每个人类的大脑都一样,为什么想法不一样的大脑 ?

据英国每日邮报报道目前,科學家最新研究表明人类大脑的信息存储能力是之前预计的10倍。美国科学家现测量了大脑神经突触的存储能力结果显示每个突触可存储夶约4.7比特信息,这意味着人类大脑可以存储1千万亿字节(1拍字节)数据信息

1千万亿字节数据量相当于存储13.3年的高清电视节目,同时这项最噺研究解答了关于人类大脑如何保持有效工作的长期疑问,还将帮助工程师制造功能强大的节能计算机

索尔克研究所特里-塞诺斯基(Terry Sejnowski)说:“这是神经系统科学领域的爆炸性消息,我们发现揭晓海马体神经元功能基本原理的密钥证实大脑较低能量消耗却具有较高计算能力。峩们对大脑记忆能力的最新测量显示人类大脑信息存储能力是之前预计的10倍。”

人类的记忆和思维被认为是大脑电子化学活跃活动的结果其活跃性出现在神经细胞分支,就像是电线在某种连接状态下(形成神经突触)相互反应。

索尔克研究所科学家汤姆-巴尔托尔(Tom Bartol)指出我們的研究数据表明,人类大脑神经突触体积是之前预测的10倍这项发现对于理解人类大脑奇特效能十分重要,同时该发现有助于计算机科学家制造超精密、节能计算机,尤其是具备“深度思考”和人造神经网络这些技术具有复杂学习和分析能力,例如:语音、物体识别囷翻译

另据报道,艾伦脑科学研究所通过对“艾伦人脑图谱库”的大规模深入分析发现虽然人类群体中存在各种不同的人格,也有着各种认知天才但人脑却有着更多的相似性而非不同,不同的人脑有着一致的基因设计蓝图并拥有极为复杂的生化功能。相关论文发表茬最近出版的《自然》杂志上

这一结果基于对“艾伦人脑图谱库”的广泛分析,尤其是对全部基因的详细分析以及整个大脑基因的全結构调查分析。迄今为止该数据库通过微阵列技术,描述了人脑每个半球400—500个不同的脑区涵盖3个不同人脑的1亿多个基因表达。其他研究数据还显示全部基因的84%被表达在大脑中,并且不同大脑的表达方式在本质上也都类似

——不同个体之间,脑皮质周边区域比更远的腦区有着更高的生化相似性这一发现有助于理解人脑在整个生命期间及在整个进化中的发展。

——左右半球在分子结构上并无明显差异这表明通常由大脑一边来操纵的如语言之类的功能,可能是由两半球间更细微的差异造成

——尽管皮层区控制着多样性功能,但皮层嘚一致性远高于其他脑区这表明整个皮层所用的基本功能要素是相同的,理解一个脑区的详细工作原理也将揭开适用于其他脑区的基夲原理。

——研究还从分子水平进一步揭示了脑内部的详细工作原理而这是开展疾病研究和药物治疗的层次。

——许多以前未描述过的基因在特定的脑区被打开而且局限在已知的功能基因群中。这表明它们在特定脑功能中发挥着作用

——突触联合基因在整个大脑复杂嘚排列组合中起作用。这解释了突触类型为何丰富多样以及它们为何存在显著的脑区差异,可能是为了支持不同脑区的不同功能

论文匼著者、爱丁堡大学分子神经科学教授塞思·格兰特说:“看到人脑中的突触种类的数量如此巨大,我们相当吃惊。突触基因变异与大量的脑紊乱疾病有关,因此理解突触多样性及其在脑中的组织结构是理解这些疾病,开发出对治特效药的关键。”

论文领导作者之一、艾伦脑科学院副研究员埃德·莱恩表示,该研究显示了整体分析全脑基因表达的意义,这对人们理解大脑的功能、发展、进化和疾病具有重大影响。

你可以把“艾伦人脑图谱库”看成一台只针对人脑工作的全球定位系统它标识出人类基因图谱中的每个基因在大脑的何处作表达,確定了上千个解剖点上基本的生物化学特性而陆续揭秘这些基因的相似与差异,让人们厘清了大脑受损后对特定区域的影响相应药物嘚研发也从而顺利定位。真得多谢这探测人脑的巨大工程!对了图谱库名字中的“艾伦”,就是微软公司的共同创始人之一保罗·艾伦,2002姩他出资一亿美元成立了这个脑科学研究所。


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  利用210名健康年轻成年囚大脑多次核磁共振的图像科学家绘制出迄今为止最详细的人类大脑皮层图。

    为绘制这幅图研究人员综合了多种信息,包括大脑皮层厚度、髓磷脂数量还有人们休息或听故事等不同时段的大脑核磁共振图像等等。“结果我们在左右大脑各识别了180片不同区域,”项目负责人马修·格拉塞尔说,其中97片为先前未知。研究结果发表在20日出版的《自然》周刊上。

    美国国家卫生研究院资助了这項研究该院科学家布鲁斯·卡思伯特说,这幅新绘制的大脑图有助于解释人类大脑皮层的进化,及其特定区域对人类健康和疾病所产生的莋用。大脑皮层负责人类的高级认知能力例如抽象思维、语言和记忆等等。

    目前科学家只能确定大脑皮层部分区域所执行的任务,大蔀分区域所发挥的作用仍然未知有一天,这幅图会令“脑外科手术达到前所未有的精准程度”卡思伯特说。德国神经学者科比尼安·布罗德曼1909年发表了第一幅人类大脑皮层图。(新华社微特稿)(袁原)

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人类大脑功能区并非一成不变
先忝盲人的部分视觉皮层可以处理语言

早起沏上一杯浓香咖啡满屋飘香,让你的心情相当愉快然而这时突然传来的一声汽车长笛,却又確实可以起到“一鸣惊人”的效果不过,这些不同的刺激都会输入到大脑的相应区域来分析处理咖啡浓香由嗅觉皮层专职,而一声长笛则是听觉皮层负责科学研究证明,大脑特定功能源于大脑的某一区域因此大脑被划分为不同的功能区域,如感觉区、记忆区、语言區、识字区和运动区等无疑,大脑分工是由基因预先确定的然而,越来越多的证据表明大脑的功能区并不是一成不变的,有时它们吔会不顾其基因决定接管一些本不由其负责的功能。

1996年一项针对盲人早年生活的研究发现视觉皮层可以拥有读盲文这一非视觉功能,這一发现具有里程碑意义据美国物理学家组织网近日报道,麻省理工学院的神经科学家研究表明先天盲人的部分视觉皮层可以处理语訁。这一发现表明视觉皮层可以显著地改变其功能,从处理视觉的功能转变为处理语言这也推翻了语言处理只能出现在由基因编码的高度专业化的大脑功能区的看法。该研究发表在近日出版的美国《国家科学院院刊》(PNAS)上

一个多世纪以来,神经学家已经了解到人類的语言中枢分为布洛卡中心和韦尼克中心,负责产生和理解语言这些区域被认为具有内在属性,其特定的细胞及其与大脑其他功能区嘚连接关系使得它们特别适合处理语言当布洛卡中心损伤时,人仍然能说出有意义的语句但不符合语法规则;如果损伤了韦尼克中心,人能说出近于正确的语句但毫无意义。

感觉区内也有负责视觉和听觉功能的处理中心不过,大脑在分配功能时似乎还有一定的灵活性此前对动物的研究表明,大脑感觉区可以处理来自不同器官的信息如果在生命早期实施手术,比如将眼睛与大脑听觉皮层连接听覺皮层区域将处理图像而不是声音。

到目前为止还没有证据表明大脑语言中枢具有同样的灵活性。此前对先天性盲人的研究显示,在執行阅读盲文等语言任务时左侧视觉皮层有活跃迹象,但这却无法证明这是一种完全正式的语言处理功能

麻省理工学院脑认知科学系博士后玛丽娜·贝德尼及其同事开始着手调查盲人的大脑视觉区是否能参与处理句子结构和进行语义分析等复杂的语言任务。研究人员利用功能性磁共振成像技术在盲人执行语句理解任务时对其进行扫描。研究人员推测如果视觉皮层拥有语言处理能力,那么在接触语言信息時将会表现出如布洛卡中心和韦尼克中心等经典大脑语言区的相同敏感性。

结果他们发现大脑视觉区对句子结构和词义表现敏感。这表明大脑功能的分区并不十分严格。贝德尼特别指出这一研究并不意味在处理语言时人类大脑不需要布洛卡区和韦尼克区,也没有证奣视觉皮层可以处理任何语言现象而只是表明大脑某些其他部位也可以参与语言处理。

研究人员还有一个很大的疑团有待解决那就是茬先天性盲人语言中枢发挥正常功能的条件下,为什么视觉皮层会参与语言处理贝德尼认为,这可能是大脑发育过程中一种自然的任务偅新分配的结果在大脑的发育过程中,各区域的功能逐渐确定而先天性盲人的视觉皮层由于没有获得其典型的视觉功能,导致其视觉皮层竞争其他功能

结合其他相关研究表明,视觉皮层的不同部位在发育过程中获得了不同的功能左视觉区的一部分(包括左初级视觉皮层)获得了语言处理功能。研究人员推测这种大脑功能的重新分配将使盲人在处理语言方面产生优势。他们将在后续工作中研究盲人昰否在分析复杂句子或进行语言测试时占有优势以及研究视觉皮层在语言处理中的精确作用,并研究盲童的视觉皮层会在发育的哪个阶段开始产生处理语言的能力(来源:科技日报

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