神经细胞的复杂性

脑神经细胞中隐藏着学习与智能、爱与恨的秘密。其实，在人的大脑皮层中，并不是我们想象的那样杂乱无章。

大脑皮层、神经元（即神经细胞）、突触、树突、轴突、神经递质和神经信号等构成了大脑功能研究的不同层次。神经电信号活动是所有感知、思维及其他脑高级功能的基础。要了解脑的奥秘，最根本的是揭示脑内信息的传递、加工、整合、提取等基本活动规律。神经电信号也是大脑指挥与调节运动的基本“语言”。

   那么“语法”呢？就是由许多神经元组成的一个个专门小组，各有不同的分工。如视觉功能区的神经元群，分别识别颜色、形状或运动。它们之间的多样联系，使得我们看到了夏日里娇艳欲滴的玉莲和粉荷依漂在碧青的池塘上。这是一个有机整体，而不是无关的色块和随意交叠的线条。各种神经元各司其职，并互相协作，就使得大脑成为一个有机的整体，工作有条不紊，顺利地完成各种各样的功能。

脑大小与智力

   如果问：海豚和老鼠，哪一种动物比较聪明？几乎所有的人会毫不犹豫地脱口而出：“海豚。”在水族馆中，我们看到经过训练的海豚，能表演多种高难度动作，例如水中跳跃、跳舞、接球投篮、打乒乓球，钻火圈等。海豚总是笑容可掬，似乎和人类，很友善

人们会问：海豚为什么这么聪明呢？原来它的脑不仅很大，而且沟回皱褶很多。据测定，成年海豚脑重量为1400克，和人类的脑重量相当。“人类近亲“黑猩猩脑的重量仅为630克。大脑皮层表面积、海豚为3745平方厘米，人类则为2500平方厘米，是人类的1，5倍。海豚大脑皮层结构甚至比人类还要复杂，其脑神经细胞数量也比人类或黑猩猩多，而神经细胞密度与人类或黑猩猩几乎没有差别。海豚大脑的宽度超过了长度，这种变化使其对声音特别敏感。此外海豚还有一种独特的本领：大脑两半球能轮流工作和休息，每隔十几分钟换一次，这使海豚总在搏击风浪，而不觉疲劳。

不过，有人拿海豚鱼老鼠比较，认为“海豚并不比鸽子聪明，甚至比老鼠还要愚蠢”。那么，海豚的智力究竟有多高？人类和海豚的沟通是否有助于它们增进智慧？

“智力”通常有三种含义：一是对不同状况的适应能力；二是由经验获得的学习能力；三是利用声信号或视觉符号等抽象特征进行思考的能力。根据野生海豚的行为及表演杂技时与人沟通的情形，可以推测海豚的适应与学习能力很强：海豚的脑“大”，主要是司管听觉、运动和学习能力的脑区高度发达，占据了大部分位置。尽管海豚是杂技高手，但对抽象几何图形的识别不如鸽子或老鼠快。目前也没有证据表明海豚能够运用声信号或视觉符号进行“抽象思考”。

脑细胞

   脑神经细胞中隐藏着学习和智慧、爱与恨的秘密。在大脑中3000亿至4000亿的神经细胞，构成了这一重量为1400克的思维器官，每平方毫米大脑皮层约有15万个细胞。各种神经细胞的结构大体相似。它们都有膨大的细胞体，其一端有许多纤维状的树突就像分叉的树枝向外延伸，而另一端是轴突，它向下延伸至轴突末梢。细胞间以独特的”语言”交流，树突“接听”，经加工再由轴突“发送”加工后的信息。

  为了能进行信息交流，神经细胞间不得不相互衔接。许多神经细胞的轴突头上有无数个花蕾状的东西，称为轴突末梢，有时数量达到上万个，与其他细胞的树突相连接。

突触传输

   在显微镜下观察一下神经元。对新鲜的脑进行解剖时，会发现神经元呈灰色，故把中枢（指中枢神经系统内与特定生理功能有关的神经元群）中神经元胞体的集合通称为灰质。神经元之间借由树突和轴突彼此连接，形成复杂的网络结构。每个神经细胞可与上万个细胞相互连接，人的脑颅内有百万亿个神经末梢在紧张地忙碌着，每立方毫米的大脑皮层中有数千米长的神经纤维。

  其实在大脑皮层中，并不是我们想象的那么杂乱无章。每个神经元主要是与邻近的神经元连接，因为大部分轴突相当短。在大脑皮层中，具有相似功能的神经元井然有序地排列着。视觉皮层就是极好的例子，部分视觉皮层神经元专门负责感知不同的几何图形，另一部分神经元则对颜色区分负责。

  神经细胞之间靠电信号或神经递质等化学物质进行沟通。神经细胞传递的动作电位沿着轴突向外扩散，抵达轴突末梢。轴突末梢与另一个神经元的树突或胞体之间发生突触联系。电突触产生的特定位点称为狭缝连接，突触前膜与突触后膜之间的间隔仅约3纳米。化学突触的突触间隙宽约20~50纳米。突触末梢（突触前膜）包含许多直径约50纳米的突触囊泡。这些囊泡储存了用于传递信息至突触后神经元的化学物质。

  当神经动作电位到达轴突末梢时，触发打开那些充满化学物质的细小囊泡，囊泡通过胞吐作用释放其内容物（神经递质），进入突触间隙。如同鈅匙插入锁中那样，神经递质与突触后膜上与之匹配的受体，即镶嵌在突触后膜致密带的特异性蛋白分子结合，蛋白质分子的构象发生改变。神经递质谷氨酸有3种谷氨酸受体亚型，每一种受体亚型都可与谷氨酸结合，且可被不同的激动剂选择性激活。受体激活后，使得突触后神经元产生兴奋性突触后电位，继而导致该神经元的去极化，形成新的电信号。这样的电—化学—电的信号转换，使大脑的许多计算能力成为可能，也参与学习和记忆过程。突触传递出现异常，会导致某些精神疾患。突触也是神经毒气和大多数精神药物的作用位点。

神经递质

   大脑中的神经递质大约有50多种。基本上可分为3类：氨基酸，单胺（如乙酰胆碱、多巴胺、肾上腺素、组胺、去甲肾上腺素、5-羟色胺等）和多肽。大脑中不同神经元之间的神经递质突触的快速传递是由谷氨酸、γ-氨基丁酸和甘氨酸介导的。当神经递质与相应的受体结合时，大脑才能完成伟大而精确的工作。一旦其中的一种或几种神经递质发生了混乱，就会造成异常严重的后果。我们常听说的帕金森病就是此类精神疾病。

   帕金森病以运动过少为特征，在50岁以上人群中发病率约为1%。该病的症状包括：运动迟缓，意向性运动困难，肌肉强直，以及手和下巴的震颤。大多数帕金森病患者中的中脑一个称为黒质的深色小核中有80%以上的多巴胺能神经元坏死，以致黒质到纹状体传入通路发生退变。而这些传入通路使用的神经递质是多巴胺。随着多巴胺的耗竭，就关闭了信号传入大脑运动的输入通路，表现四肢僵硬，身体失去平衡感并且不同地颤抖。有时还观察到了属于神经分裂症的典型症状。由于阻抑多巴胺受体的药物也能缓解神经分裂症的症状，人们估计多巴胺在治疗帕金森疾病方面可能有作用。

   谷氨酸是神经递质的重要成分之一。谷氨酸和甘氨酸可由糖和其他前体物质在脑中合成。如果谷氨酸过量，会有毒素作用。大脑的血液屏障可阻止外来谷氨酸过量进入。味精的化学成分就是谷氨酸单钠盐。有些味精过敏人用少量味精就会出现头晕、四肢麻木等症状。

作业思考题：

   神经元与电脑之间的工作原理有什么相同点和不同点？