“中国脑计划”能做什么?
文/蒲慕明(中科院上海神经科学研究所主任)
根据研究,脑组织沟纹的位置可以区分大脑的不同区域。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)。
也就是说,大脑每个区域都有它特殊的功能,假如说一个人中风了,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。
一个病人躺在这那里,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。
但是,假如说我现在思考,就是不听不看不说,什么地方会有活动呢?是不是有一个区域专门主管思考的?答案是没有,因为思考是整个大脑的行为。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。比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。
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,有3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,我们看到其出生到几岁之前,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。
此外,一些重要的脑疾病,如自闭症、精神类疾病、老年痴呆症等都是全世界的难题,这也都与大脑的奥秘有关。比如老年痴呆症,根据得病率的统计,85岁以上的老人有50%是有老年痴呆的,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,需要医疗系统救助,要有家庭的照顾,这是严重的社会负担。
但是,如果实施“中国脑计划”,对于老年痴呆症,就能找到早期诊断的方法,发现有问题,及早去干预,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。
目前全世界都在进行脑科学研究,中国也非做不可。对于“脑计划”的目标,科学家的共识是认为应该以“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。
(原文载于微信号“赛先生”,有删改)