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人脑:事实、功能和解剖结构

  • 2021-05-28
  • Armanda
《奎恩的解剖学原理》第八版第二卷(作者:William Sharpey MD、LLD、FRS L&E、Allen Thomson、MD、LLD、FRS L&E 和 Edward Albert Schafer)中的人脑医学插图描绘了 1876 年的右半脑。 (图片来源:Vintage MedStock/Getty Images)

人脑是人类的指挥中心。它接收来自身体感觉器官的信号并将信息输出到。人类的大脑与其他哺乳动物的大脑具有相同的基本结构,但就身体尺寸而言,人类的大脑比人类的大脑更大。许多其他哺乳动物,如海豚、鲸鱼和大象。

人的大脑有多重?

人脑重约 3 磅。 (1.4公斤)约占人类体重的2%。据研究,男性大脑平均比女性大脑大 10% 左右伊利诺伊州西北医学。男性的平均大脑体积接近 78 立方英寸(1,274 立方厘米),而女性的平均大脑体积为 69 立方英寸(1,131 立方厘米)。大脑位于头骨前部,是大脑的主要部分,占大脑重量的85%。

人有多少个脑细胞?

人脑包含约 860 亿个神经细胞(神经元)——称为“”,根据 2012 年发表在《美国国家科学院院刊。大脑还具有大约相同数量的非神经元细胞,例如用髓鞘隔离神经元轴突的少突胶质细胞。这使得轴突(神经元之间传输电脉冲的细线)呈现白色外观,因此这些轴突被称为大脑的“白质”。

关于大脑的其他很酷的事实

  • 根据研究,大脑无法同时处理多项任务登特神经病学研究所。相反,它会在任务之间切换,这会增加错误并使事情花费更长的时间。
  • 人的大脑在生命的第一年体积增加两倍,并在 25 岁左右达到完全成熟。
  • 人类一直在使用整个大脑,而不仅仅是 10%。
  • 据研究,大脑的 60% 是脂肪西北医学。
  • 人脑可以产生 23 瓦的电力——足以为一个小灯泡提供燃料。

人脑的解剖学

人脑最大的部分是大脑,根据大脑分为两个半球梅菲尔德诊所。每个半球由四个叶组成:额叶、顶叶、颞叶和枕叶。大脑的波纹表面称为皮质。大脑下方是脑干,脑干后面是小脑。

额叶对于认知功能(例如思考和提前计划)以及随意运动的控制非常重要。颞叶产生记忆和情感。顶叶整合了不同感官的输入,对于空间定向和导航非常重要。视觉处理发生在靠近头骨后部的枕叶。

脑干与脊髓相连,由延髓、脑桥和中脑组成。脑干的主要功能包括在大脑和身体之间传递信息;大部分脑神经分布于面部和头部;并在控制中执行关键功能、呼吸和水平(它涉及控制唤醒和睡眠周期)。

人脑解剖学。(图片来源:马克·加利克/盖蒂图片社)

大脑和脑干之间有丘脑和下丘脑。丘脑将感觉和运动信号传递到皮层。根据在线教科书的说法,除了嗅觉(嗅觉)之外,每个感觉系统都通过丘脑向皮质发送信息,“神经解剖学,丘脑“(StatPublishing,2020)。下丘脑将神经系统与- 产生激素的地方 - 通过脑下垂体。

小脑位于大脑下方,在运动控制中具有重要功能。它起着协调和平衡的作用,也可能具有一些认知功能。

大脑还有四个相互连接的腔室,称为脑室,产生脑脊液 (CSF)。这种液体在大脑和脊髓周围循环,缓冲其免受伤害,并最终被吸收到血液中。

除了缓冲中枢神经系统之外,脑脊液还能清除大脑中的废物。据该研究称,在所谓的类淋巴系统中,脑细胞周围的间质液产生的废物进入脑脊液并远离大脑。神经科学学会。研究表明,这种废物清除过程主要发生在睡眠期间。在2013年的一次科学研究人员在论文中报告称,当小鼠睡着时,它们的间质空间扩大了 60%,并且大脑的类淋巴系统清除 β-淀粉样蛋白(构成阿尔茨海默病标志性斑块的蛋白质)的速度比啮齿类动物清醒时更快。作者在论文中指出,清除大脑中潜在的神经毒性废物或通过类淋巴系统“清除垃圾”可能是睡眠如此重要的原因之一。

大脑大小与智力有关吗?

非人类动物的大脑整体大小与智力水平无关。例如,抹香鲸的大脑比人类大脑重五倍多,但人类被认为比抹香鲸具有更高的智力。衡量动物智力的更准确方法是大脑大小与身体大小之间的比率,尽管这一衡量标准也没有将人类放在首位:根据研究,树鼩的大脑与身体的比率是所有哺乳动物中最高的。BrainFacts.org,一个由神经科学学会制作的网站。

对于人类来说,大脑的大小并不表明一个人的智力水平。他们所在领域的一些天才的大脑小于平均水平,而另一些天才的大脑则大于平均水平,根据克里斯托夫·科赫的说法是一位神经科学家,也是西雅图艾伦脑科学研究所所长。例如,比较两位广受好评的作家的大脑。俄罗斯小说家伊万·屠格涅夫的大脑被发现重71盎司(2,021克),而法国作家阿纳托尔·弗朗斯的大脑仅重36盎司(1,017克)。

大脑的大小并不代表一个人的智力。(图片来源:Shutterstock)

人类智力背后的部分原因是神经元和褶皱。弗雷德·哈钦森癌症研究中心和华盛顿大学的神经外科医生和癌症生物学家埃里克·霍兰德博士说,人类每单位体积的神经元比其他动物更多,而它们能够融入大脑分层结构的唯一方法是在外层或皮质中进行折叠。

霍兰德告诉《生活科学》杂志:“大脑越复杂,脑回和脑沟,或者说蜿蜒的山丘和山谷就越多。”他说,其他聪明的动物,如猴子和海豚,其皮质中也有这些褶皱,而老鼠则有光滑的大脑。

当谈到智力时,大脑的整合方式似乎也很重要。天才中的天才,大脑大小适中;研究人员怀疑他令人难以置信的认知能力可能源于其高连通性,有几条通路连接着他大脑的遥远区域,。

霍兰德说,人类还拥有所有动物中最大的额叶。额叶与自我控制、计划、逻辑和抽象思维等高级功能相关——基本上,“这些功能使我们变得特别人性化,”他说。

左脑和右脑有什么区别?

人脑分为左右两个半球,由一束称为胼胝体的神经纤维连接。两个半球虽然不完全对称,但非常对称。一般来说,左脑控制身体右侧的肌肉,右脑控制身体左侧的肌肉。一个半球可能稍微占优势,就像左撇子或右撇子一样。

有关的:

关于“左脑”和“右脑”品质的流行概念是概括性的,没有得到很好的证据支持。然而,这些领域之间存在一些重要的差异。左脑包含涉及语言产生和理解的区域(称为分别),并且还与数学计算和事实检索相关,霍兰德说。霍兰德说,右脑在视觉和听觉处理、空间技能和艺术能力方面发挥着作用——更多的是本能或创造性的东西——尽管这些功能涉及两个半球。 “每个人都一直使用两半,”他说。

人类大脑有两个半球,人们普遍认为这两个半球负责完全不同的技能,但很少有科学研究支持这一观点。(图片来源:迪米特里·奥蒂斯/盖蒂图片社)

大脑计划

2013 年 4 月,美国总统巴拉克·奥巴马 (Barack Obama) 宣布了一项科学大挑战,称为大脑计划,通过推进创新神经技术进行大脑研究的缩写。这项耗资超过 1 亿美元的项目旨在开发新技术,以生成从单个细胞到复杂电路水平的人脑动态图像。

与其他重大科学工作一样,例如人类基因组计划霍兰德说,巨额开支通常是值得投资的。科学家们希望加深了解将带来治疗、治愈和预防大脑疾病的新方法。

该项目的成员来自多个政府机构,包括美国国立卫生研究院 (NIH)、美国国家科学基金会 (NSF) 和国防高级研究计划局 (DARPA),以及私人研究组织,包括艾伦脑科学研究所和霍华德休斯医学研究所。

2013 年 5 月,该项目的支持者在期刊中概述了他们的目标科学。 2014 年 9 月,美国国立卫生研究院宣布BRAIN Initiative 拨款 4600 万美元。行业成员承诺另外提供 3000 万美元来支持这项工作,主要基金会和大学也同意将超过 2.4 亿美元的研究成果用于实现 BRAIN Initiative 的目标。

该项目宣布后,奥巴马总统召集了一个委员会来评估大脑研究中涉及的伦理问题。 2014年5月,该委员会发布了报告的前半部分,呼吁将伦理学尽早明确地纳入神经科学研究中,。 2015年3月,该委员会发布了报告的后半部分,重点关注认知增强、知情同意以及在法律体系中使用神经科学等问题,。

大脑计划已经实现了几个目标。据美国国立卫生研究院称,截至 2018 年,美国国立卫生研究院已“为 500 多名科学家的研究投资了超过 5.59 亿美元”,国会“为 2018 财年的国家卫生研究院拨款近 4 亿美元”。倡议网站。研究经费促进了新的大脑成像和大脑绘图工具的开发,并帮助创建了BRAIN 计划细胞普查网络(BICCN)——对大脑“部件清单”进行编目的努力。 BICCN首次发布结果2018 年 11 月。

除了零件清单之外,大脑计划还致力于绘制大脑回路的详细图片。例如,2020 年,BRAIN Initiative 研究人员在期刊上发表了一项研究神经元,报告称他们开发了一种系统,并在小鼠身上进行了测试,可以控制和监测大脑任何深度的电路活动。以前的努力只能检查靠近大脑表面的电路。同样在 2020 年,该计划的“皮质网络机器智能”(MICrONS) 计划旨在绘制皮质电路图,推出了网站研究人员可以在这里分享他们的数据,包括电路的电子显微镜图像。

自 2019 年以来,该倡议已赞助摄影和视频比赛该倡议邀请研究人员提交引人注目的大脑描述。查看 2020 年获奖者大脑倡议网站。

人死后大脑还活着吗?

2019 年 4 月对于该计划和整个神经科学研究来说都是一个里程碑:耶鲁大学医学院的 BRAIN Initiative 研究员 Nenad Sestan 在该杂志上发表了一份报告,透露他的研究小组在动物死亡四小时后恢复了猪脑的循环和一些细胞功能,研究结果挑战了普遍的观点,即心脏停止跳动后不久,脑细胞会突然受到不可逆转的损害。研究人员没有观察到大脑中有任何意识迹象,他们也没有试图观察。相反,研究人员向猪脑注入模拟血液流动的化学物质,并阻止神经元放电。研究人员强调,他们并没有让猪脑复活。然而,他们确实恢复了一些细胞活性。

其他资源

  • ”大脑和智力的进化”,作者:Gerhard Roth 和 Ursula Dicke,《认知科学趋势》(2005 年 5 月)
  • NIH:大脑计划
  • 美国国家科学基金会:了解大脑

本文由 Live Science 撰稿人 Ashley P. Taylor 于 2021 年 5 月 28 日更新。

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