我们曾经在引言讲到,大脑就像一个控制室,控制室里的员工是细胞。
细胞(cell)是生物体结构和功能的基本单位,也被称为生命的积木,像一个充满水的小袋子。
大脑里的细胞主要可以分成两大类,一类叫神经细胞(或叫神经元),另一类叫胶质细胞。我们在这节先来聊聊神经细胞。
成年人的大脑大概有860亿个神经细胞。而每个神经细胞与大概7 000个神经细胞相连。这形成了一个巨大且复杂的神经网络,我们的一切心智都由此产生,包括情感、记忆,甚至对“我”的自我意识本身。
科学家是如何算出人类大脑里的细胞数量的?2009年,神经科学家苏珊娜·埃尔库拉诺-乌泽尔(Suzana Herculano-Houzel)和她的团队通过细胞膜溶解技术将四位刚刚去世且生前同意捐献的人的大脑制成了“脑汤”。他们通过测量小部分样本中的神经细胞数量,并通过等比例增加的计算方法,得出了“成年人的大脑平均有860亿个神经细胞”这个结论。乍听起来,860亿四舍五入也就差不多1 000亿了,只差140亿,但140亿个神经细胞相当于一个狒狒的大脑,甚至相当于我们的近亲大猩猩的大脑神经细胞总数的一半。所以这其实是一个相当大的差距。
神经细胞
nerve cell
又被称为神经元(neuron),这两个词的意思一样,可以互相替代使用,本书里统一使用“神经细胞”。如果你在其他的杂志或书里看到“神经元”,指的就是神经细胞。
我们的大脑里有各种各样的神经细胞,形状各异,不过总体来说它们像长了很多条腿的章鱼。它们“腿连着腿”形成一张可以传递信息的网络。它们的“大长腿”叫作轴突(axon),而轴突的末端叫作突触,你可以把它想成脚掌。
“大长腿”最长可以有多长呢?大概有1米。从你的大脚趾沿着腿一直到你尾椎骨的运动神经细胞就有这个长度,它也是人体中最长的细胞。这里补充一个知识,你的身体中最小的细胞是血管中的红细胞(red blood cell),最宽的地方也只有5微米。每次我开车出去玩儿,都会不由自主地联想到红细胞,感觉每辆车都是一个红细胞,而公路就是血管,密密麻麻的公路纵横交错,形成了网络,把我们送到各地。
像科学家一样实践
5微米到底有多长?物理教科书告诉我们,1微米等于1米的一百万分之一。这等于没说!你可以拔根头发来看看,人的头发直径约为50微米。这么细的地方,可以让10个红细胞挨个排列,而且还不拥挤。
当神经系统中的一个神经细胞被“激活”(譬如说你的脚不小心踩到了一颗图钉)之后,它的头(细胞体)会产生电。电会沿着它的“大长腿”(轴突)移动,形成电流,并传递到下一个神经细胞里。就这样一个传一个,电信号就会传递到大脑里,告诉大脑:“踩到图钉了!痛痛痛痛痛!”
你可以把这个过程想象成一个快递公司的送货系统。每个神经细胞就像一名快递员,不停地定向定点地递送着包裹。这包裹就是电信号。通过分门别类,即看着包裹来自何方(来自眼睛还是脚底),包裹是怎样的(大小怎样、形状如何),还有最近收包裹的次数(有时十几秒也看不到一个包裹,有时一秒哗哗哗地送来一连串包裹),大脑的相关处理部门就能知道这是什么信息。
你看到这里可能会觉得非常困惑,这怎么可能呢?我们这么多复杂的认知功能,即所看所想、所知所感,居然都是靠这么简单的电信号产生出来的吗?
神经细胞的形态和结构
这就是大脑的神奇之处,也是全世界的神经科学家,甚至许多物理学家、数学家、计算机学家,共同试图解答的问题。虽然我很不喜欢将大脑比作计算机的说法,但它能够帮助大家理解大脑。就像计算机的所有功能(无论是你正在看的这本书,每个汉字都是由我输入的,还是手机里精彩复杂的游戏,或者发射火箭时需要的复杂的程序)都由1和0编码组成,大脑的所有功能也是由这样看似简单的电信号搭建而成的。