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“为确定‘中国脑科学计划’应该怎么做,过去一年里科技部召开了很多会,因为全世界都在做,我们非做不可。”

 

蒲慕明(中科院上海神经科学研究所)

 

人的大脑是一个软组织,成人大脑重量平均约3磅(1.3公斤)。大脑表面是灰色的,我们称之为大脑皮层,大脑皮层上面有很多的皱褶,如果完全展开这些皱褶的话,大脑皮层的面积会有2200平方厘米。实际上大脑皮层是在人类演化过程中出现最晚的一个区域,其他脊椎动物已有完整的皮层下结构,没有这么丰富的皮层。所以这个大脑皮层是人类脑功能的关键。

 

根据脑组织沟纹的位置可以区分大脑的不同区域。这些区域看起来没啥差别,实际上每个区域功能不同。大脑皮层的四个主要区域及其负责的功能分别为:枕叶——视觉能力;顶叶——触觉和空间能力;颞叶——听觉和综合感知能力;额叶(有两个部分,一是运动皮层,协调肢体运动,二是前额皮层,其功能是理解、记忆、判断)。

 

以把大脑从中间的躯体感觉皮层区为例,里面每一个区域都各有明确的职能划分,上面这些区域主管人的腿部、脚部,中间的区域主管人的手指,而在感觉系统,如躯体不同部位的感觉,比如腿部、手指、脸部的感觉都由不同的区域分管。

 

人的大脑用了很多的组织来管面孔和手指,当然是因为手和脸是人类文明最重要的器官,手创造了器件,创造了很多工具,脸是表情、语言都需要的,也正因为功能的复杂,人的大脑皮层的增生在这两个区域特别显著。

 

这样的图谱告诉我们,大脑每个区域都有它特殊的功能,假如说人中风了,血管破裂,造成脑组织某一个区域损伤,比如说主管一侧腿部的脑区受损,那你这一侧腿部就会麻痹。所以每一个区域,跟疾病出现什么问题直接相关。

 

大脑的结构和功能

 

刚才讲到的CT检查,出了车祸第一件事情就是通过CT扫描看看大脑皮层有没有出问题。如做功能性的检测,还可以用到磁共振,比如叫你说话,看某一个区域有没有正常的电活动出来,可以从核磁共振检查获知。我们还可以用另外一种断层扫描法,通过将带放射性的元素注射到血液里面,可以放出正电子,可以成像,可以告诉你哪些地方有异常。比如说病人躺在这里面,注射了放射性物质,可以看到其脑部后面几个脑区的情况,比如让他说几个字,就会在左边皮层的一个特殊区域——语言区显示出电活动。语言区非常重要,假如中风出了问题,组织坏死,就不能说话。所以说话、听声音,看东西都是由不同的区域主管。

 

但是,假如说我现在思考,你要思考几个字,不听不看不说,把眼睛闭起来,叫你想几个字,各位猜,什么地方有活动?是不是有一个区域专门主管思考的?回答是没有,因为思考是整个大脑的行为,让你想几个字就意味着整个大脑都在为之活动。

 

所以思维活动,不是由某一个具体区域分管,而是很多区域联合在一起协力活动的结果。由此来看,我们对大脑的奥秘还有很多不清楚的地方,譬如为什么在思考的时候,听觉皮层会有活动,还有很多区域有活动,这是我们完全不知道的奥秘,所以对思维是怎么回事,我们是不清楚的。

 

这么样的一个皮层,里面到底是怎么回事呢?你要看它的结构,要做细胞学的染色,比如说从大脑切一片下来,可以发现很多细胞,只要有百分之几的细胞被染上色,就可以看到细胞体里面带有很强的网络结构,网络结构也是神经活动最重要的一个结果。

 

现在的技术已经进入到可以在活体层面甚至不要切片,就能直接看没有被破坏的组织是怎么回事。最近有一个技术,可以把鼠的脑拿出来,固定之后,用一种处理方法使它透明,可直接用显微镜看到网络结构。这是斯坦福大学的一个实验室做出来的,通过他们的技术,人们可以非常清晰地观察到大脑的结构。

 

覆盖人脑的神经网络约有140亿个脑细胞,脑细胞之间的联接“通路”却高达100万亿个,这些网络结构就是我们处理大脑所有的功能所需要的。尤其重要的是,关于脑细胞之间的通路和结点,大家可以记三个名词,一个是神经细胞有轴突,是信号输出端,还有一个是树突,是信号输入端,轴突和树突的交界点叫突触。

 

每一个细胞上都有成千上万个突触,神经细胞主要的功能是把所有的信号收集起来,处理这些信号,决定是不是要把信号送出去给下一个系统。

 

树突在生命个体出生之后开始大量产生,然后慢慢减少,这是因为人出生之后,一定要建立神经网络,但一开始不知道怎么建立,所以很多网络形成了,然后在小孩出生之后,伴随着学习过程,就把有用的连接留下来,没有用的连接给删掉了。

 

删除的过程也是造成个体差别的重要因素,这里关键是学习和训练,小孩子出生之后一定要学习,如果不学习,就不能形成正确的网络。

 

很多与智障有关的疾病,患儿刚出生的时候突触也是不少的,但基因问题会造成突触数目较少,造成接收信号不完整,主要表现为树突发育和修饰的问题。

 

即使智障患者,我们看到其出生几岁之前,其神经网络上的树突棘,还是有大量的网络形成,学习和交流对网络的形成极为重要,所以父母跟婴儿的交流、教导或者保姆对婴儿的教导非常重要。婴幼儿的网络形成,就是靠家庭成员和他(她)的互动,不正常的电活动就造成了不正常的网络。我们知道不同脑区的功能网络有不同的结果,如语言系统要是7岁之前不学语言,就永远学不会语言。7岁之前是关键期,成熟以后,可塑性还是在那里,但可塑性要比幼年期少。很多功能、记忆学习也会改变网络,也是因为可塑性。

 

脑疾病:世界性的问题

 

我现在要讲几个重要的脑疾病,第一个就是自闭症,在座有孩子的特别关心这个。自闭症现在是全世界一个非常严重的问题。自闭症患者有社交上的问题,其典型表现是自我中心,刻板行为,只玩一个东西,但他有的时候对空间图片的记忆特别好。

 

这些是先天的还是遗传的呢?现在看起来遗传的因素很大,因为同卵的双胞胎,一个得了自闭症,另外一个60到90%也会得自闭症,异卵双生子都得自闭症的概率是10%。自闭症全世界的患病率,比较详细的统计是在1966年到1997年间的,患病率逐渐上升,是千分之二的比例,但现在越来越多,2014年统计,美国每66个孩子中有一名自闭症的倾向,为什么越来越多了?

 

也许现在诊断的方法更先进了,以前不知道,现在知道了,也有可能社会环境变了,打的疫苗不一样,吃的东西不一样,各式各样的原因都可能造成自闭症上升。

 

在中国有多少呢?6岁以上的孩子是千分之三到四,目前中国的初步估计有100万自闭症患儿,世界卫生组织2008年估计中国有780万自闭症患者。

 

精神类疾病在中年中是一个很大的问题,据估计,成年的某一个特定时间里面,有17%的精神病发病率。自杀的人50%以上是因为精神病,精神病的社会负担是最高的,包括精神分裂症、抑郁症、强迫症、痴呆、焦虑症等。

 

老年人群,主要有痴呆症或者是遗忘症。我们最常说的老年痴呆症是一个特殊的疾病,现在也没有药治疗,人群也很广,估计目前中国有几百万。

 

我们根据得病率的统计,85岁以上的老人有50%是有老年痴呆的,现在85岁以上的人群越来越多了,我们估计到2050年,全国将近有1亿的患者,1亿患者的生活需要照顾,要有医疗系统,有家庭的照顾,这是不得了的一个社会负担。

 

但是,假如通过“中国脑计划”,能找到早期诊断的方法,发现有问题,马上去干预,把严重症状出现期从85岁延缓到95岁,社会负担就可以大大减轻。

 

现在痴呆症没有治疗的方法,这个病都是因为神经细胞衰亡,一旦到了这个程度,任何药物是挽回不了的。干预的话,要让他多做各种脑力运动,做各种各样的游戏,打麻将,这都是治疗老年痴呆的好方法。

 

我们建议,未来的健康检查,应包括脑健康检查,我们现在健康检查验血,看你血脂高不高,高的话要服用降脂药,我们也要有脑健康检查,每个中老年人都要做,通过简单准确的认知检测,很早看出来是否出了脑功能的问题,对自闭症、抑郁症、老年痴呆等疾病,做早期干预。

 

为确定“中国脑科学计划”应该怎么做,过去一年里科技部召开了很多会,因为全世界都在做,我们非做不可。这个“脑计划”的目标,科学家们已有共识,认为应该以“健康脑”为导向,聚焦在脑的工作原理和重大脑疾病相关研究的两大主题,希望在未来十年、二十年能够有完善的早期诊断和早期干预方法,以延缓发病,减少社会负担。

 

作者介绍:

 

蒲慕明,中科院上海神经科学研究所主任、中科院脑科学卓越创新中心主任,中科院外籍院士;加州大学圣地亚哥分校(UCSD)特聘教授、神经科学学科主任威廉·莫布里(William MOBLEY)和洛桑理工学院欧利弗(Marc-Oliver GEWALTIG)教授。

 

(作者授权赛先生刊发)

 

 

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