想象每个神经细胞就是一台电脑,电脑与电脑之间的沟通可以通过电缆、蓝牙进行。那神经细胞与神经细胞之间是如何沟通的呢?
说到这里就不得不提科学史。20世纪初,科学家就发现神经信号是通过电沿着神经细胞传播的,因此很自然地认为细胞与细胞之间也是靠电信号沟通的。这个理论似乎很有道理,但当人们发现神经细胞与神经细胞之间有个叫作突触(synapse)的间隙之后,这个理论就站不住脚了,因为没有人能解释电要如何跨越这样的鸿沟。
最后,德国科学家奥托·洛伊(Otto Loewi)和英国科学家亨利·戴尔(Henry Dale)发现,有一些突触并非用电,而是用化学物质传递信号的,他们也因为这个发现在1936年获得了诺贝尔生理学或医学奖。而这个担任神经细胞之间的信使的化学物质,就是神经递质。
每个神经细胞都不是孤独的,每一个都会与其他的神经细胞相接,而这个相接之处就是突触。突触对于我们来说非常重要。每当你看见一个熟悉的脸孔、听到一个声音,或是学习到一个新词,你的大脑里就会有上百万个细胞通过上亿的突触同时相互沟通。你有没有想过,当你在学习新知识的时候,大脑是怎么记住的?是长出了新的神经细胞吗?并不是,当新的记忆形成的时候,变化的其实是突触。
诺贝尔生理学或医学奖
Nobel Prize in Physiology or Medicine
对于我们研究生物、医学方面的科学家来说,这是一辈子能获得的最高荣誉。创立这个奖项的人——阿尔弗雷德·诺贝尔(Alfred Nobel)是一名瑞典的发明家和企业家,他因为发明硝酸甘油炸药、生产武器和炼钢而变得极其富有。根据他的遗嘱,人们创立了诺贝尔奖,每年颁发一次,颁给在不同领域有重要发现或发明的科学家。不过,想要得到这个奖项,不仅要有改变世界的发现或发明,还要活得足够长,因为诺贝尔奖只颁发给在世的人。
要注意的是,并不是所有神经细胞之间的沟通都靠神经递质。
突触分两种,一种是上面提到的化学突触,宽度大概有20~40纳米,靠神经递质来传递信息,这种占大多数;还有一种是电突触,宽度只有2~4纳米,可以直接用电来传递信息。
这两种突触各有其优点。电突触最大的优点是传播信号的速度更快。所以电突触一般会在特别需要急速反应的功能中出现,如反射反应。比如你一脚踩上一颗图钉,脚会自动、快速地离地防卫。从脚到脊髓,全程就靠电突触,所经过的突触数量不会超过5个。
突触的结构
这么说,电突触很棒啊,为什么不能让大脑全都用上电突触呢?因为电突触有个致命缺点,那就是“缺乏增益”。这是什么意思?就是经过电突触后,神经信号强度要么不变,要么变小。一个信号从这头送到那头,往往要经过成千上万的突触,要是大多数信号强度都在路上被损耗,那这沟通效果也太糟糕了。你可以想象,一块蛋糕从蛋糕店到你家需要经过几百个人站成一排手动传递,他们手速倒是很快,但每个人都要不经意地啃一口。想象一下,蛋糕到你手上的时候,还能剩下什么?而化学突触更加灵活,可以增益,也可以减益,类型丰富,搭配起来能有奇效。
神经递质
neurotransmitter
神经细胞与神经细胞之间的通信员。
所谓有奇效,是能产生各种各样神奇的效果。这些效果和突触使用的神经递质有关。现在已知的神经递质至少有30种,最有名的有四种:多巴胺(dopamine)、血清素(serotonin)、去甲肾上腺素(norepinephrine)和乙酰胆碱(acetylcholine)。你可以在情感篇读到关于这些内容的具体介绍。
多巴胺带来的效果是奖励。每当你得到了意外的奖励,大脑释放多巴胺,让你体验到这份满足感,下一次即使你还没有收到这份奖励,也会为其努力。你可以姑且把多巴胺当成“燃料”,让你动力十足。血清素的功能更多样化,它会让你感觉放松、心情平静。去甲肾上腺素和精神状态相关,能让你集中注意力。而乙酰胆碱对我们产生新的记忆有重要的作用。