科普书籍:《大脑简史》

一月 20, 2019

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中学生物课程中最难的要数神经系统,大学生理课上关于神经系统的部分也是令人恐慌。如果我能够早十年看这本书,可能就不会这么怕。(然而不可能,这本书在大陆是2018年出版的)。

谢老师的科普书籍《大脑简史》与知名科普书籍《自私的基因》类似,使用比喻、拟人手法,描述了大脑的起源和进化历程,以及意识(意志?心灵?灵魂?)是啥。

先说该书的目录结构,非常有条理而且形象。

  1. 一代王者的诞生(讲神经细胞)
  2. 世纪帝国的形成(讲神经系统)
  3. 穷兵黩武的竞赛(讲感觉与感觉器官)
  4. 掌控一切的基因(讲大脑)
  5. 跳脱轮回的反叛(讲意志、心灵)
  6. 摆脱束缚的未来(讲灵魂移植)

下面摘录几个比较有意思的情节:

一、一代王者的诞生

(1)离子通道与电位

离子通道与电位传播的用途:加速信息扩散。例子:

  • 普通的分子自由扩散:极慢(氧分子在水中:27天/10厘米)
  • 动作电位:特快(0.02秒/10厘米)
  • 动作电位+髓鞘:神速(0.001秒/10厘米)

(2)化学突触的证明:两次梦

1921年勒维(Loewi)的奇遇:

一天晚上在梦中——想到了一个绝妙的实验方案——半睡半醒中记了下来(梦游?)——第二天看不清自己写的字

第二天晚上——相同的梦——不睡了,赶紧起来实验——成功——晚年Nobel到手

这就是著名的青蛙心脏对照实验。

二、 世纪帝国的形成

(1)两次神经系统的独立起源?

根据分子进化(基因组)推断谱系发生顺序,出现神经系统的节点生物的路线图为:

祖先——栉水母动物 (Ctenophora,又称海胡桃,有神经系统)——多孔动物(Porifera,即海绵)——扁盘动物(Placozoa,丝盘虫)——刺细胞动物(Cnidaria,水母、珊瑚、海葵等, 有神经系统 )——两侧对称动物 (Bilateria,现代动物,有神经系统)

因此问题在于,是栉水母动物独立出现的神经系统?还是多孔动物和扁盘动物丢失了神经系统?目前未知。( 栉水母的神经系统相关基因与刺细胞动物差异较大,但也有相同之处)。

(2)神经系统的记忆行为:2个神经细胞

“记忆”可以理想化为无外界刺激下的自发神经活动,最简单的记忆只需2个神经细胞和1个突触即可,关键在于“中间神经细胞”的自我刺激。

(3)神经系统的决策行为:6个神经细胞

“决策”是出现了“左右分工”之后的行为,只需6个神经细胞即可完成。关键在于“中间神经细胞”与“抑制性神经细胞”之间的互动。

三、穷兵黩武的竞赛

(1)寒武纪生命大爆发——光开关理论

( 三叶虫 )眼睛诞生——顶尖掠食者——各种生物坚硬外壳出现——化石爆发

(2)味觉:错误的舌头味觉分布图

事实上,舌头上的每一个位置都可以感受到五种味道

(3)味觉: 基因与挑食

基因会影响小孩子挑食,因为基因多态性导致不同孩子对味觉敏感度不同。

(4)嗅觉:三套系统

  1. 主要嗅觉系统(为什么狗鼻子灵?它的嗅球占大脑高达0.31%)
  2. 副嗅觉系统(功能未明确,可能与本能行为有关)
  3. 终末神经( 功能未明确,可能与 性繁衍有关。例如鲸鱼仅保留有终末神经)

(5)听觉:语言的学习

语言学习敏感度与音素和统计规律相关,可惜仅存在于幼儿大脑中

(6)视觉:视神经交叉现象

为什么要交叉?(左侧大脑控制右侧)是为了一侧光出现变化时迅速向另一个躲避。

(7)视觉:第三只眼睛

人脑中唯一非对称的结构——松果体,笛卡尔认为它是“与灵魂交流的地方”。松果体在成人中会钙化。

四、 掌控一切的基因

(1)著名的阿尔塔米亚洞

阿尔塔米亚洞,位于西班牙北部的坎塔布里亚自治区首府桑坦德市以西30公里的桑蒂利亚纳戴尔马尔小镇。洞内有距今至少12000年以前的旧石器时代晚期的人类原始绘画艺术遗迹。石洞壁画绘有野牛、猛犸等多种动物。 说明人类的“艺术”诞生如此之早。

(2)“ 社会脑 ”假说

有人分析“脸书”的好友数目与大脑灰质密度,还有实验分析猴子安置在不同族群之后大脑结构的改变,发现:社群能够影响大脑

(3)大脑的6步发展

  1. 脑血流量扩大(RNF213基因——扩张颈颅动脉)
  2. 血液中能量的摄取(SLC2A1——葡萄糖转运子,SLC6A8与CKB——肌酸转运)
  3. 脑容量扩大(ASPM、ARHGAP11B、HAR1)
  4. 头颅肌肉放松(MYH16)
  5. 神经网络联结增加(SRGAP2)
  6. 学习力与记忆力(FOXP2)

五、 跳脱轮回的反叛

(1)近期的进化

  1. 十万年前:农耕开始——唾液淀粉酶基因扩张(AMY1)
  2. 三万年前:EDAR突变——东亚人黑发;ABCC11突变——干耳垢
  3. 一万年前:成人乳糖酶——畜牧文化
  4. 九千年前:HERC2突变——蓝眼珠
  5. 三千年前:HBB突变——镰刀型红细胞;TYRP1突变——金发;MC1R突变——红发

(2)间接看世界

我们“看”到的世界是大脑中的副本,尽管它十分逼真。

(3)意识反抗基因的最佳例子:自杀

  1. 自杀多数存在于人类中。
  2. 人类的自杀行为从未消失。不太可能存在自杀基因。
  3. 最佳的解释:“心灵”无法承受痛苦而作出的行为选择。

终章:摆脱束缚的未来

这章与1999年的高考作文题《假如记忆可以移植》有异曲同工之妙

posted in Biology Science by billzt

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