的細胞膜將不再流動，我的心臟將不再跳動，彷彿被《冰雪奇緣》裡面的姐姐施了魔法，轉眼間只見千里冰封，萬物凝固……緊接著實驗者將特定的抗體孵育在我們周圍，抗體進入我們體內，憑藉著本能找到它獨一無二的另一半—抗原（就是神經元體內的各種蛋白質），它們緊緊結合在一起。那實驗者是怎麼發現它們的呢？巧妙的是，實驗者早已偷偷地在抗體身上安了一盞燈，沒錯，就是熒光基團。熒光基團能夠被激發出特定波長的光，比如常見的紅綠藍可見光，還有紅外不可見光。在熒光顯微鏡的幫助下，特定的抗體就顯示出它所結合的蛋白。眼見為實，這樣，實驗者就可以看到我是否帶有神經元的蛋白質了。

我知道我即將死去，可是我並不害怕，「死得其所」四個字是我想說的。膠質細胞轉分化成為神經元的道路還很長，我的犧牲是為了其他的同伴更好地走下去，所以我願意。或許永遠也沒人知道在被多聚甲醛浸透的那一刻我痛並笑著。

「書評」

自然界最性感的作品——大腦

劉洋

即便人類已經實現九天攬月和五洋捉鱉，已經能以超乎想像的速度跨越地理的障礙，並能從微小的原子中獲得永不枯竭的動力，但人類對自己的認識仍然匱乏的可以。無論從哪些角度衡量，人類的智力都是生物學上一個未被破解且難以被破解的謎團，這種神秘近乎性感。

通常來說，生物進化都是一個精巧得近乎吝嗇的過程，每種動物都只獲得了維持他們生存所必須的量——不論體力還是智力。人類卻從這種固有模式中脫穎而出，他不僅比最近的親緣物種黑猩猩要聰明得多，而且其智力水平已經遠超嚴格意義上「必須」的範疇。

僅僅經過幾千年的進化，人類已經能駕輕就熟攻克各種科學猜想，還能構思巧奪天工的創意，並且締造了三次偉大的科技革命，還催生了關於政治、經濟、文化一系列偉大的思想。即便最偏執的人也會承認，正是人們之間思想的激蕩和傳承才實現了現代社會的不斷前進。

但令人難以置信的是，完成這些壯舉的大腦曾在史前的東非大平原上掙扎求生，擁有這些大腦的人類還為此付出了巨大的代價。而今天，隨著那顆要耗費全身四分之一供氧量的特大號、高耗能大腦日漸成熟，肌體力量上略有退化的人類竟然完全主宰了這顆星球。

更令人感到不可思議的是，大腦只有10%的神經元處於活躍狀態，其他都在「待機」之中。愛因斯坦說「宇宙最不可理解之處是它是可理解的」，但人類對理解宇宙的工具——我們的大腦同樣所知甚少，這正是大腦的神秘之處——你可以不了解它，但並不影響你使用它。

從1999年創立開始，中國科學院神經科學研究所的科學家們就一直希望逐步解開關於大腦的一系列謎團：記憶和自我意識如何形成、睡眠如何有助於大腦的健康，大腦又如何在新生兒時的巔峰水平逐步回落至正常狀態，治療那些令人感到絕望的腦疾病——例如阿爾茨海默症、帕金森病、自閉症和抑鬱症——的希望究竟隱藏在大腦中哪些尚未被發現的角落。

在最近出版的新書《大腦的奧秘》中，神經科學研究所的科學家們將把他們這些年在大腦研究中取得的成績、感悟的心得，以及國際同行們所做的傑出工作和引致的啟發集中起來，變成一段段令人賞心悅目的文字和一篇篇令人心曠神怡的文章，獻給這個活躍的社會。

他們希望，這些文章可以激發起年輕人們和年齡更小的小朋友們對大腦的興趣，也可以讓人們更加感恩，因為在這樣一個紛繁複雜的世界中，我們能有這樣一個聰明的器官——它教會我們如何面對困難、如何感受親情、如何享受愛情、如何體會美好，當然還有如何征服世界。他們相信總會有年輕人因此受到啟發，因為探索神秘和回應未知是人類永恆的天性。

更珍貴的是，這種啟發將在未來讓這些年輕人中的幾位走上科學道路。那時的他們會用自己的智慧推動人類對大腦的認識和開發，而這才是每一代神經科學家們共同的夙願。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！