Neuralink和大脑的神奇未来第二部分:大脑
因为真正的大脑很丑，一点都不可爱。人类真恶心。
但在过去的一个月里，我一直在谷歌图片里看着粘粘的、布满血丝的大脑图片，简直就是地狱。现在你也要经历同样的经历，所以请做好准备。
现在让我们从最外层开始。我觉得生物的一个优点就是有时候还挺有条理的，大脑也有一些有条理的地方。第一，人的头部结构像俄罗斯娃娃。
你头的最外层是头发，下面是头皮，然后你以为接下来会到达头骨——但实际上中间大概有19层的东西到达头骨。
在你的头骨和你的大脑[1]之间，还有另外一堆这样的东西:
在头骨下面，大脑被三层薄膜包裹着。
最外层是硬脑膜，是一层坚固不平整的防水膜。硬脑膜会紧贴在头骨上。我听说大脑中没有痛觉感知区，但在硬脑膜上有一个——它和面部皮肤一样敏感——硬脑膜上的压力或冲击经常会引起剧烈的头痛。
下层叫做蛛网膜，你可以看到这层膜下面的空间覆盖着一些弹性纤维。我一直以为我的大脑只是浸在某种液体里，然后它就在头骨里面漂浮着。但事实上，大脑外部和颅骨内部之间唯一的缝隙就是这块蛛网膜。这些纤维状物质可以固定大脑的位置，防止它四处移动。当头部受到撞击时，它们还能起到缓冲作用。这个区域充满了密度接近水的脊髓液，可以保持大脑的浮力。
最后一层是软脑膜，与大脑外层紧密相连。你知道为什么每次看到大脑的图片，总会有黏黏的血管覆盖在上面吗？这些血管实际上并不在大脑表面，而是嵌在软脑膜中。如果不怕恶心，这个视频可以看到一个教授从人脑中剥离软脑膜。)
下面是大脑的全貌，这里应该是猪脑:
从左到右，你会看到皮肤(粉色层)，然后是两层头皮，然后是颅骨、硬脑膜和蛛网膜，最右边是软脑膜下包裹的大脑。
如果我们把外层的东西都剥掉，我们会看到这个粉红色的东西:
这个看起来滑稽的东西是宇宙中已知的最复杂的物体——虽然它只有三磅重，但神经科学家蒂姆·汉森称之为“目前已知的信息密度最高、结构程度最高、自我组织最完整的东西”。拥有如此强大的大脑，其运行功率仅为20瓦(同样强大的计算机将需要2400万瓦才能启动)。
麻省理工学院教授Polina Anikeeva将大脑描述为“一个可以用勺子舀出来的软布丁”。脑外科医生本·拉波波特给出的描述感觉更科学:“介于布丁和果冻之间的形状”。他说，如果你把一个大脑放在桌子上，它会在重力的作用下变得扁平，有点像水母。我们通常不会想到大脑会这么软，因为它通常处于悬浮在液体中的状态。
但这就是我们。你在镜子里看到自己的身体和脸，你以为那是你——但其实只是一张皮。你真正的样子是一个奇形怪状的果冻球。我希望你不介意这么说。
虽然听起来很奇怪，但你不能责怪亚里士多德或者古埃及人，虽然他们曾经得出结论，大脑只是一个毫无意义的“脑壳填充物”(亚里士多德认为心脏是智力的源泉)。[2]
后来，人类逐渐了解了更多关于大脑的真相，但只是部分了解。
比如Krishna Shenoy教授说，我们对大脑的理解就像16世纪初对整个世界地图的理解一样。
另一位教授杰夫·李奇曼说得更加严厉。在他的课程的第一堂课上，他总会问学生一个问题:“如果大脑中包含的知识是一英里，那么在这段旅程中，我们已经走了多远？”他说，学生们回答了三分之一、一半和四分之一——但教授给出的答案是“大约3英寸”。
第三位教授是神经学家莫兰·瑟夫。他跟我分享了一句神经科学的老话，这句话指出了为什么试图完全理解大脑是一个高不可攀的悖论:“如果人类的大脑真的那么容易理解，那么我们不可能用这么简单的大脑来理解大脑。」
在人类正在建立的巨大知识库的帮助下，我们也许能在未来的某一天做到这一点。现在，我们来看看目前人类对大脑的了解——从宏观角度出发。
我们先通过下面的半球横截面图来看看大脑的主要结构:
现在我们把大脑拿出来，把左半球去掉，这样就能看清结构了。
神经科学家保罗·麦克莱恩(Paul MacLean)做了一个简单的示意图，解释了我们之前讨论过的一个基本概念:在进化过程中，首先出现了爬行动物的大脑，后来哺乳动物在此基础上发展出了第二种大脑结构，最后人类的出现完善了第三种大脑结构。
以下是这些结构在真实大脑上的对应位置:
接下来，我们来看看这里的每个部分:
这是我们大脑中最古老的部分:
这是上面青蛙老大所在的大脑部分。事实上，青蛙整个大脑的形状与我们大脑的这一部分非常相似:
了解了这些部位的功能后，你就明白为什么它们是古老的了——青蛙和蜥蜴能做这些部位能做的事。以下是主要部分(点击动画查看高清版):
延髓只想让你不死。它负责控制一些不自主的活动，如心跳、呼吸和血压。另外，如果它认为你中毒了，会让你呕吐，做各种吃力不讨好的工作。
脑桥的工作非常零碎。它负责吞咽、膀胱控制、面部表情、咀嚼、唾液分泌、眼泪分泌和姿势维持——基本上根据心情做一切事情。
中脑的工作甚至比脑桥更不完整。如果大脑某个部分做的事情已经被其他部分打理了，那肯定感觉不好。这里说的是中脑，它负责视觉、听觉、运动控制、警觉性、体温控制等大脑其他部分在做的事情。大脑的其他部分似乎不太喜欢中脑，因为你可以看到“前脑、中脑、后脑”的比例是多么的不同，所以看起来中脑是被其他部分排斥的。
然而，脑桥和中脑也有一项有价值的工作。他们还负责控制眼睛的自主运动，这是一个严重的问题。所以如果你在翻白眼，这意味着你的脑桥和中脑在做它们的一项全职工作。
这看起来有点奇怪。看起来像大脑阴囊的是你的小脑。小脑负责保持你的平衡，协调你的手脚，正常行走。这是冷静教授展示小脑解剖结构的视频。
脑干上方是边缘系统——大脑中让人如此疯狂的部分。
边缘系统是一个生存系统。一般的说法是，当你在做你的狗会做的事情——吃、喝、交配、打架、躲避或逃避可怕的事情——这就是拉弦中的边缘系统。不管你愿不愿意承认，只要你在做以上任何一件事，你就处在原始人的生存模式中。
边缘系统也控制着你的情绪，情绪归根结底也是生存的需要——是更高级的生存机制，对于生活在复杂社会结构中的动物来说是必不可少的。
在我之前的文章中，我提到了即时奖励猴子、社会生存猛犸象和其他动物——它们都指的是边缘系统。每当你的大脑中有一个内部斗争的时候，边缘系统的工作可能就是鼓励你做一些你以后会后悔的事情。
我坚信学会控制边缘系统是人类成熟的标志，也是人类最核心的奋斗。这并不是说没有边缘系统我们会活得更好——边缘系统是我们成为人类的一半原因，我们生活中的大部分乐趣都与情感或动物本能欲望的满足有关——但边缘系统并不知道你生活在一个文明社会，如果你让它走得太远，它很快就会毁了你的一生。
好了，让我们仔细看看。edge系统由许多小部件组成，但我们仅介绍一些最重要的部件:
杏仁核可以说是大脑中负面情绪的集中地。它负责焦虑、悲伤和我们对恐惧的反应。大脑中有两个杏仁核。奇怪的是，左边的杏仁核更乐观。除了平时的负面情绪，有时候还会产生开心的情绪，而右边的那位一直心情不好。
海马体(顾名思义，因为长得像海马体)就像记忆的画板。如果你把一只老鼠放进一个迷宫，它会慢慢记住迷宫的路径，因为迷宫路径的记忆会被编码进老鼠的海马体——的确如此。当老鼠走到迷宫的不同位置时，它的两个海马体的不同部分会被唤醒，因为迷宫的每一部分都对应着海马体的某一部分。但如果老鼠在记住一个迷宫后做其他任务，一年后又被放回原来的迷宫，它就很难回忆起如何到达迷宫。因为这个时候海马体的速写板上的大部分内容已经被清除，为记忆新的东西腾出空间。
电影《记忆碎片》中描述的疾病是真实存在的——顺行性健忘症是由海马体的损伤引起的。阿兹哈莫氏症的发病始于海马体，然后慢慢扩散到大脑的其他部位，这也是阿兹哈莫氏症患者首先变得健忘，然后出现一系列其他严重症状的原因。
丘脑位于大脑的中央。它就像是感觉系统的中间人。它负责接收来自感觉器官的信息，然后传输到大脑皮层进行处理。当你在睡觉的时候，丘脑也和你一起睡觉，这意味着负责传递感官的中间人下班了。所以在深度睡眠期间，你通常不会因为轻微的声音、光线或触摸而醒来。如果你想叫醒一个正处于深度睡眠中的人，你必须大声到足以唤醒丘脑。
唯一的例外是嗅觉，这是唯一可以绕过丘脑的感觉。这就是为什么嗅盐可以用来唤醒昏迷者。既然来了，那就补充一个冷知识:嗅觉是嗅球的功能，是最古老的感官。与其他感官不同，嗅觉位于边缘系统的深处，它与杏仁核和海马体都密切相关——这就是为什么嗅觉可以唤起特定的记忆和情绪。
最后，我们谈到了皮层，它也被称为“皮层”、“新皮层”、“大脑”和“大脑皮层”。
作为整个大脑最重要的部分，它连自己的名字都搞不清楚。这是怎么回事？
皮层几乎是无所不能的——它负责处理听觉、视觉和感官信息，以及语言、动作、思维、计划、性格等诸多方面。
皮层可分为四片叶子:
这几个部分的职责真的不太连贯描述，因为每个部分都做了很多事情，相互之间有很多重叠的职能，但是我们可以简单概括一下:
额叶负责你的人格和一系列我们认为与“思考”有关的事情，包括推理、计划、执行等功能。其中，你的大部分思维行为发生在被称为前额叶皮层的额叶前部——你大脑中的智者。在前面提到的大脑内部斗争中，前额叶皮层是边缘系统的对立面。催促你完成工作的是理性的决策者；告诉你不要担心别人意见的内部声音；希望你不要斤斤计较。
如果你觉得这些任务还不够麻烦，额叶还负责你身体的运动。额叶顶部的前回是你的“初级运动皮层”。
顶叶的功能之一是触觉控制，最重要的是“初级体感皮层”，它就在主运动皮层的后面。
紧挨着的主要运动皮层和主要体感皮层特别有趣，因为神经科学家发现它们的每个位置都对应于身体的某个部位。这就引出了文中最吓人的一张图——“homuculus”。
侏儒图形是由神经外科的先驱怀尔德·潘菲尔德提出的，它形象地展示了主要运动皮层和主要体感皮层所对应的身体部位。身体部位在图片中所占的比例越大，在相应的皮层中所占的面积就越大。以下是一些有趣的发现:
首先，大脑对面部和手部运动以及触觉的负责程度超过了所有其他身体部位的总和。虽然这听起来有点不可思议，但其实也是可以理解的，因为我们需要做出非常细微的面部表情，我们的手需要极其灵巧，但是身体的其他部位，比如肩膀、膝盖、背部，不需要那么细致的动作和感觉。这就是为什么人类能用手指弹钢琴，却不能用脚趾。
其次，这两种皮层对应的身体部位比例也高度相似。这个我可以理解，但是我从来没有想到，身体最需要动作控制的部位，也是最敏感的部位。
最后偶然看到了下面这张图，从此一直萦绕在我的脑海里，所以现在我就让你体验一下这种感觉——一个3D版的侏儒。
让我们继续——
颞叶负责储存你的大部分记忆。另外，因为它紧挨着你的耳朵，也是听觉皮层的位置。
最后，位于你后脑勺的是枕叶，它几乎完全用于处理视觉信息。
很长一段时间，我认为这些大脑叶是组成大脑的部分——就像我们在3D模型中看到的分区一样。但实际上，皮层只占大脑最外层2mm——相当于一枚硬币的厚度——表层以下的空间基本上是各种神经组织的复杂连接。
如果把大脑皮层剥离，可以得到2000到2400平方厘米厚2 mm的区域，[4]相当于48cm×48cm(19 x 19英寸)的方形餐巾。
这张餐巾纸是你大部分大脑行为发生的地方——它是你能够思考、移动、感觉、看、听、记、说和理解语言的原因。这简直是有史以来最好的餐巾。
记得我说过“你只是个果冻球”吗？其实，你对自己的看法主要是你的大脑皮层。换句话说，你其实就是一张餐巾纸。
当整个大脑和剥离的皮层放在一起时，我们可以清楚地看到这些褶皱增加的餐巾面积:
虽然还不完善，但现代科学已经基本掌握了大脑的全貌。另外，我们对大脑的细节也有一定的了解。接下来是对大脑细节的介绍:
虽然我们早就明白大脑是人类智力的源泉，但科学界直到不久前才搞清楚大脑的结构。科学家们已经知道人体是由细胞组成的，但直到19年底，意大利外科医生卡米洛·高尔基才发现一种染色方法，揭示了脑细胞的真实面目。他最终发现的结果令人惊讶:
这看起来不像细胞应该有的样子。高尔基没有意识到，他发现的其实是一个“神经元”。
科学家后来认识到，对于几乎所有的动物来说，神经元是构成大脑和神经系统的核心单位，也是它们内部庞大的通讯网络。
但是直到公元1950年，科学家们才进一步发现了神经元之间的交流方式。
轴突，即神经元上携带信息的细长突起，通常直径非常小——因为太小，科学家直到最近才能用它来做实验。在1930年代，英国动物学家J·Z·杨(J Z Young)意外地做出了一个颠覆传统认知的发现——鱿鱼有一个异常大的轴突，可以用来做实验。几十年后，科学家艾伦·霍奇金和安德鲁·赫胥黎利用鱿鱼的巨型轴突，终于找到了神经元传递信息的方式——动作电位。它的原理是这样的:
首先，神经元有很多种类型:
为了简单起见，我们只讨论一种简单常见的神经元——椎细胞，你可以在运动皮层中找到它。如果我们想画一个神经元图标，可以先画一个小人:
然后再给他加一些腿和头发，把他的胳膊拿掉，最后把他拉长——这样我们就画出了一个神经元。
然后我们再增加一些神经元。
这里不打算解释动作电位的详细原理，因为会涉及到很多不必要的、枯燥的专业内容，这些你应该在初中生物课上学过。如果你想全面了解相关信息，建议你看看可汗学院这篇高质量的科普文章。接下来我们只了解一些与本文主题相关的基本概念。
现在，我们的神经元恶棍的尾巴——轴突——有一个负的“静止电位”，这意味着它在静止时会带轻微的负电荷。我们的神经元小人的头发(树突)总会被其他小人的脚碰到[5]，虽然他可能不情愿。别人的脚会在他的头发上滴一种叫做神经递质的化学物质，这种化学物质会穿过他的头部(细胞体，或称“体细胞”)，根据化学物质的性质，他会稍微改变身体携带的电荷。虽然这会让我们的神经元小人有点不舒服，但这不是什么大问题——除此之外不会发生任何事情。
但是如果有足够多的化学物质接触到他的头发，使他的电荷上升到一定值，也就是神经元的“阈电位”，那么这个小人就会处于动作电位，也就是说，他会被电击。
这是一种非此即彼的状态:我们的反派要么完全不变，要么完全震惊。他不会部分或过度震惊——要么根本不会震惊，要么每次都震惊到同样的程度。
当这种情况发生时，一股电流会从他的身体(轴突)流向他的脚(轴突末梢)，后者会接触到其他恶棍的毛发(这个接触点称为突触)。在这个过程中，小人身体的电荷会暂时由负转正，然后迅速恢复到他正常的负电位状态。当这种动作电位到达小人的脚时，轴突尖端会向其接触的毛发释放化学物质，这可能会导致被接触的小人触电，就像之前一样。
这是信息在神经系统中的传递方式——化学信息通过神经元之间的微小缝隙传递，电流信息通过神经元触发——但当身体需要快速传递一个信号时，神经元也可以通过电流传递信息。
动作电位的传输速度在每秒1至100米之间。之所以会有这么大范围的变化，部分原因是因为神经系统中的另一个细胞——许旺细胞——就像一个老太太，总认为自己的孙子衣服不够穿，一直用厚厚的毯子——髓鞘覆盖着自己的轴突。整个过程是这样的:
除了保护和绝缘，髓鞘是影响神经元信息传递速度的主要原因——当轴突被髓鞘包裹时，动作电位的传递速度会快很多。[7]
我们举个例子来说明髓鞘对信息传递速度的影响:比如当你的脚趾踢到什么东西时，你会立刻意识到你刚刚做了什么，但可能要过一两秒钟你才开始感觉到脚趾的隐隐作痛。你可以立即感觉到有东西踢了一下，一阵剧痛，因为疼痛信息是通过髓鞘包裹的轴突传递到大脑的，而你后来开始感觉到钝痛是因为这种疼痛是通过没有髓鞘保护的“C类神经纤维”传递的，其传递速度约为每秒1米。
从某种意义上说，神经元很像计算机中的晶体管——它们都是以“1”(动作电位激活)和“0”(非动作电位激活)的二进制语言传递信息。但与计算机晶体管不同，大脑中的神经元总是在变化。
你一定有过这样的经历。你学了一门新技能，掌握得很好，但是第二天你发现你不行了。之所以第一天就能学会这个技能，是因为神经元之间传递信号的化学物质的数量或浓度发生了变化。重复的行为会导致这些化学物质的变化，让你取得进步，但是第二天，之前已经调整好的化学物质又会回到正常水平，你之前的进步也就消失了。
但如果你坚持练习，你最终会长期掌握这项技能。在这个过程中，你其实是在告诉大脑“这不是一蹴而就的”，然后大脑的神经网络就会做出结构性的调整，这种调整可以持续很长时间。神经元会改变它们的形状和位置，加强或削弱不同的连接，并根据它们需要学习的技能建立固定的路径。
神经元可以在化学上、结构上甚至功能上改变自己，并根据外界不断优化大脑的神经网络。这种现象被称为神经可塑性。婴儿的大脑具有最高的神经可塑性。宝宝出生后，他的大脑根本不知道自己以后会过上什么样的生活:剑术一流的中世纪武士？一位擅长弹奏大键琴的17世纪音乐家？还是既要记忆和整理海量信息，又要管理复杂人际关系的现代学者？无论如何，婴儿的大脑已经做好了不断自我调整的准备，可以应对未来任何形式的生活。
虽然婴儿的神经可塑性最强，但这种能力会伴随我们一生，所以人类可以成长、改变、学习新知识，而这也是我们可以形成新习惯、改变旧习惯的原因——习惯其实是大脑现有神经结构的一种反映。想要改变习惯，需要发挥巨大的意志力推翻之前大脑建立的神经路径，但如果你能坚持足够长的时间，大脑最终会被指令改变之前的路径，新的行为习惯不再需要意志力的支持。大脑对于新习惯做出了相应的生理变化。
这个难以想象的庞大神经网络由大脑中大约6543.8+000亿个神经元组成——这个数字和银河系的恒星数量差不多，还是全球人口的十倍以上。其中，150到200亿个神经元位于皮层，其余的位于大脑的下部(令人惊讶的是，小脑的神经元数量是皮层的3倍多)。
现在让我们仔细看看大脑的另一个横截面图——但这一次，我们没有把大脑分成两个半球，而是从中间切开:
大脑内部物质可分为灰质和白质。灰质看起来颜色较深，由大脑神经元的细胞体、树突和轴突组成。白质的主要成分是负责在神经细胞体或身体其他部位之间传递信息的轴突。白质之所以是白色的，是因为这些轴突通常被髓鞘包裹，髓鞘是一些白色的脂肪组织。
灰质主要存在于大脑的两个区域——如上所述的边缘系统和脑干内部，以及硬币般厚的大脑皮层。它们之间的大脑白质主要由皮质神经元的轴突组成。皮层就像大脑的指挥中心，它通过存在于底层白质中的大量轴突来传递指令。
下面是我见过的最漂亮的灰质和白质概念图，是格雷格博士制作的。邓恩和布莱恩·爱德华兹博士。可以清楚地看到外侧灰质和下方白质的结构差异(点击图片查看高清版):
这些皮层轴突可能将信息传递到皮层的其他部分，传递到皮层下的大脑，或者通过脊髓(神经系统的告知功能)传递到身体的其他部分。[8]
让我们来看看一个完整的神经系统是什么样子的: