蒲慕明:《大脑之美》序言,脑探索的起点

来源:神经现实

本文经授权摘自《大脑之美》序言

作者:蒲慕明

现代神经科学起源于十九世纪末期;圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔(Santiago Ramón y)的神经解剖学研究和他提出的神经元理论是主要的起点。一百多年来,神经科学界一直公认卡哈尔是有史以来最伟大的神经解剖学家。他的伟大之处不仅是他遗留给神经科学大量至今仍有参考价值的神经解剖学资料,还有他对神经系统结构和功能的开创性概念。他绘制的神经网络图谱,在今天仍经常被神经科学教科书引用。《大脑之美》一书精选了一些他所绘制的大脑神经网络图谱,给广大的读者展示了大脑复杂而神秘诱人的世界。严青博士在专研神经科学之余,为中文读者翻译了这本书,是件可喜可贺的事。

科学家探索自然界的奥秘,经常是从观察自然现象入手。要从初看似乎杂乱无章的现象中抽取出内在的规律,可不是件易事,也是专研科学过程中最需要学的本事。卡哈尔是如何能从无数大脑的切片中去芜存菁,描绘出神经系统结构的精髓?他是怎样学会这种能力?在《致青年学者》(《Advice for a Young Investigator》)一书中,他不断强调独立性、坚持、和专注的重要性,认为智力并不是关键,中等资质的科学家也可以做出重要的科学工作,这是否也反映了他自己呢?

卡哈尔出生在西班牙东北部一个乡村医生的家庭。从小喜欢绘画和摄影,但在父亲的坚持下进了医学院。1877年,25岁的卡哈尔在萨拉戈萨大学医学院担任解剖学助教期间,开始对生物体的微观世界产生了兴趣。用自己微薄的工资分期付款购买了一个单眼显微镜,在家里建立一个小实验室,用业余时间专研神经解剖,绘制神经系统图谱;就是在这样的环境下他开始了神经科学界划时代的工作。

卡哈尔绘制的神经系统图谱包括了各种动物大脑里几乎所有脑区:从发育期到成年期、正常的和病态的、以及神经退化和再生的神经组织。在二十年间,他以西班牙文发表了无数的论文和专著。在1898到1904年间,出版了三本巨著《人类和脊椎动物神经系统的组织学》(《Histologie du système nerveux de l'homme et des vertébrés》),奠定了他在神经科学百年来不可动摇的地位。此书在1995年由尼里·斯旺森(Neeny Swanson)和拉里·斯旺森(Larry Swanson )翻译为英文, 由牛津大学出版社出版。卡哈尔的这部巨著,可与达尔文的《物种起源》(《Origin of Species》)相提并论,是生物科学界少有的传世之作

- Santiago Ramón y -

卡哈尔绘制脑图谱过程可不仅是忠实地描绘神经系统的结构,而是一种归纳性的描述,同时更进一步提出假说的科学研究过程。他观察到的是经过化学药品固定后的组织切片,是死细胞的静态结构;但是在绘制过程中,他以艺术家的手笔、科学家的判断力和想象力,使复杂的神经系统以具代表性的结构在画中复活。

在绘制图谱的过程中,卡哈尔提出了三个现代神经科学的关键性理论。首先,他通过细致的观察,提出了神经元的概念(所谓“神经元学说(Neuron Doctrine)”):神经网络不是一个连续的网状结构(当时神经科学界普遍的见解),而是由许多独立的神经细胞个体(“神经元”),通过神经元之间的接触点联接而成。这些接触点后来被查尔斯·谢灵顿(Charles Sherrington )命名为“突触”,也是现在公认神经信息在网络中传导必需跨过的、有可塑性的关键结构。

第二,他指出所有神经元都具有不对称的极性结构:一边有一枝很长的所谓“轴突”的纤维状突起;另一边有许多像树枝一样的“树突”。他提出树突是接收其他神经元输入信息的结构,而轴突则是神经元将信息传向远方的输出结构,神经信息在神经元内是单向地从树突流向轴突。他在绘制的一些网络图谱中,加上了许多小的箭头,指出想象中信息传导的方向,给静态的网络填上了动态的信息。

第三,在发育组织的切片中,他发现了生长期的轴突前端有一种“生长椎”(growth cone)。卡哈尔对“生长椎”动态性的描述生动地反映了他的想象力:“一个柔软可变的破城槌,以机械力推开障碍,寻找自己的途径,最终到达它的目的地”。当时已发现血液白细胞的迁移可受化学物质的诱导,卡哈尔依据此现象提出神经轴突生长的化学诱导理论:生长椎在靶细胞分泌的化学物质的诱导下,依据物质的梯度,寻找它的生长路径,最终找到它的靶细胞,产生突触联接。几乎是在一百年后,神经科学家才发现神经系统内确实表达并分泌各种可引导生长椎的蛋白分子,化学物质诱导下的神经轴突生长也成为神经网络形成的重要机制之一。

基于神经组织的发育、退化和再生的结构变化,他还首先提出了神经联接的可塑性概念。神经网络在发育期的修剪、记忆学习过程中的结构变化、创伤后的重建等等仍是目前神经科学界的重大问题,卡哈尔在他的著作中有充满睿智的预言。

- Santiago Ramón y -

卡哈尔绘制神经系统结构图谱的关键技术是意大利解剖学家卡米洛·高尔基(Camillo Golgi)发现的染色方法。高尔基发现神经组织在硝酸银溶液浸泡后,只有少数神经细胞会吸收银颗粒,在组织切片中显示出神经元的整体结构,也不会被太多细胞染色所造成的背景干扰。高尔基染色法的使用和优化,促成了卡哈尔的伟大成就。高尔基本人对神经元理论却不赞同,一直认为神经网络是个连续体。他与卡哈尔为此争论多年,虽然两人同时在1906年一起获得第一个诺贝尔生理与医学奖。

卡哈尔的成功来之不易;他初期的工作是在主流之外,用西班牙文发表的论文也不为人知。他提出的神经元理论是经过十余年的努力奋斗后,才慢慢被人接受。推翻科学界的主流观点是创新的本质,而科学界对可能推翻目前共识的创新工作,尤其是来自不知名年轻科学家的工作,总是有排斥性的。卡哈尔对年轻科学家强调做科研要坚持,他所说的不仅是在实验台前坚持工作,也应包括对自己科学信念的坚持。随波逐流易,中流砥柱难,卡哈尔的科学历程值得我们的体会和学习。

- Santiago Ramón y -

大脑可能是宇宙间最复杂最神秘的物体。大脑之美一书展现了大脑组织的微观结构之美。与自然界的许多美景一样,它们的背后,还有另一种更值得观赏的美景,如法国数学家亨利·庞加莱(Henri Poincaré)所说的“……不是直接冲击你的感官的自然美,而是一种来自对自然界组分间的和谐规律;只有通过纯粹智力的理解才能体会的自然美……”。要观赏这种美景,必须理解美景背后的科学内涵。希望本书能激起读者对既美丽又神秘的大脑进一步探索的兴趣。

卡哈尔早年热爱绘画,转向神经图谱的绘制后,能投入终生不懈的热情,可是因为他不断发现美丽的神经网络之中有一些更美的自然规律?百余年后的今天,美丽的大脑中仍有许多尚未现身的规律。卡哈尔所观察到各种形态特异的神经元在演化和发育过程中是如何出现的?基因的表达如何造成各种形态的神经元(细胞内DNA编码的一维信息如何转变为多样的三维结构)?各种神经元轴突和树突如何产生准确的突触联接?环境因素如何影响大脑网络的形成?各种脑功能如何通过网络中的神经环路来实现?网络结构的异常与脑疾病有何关联?

事实上,二十一世纪脑科学研究目标与卡哈尔当年没有本质上的差别——都是要理解大脑神经网络的结构和功能。我们现在有了更新的研究手段,可以分析单个神经元的基因表达谱,可以在活体标记特殊类型的神经元,三维重构全脑的神经联接, 也可以观测神经元在活体网络中的电活动。全脑“介观”(有神经元分辨度)神经联接图谱的绘制,包括局部脑区的联接网络(卡哈尔所绘制的主要内容)和全脑的神经轴突的投射谱,已在世界各国开展,也是我国今年即将启动的中国脑计划(“脑科学与类脑研究”)重大科技专项(2019-2035)中的一项重要工作。

对美丽大脑结构的探索,卡哈尔的图谱是起点,终点还在遥远的未来

《大脑之美》

(The Beautiful Brain: 

The Drawings of Santiago Ramón y Cajal )

作者:[美] 埃里克·A. 纽曼等编著

译者:严青

出版社:湖南科学技术出版社

未来智能实验室的主要工作包括:建立AI智能系统智商评测体系,开展世界人工智能智商评测;开展互联网(城市)云脑研究计划,构建互联网(城市)云脑技术和企业图谱,为提升企业,行业与城市的智能水平服务。

  如果您对实验室的研究感兴趣,欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/486295.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

pycharm python 模板配置_pycharm设置python脚本模板

PyCharmPyCharm是一个有名的Python IDE,带有一整套可以帮助用户在使用Python语言开发时提高其效率的工具,比如调试、语法高亮、Project管理、代码跳转、智能提示、自动完成、单元测试、版本控制。此外,该IDE提供了一些高级功能,以…

slow log php,善用php-fpm的慢执行日志slow log,分析php性能问题

众所周知,mysql有slow query log,根据慢查询日志,我们可以知道那些sql语句有性能问题。作为mysql的好搭档,php也有这样的功能。如果你使用php-fpm来管理php的话,你可以通过如下选项开启。PHP 5.3.3 之前设置如下&#…

04-numpy-笔记-transpose

借鉴代码https://blog.csdn.net/xiongchengluo1129/article/details/79017142 吐槽一下CSDN的垃圾广告。。 这是转置,所以1维(向量)和2维(矩阵)的转置的意义很直观,就是数学上学的。 难的就是超过三维的张量…

量子信息技术研究现状与未来——郭光灿

来源: 中国科学杂志社量子信息技术是量子力学与信息科学融合的新兴交叉学科, 它的诞生标志着人类社会将从经典技术迈进到量子技术的新时代, 本文将阐述量子信息技术的研究现状与未来. 文中描绘了量子技术发展远景, 即筑建各种类型的量子网络, 包括量子云计算网络、分…

springboot需要tomcat服务器吗_嵌入式 Tomcat AJP 协议对 SpringBoot 应用的影响

前言2020 年 1 月 6 日,国家信息安全漏洞共享平台(CNVD)收录了由北京长亭科技有限公司发现并报送的 Apache Tomcat 文件包含漏洞。Tomcat AJP 协议由于存在实现缺陷导致相关参数可控,攻击者利用该漏洞可通过构造特定参数,读取服务器 webapp 下…

php session 前缀,PHP文件包含--session

利用条件:session文件路径已知,且其中内容部分可控。php的session文件的保存路径可以在phpinfo的session.save_path看到。session 的文件名格式为 sess_[phpsessid],而 sessionid 在发送的请求的 cookie 字段中也可以看到。实例:“…

第一阶段 03Java的基本数据类型

03Java的基本数据类型 程序 数据 逻辑 基本数据类型:4类8种 (1)整型类型 byte   1B   8位   -128到127 short   2B   16位  -2^15到(2^15)-1 int    4B  32位  -2^31到(2^31)-1 long   8B  64位  -2^63到(2^6…

大脑与数学——利用代数拓扑研究模拟大脑 第一部分

来源:遇见数学蓝脑计划(Blue Brain Project)是尝试利用分子层级的哺乳类脑部逆向工程建立一个电脑模拟脑。这里模拟并不仅是包括人工神经网络模型,也包括生物过程的真实神经元模型,和一个经验重建模型连接组。该计划希…

spring cloud每次修改必须重新打包_Java面试系列spring相关

Spring中的Bean是线程安全的吗?Spring 中的 bean 默认都是单例的,所有线程都共享一个单例实例Bean,因此是存在资源的竞争,是线程不安全的。但是spring中大部分bean都是在方法内部操作,例如:Controller、Ser…

day20 派生属性和方法,钻石继承

class Animal:人和狗都是动物,所以创造一个Animal基类def __init__(self, name, aggressivity, life_value):self.name name # 人和狗都有自己的昵称;self.aggressivity aggressivity # 人和狗都有自己的攻击力;self.life_value life_value # 人和狗都有自己的…

谈谈实现小样本学习的两条路径

来源:混沌巡洋舰小样本学习是当下机器学习界的一个核心课题。大数据是当下深度学习的咽喉,面临收集成本昂贵,甚至根本无法采集的弊端, 小样本学习的实践价值不言而喻。对于众多产业来说, 真正能够收集到大量样本的是极…

python怎么处理文字_python 处理给规范的文字

你要处理的大多数文字都是比较干净、格式规范的。格式规范的文字通常可以满足一些需求,不过究竟什么是“格式混乱”,什么算“格式规范”,确实因人而异。 通常,格式规范的文字具有以下特点:使用一个标准字体(不包含手写体、草书,或者十分“花哨的”字体) • 虽然被复印或拍照,字…

php自定义商品属性,php – 可变产品属性:自定义每个显示的单选按钮文本值

以下是您重新访问的代码,该代码仅显示“Tab”属性单选按钮自定义显示的文本a< span>基于属性slug和$term_slug的组合,使用不同的类值标记.因此,您可以将一些CSS样式颜色应用于每个单选按钮显示的’pa_tab’属性的自定义文本,将这些CSS规则添加到您的活动主题style.css ……

腾讯 深圳 25928-PHP开发工程师(深圳)

工作地点&#xff1a;深圳职位类别&#xff1a;技术类招聘人数&#xff1a;1人 工作职责&#xff1a;负责游戏研运体系流程工具及相关产品的开发、维护&#xff1b;参与支撑系统的需求分析、设计、编码&#xff1b;承担外包开发成员技术导师&#xff0c;解决技术难点&#xff0…

什么是物联网?常见IoT协议最全讲解

作者&#xff1a;付强来源&#xff1a;IoT物联网技术&#xff08;ID&#xff1a;IoT-Tech-Expo&#xff09;01 什么是物联网?物联网&#xff08;Internet of Things&#xff09;这个概念读者应该不会陌生。物联网的概念最早于1999年被提出来&#xff0c;曾被称为继计算机、互联…

is在python中是什么意思_Python 中 is 与 == 有啥区别?

在 Python 中&#xff0c;比较两个对象(变量)是否相等&#xff0c;可以用 “is” 和 “” 操作&#xff0c;但它俩有什么区别&#xff1f;什么时候用 “is”&#xff0c;什么时候用 “” &#xff1f;在面试时&#xff0c;发现不少候选人很难把这两者完全说清楚&#xff0c;因此…

java下发命令nbiot,NB物联网之天翼物联(3)——编解码插件上传规则细解(java开发物联网)...

前言电信的编解码插件本意上是可以让我们的开发更加灵活&#xff0c;但是你好歹把文档写明白啊。。。同时在正常的生产中我们的产品不可能只使用电信的模块&#xff0c;有时甚至是客户要求使用移动还是电信的模块&#xff0c;所以兼容性给我们的体验非常直观&#xff01;我们先…

netcat使用

前言 最近在做渗透测试的时候遇到了端口监听和shell的反弹问题&#xff0c;在这个过程中自己对Netcat这一款神器有了新的认识&#xff0c;现将一些Netcat的用法做一个小总结&#xff0c;希望对各位有帮助&#xff01; Netcat简介 Netcat是一款非常出名的网络工具&#xff0c;简…

重磅:国家正式出台学术不端行为界定

来源&#xff1a;科研大匠大家都在反对学术不端&#xff0c;何为学术不端&#xff1f;如何界定学术不端行为&#xff1f;其实&#xff0c;此前并没有一个明确的标准。2019年5月29日&#xff0c;国家新闻出版署才正式发布我国首个针对学术不端行为的行业标准——《学术出版规范—…

数据结构化与保存

1. 将新闻的正文内容保存到文本文件。 f open(gzccnews.txt,a,encodingutf-8)f.write(content)f.close()2. 将新闻数据结构化为字典的列表: 单条新闻的详情-->字典news一个列表页所有单条新闻汇总-->列表newsls.append(news)所有列表页的所有新闻汇总列表newstotal.exte…