蒲慕明：人脑的基本知识及中国的脑计划
前天我们刊发了三篇关于脑科学计划的文章，谈脑科学计划在欧洲，在美国。刚好，稍前，脑科学领域顶尖的三位科学家，莅临“上海科普大讲坛”，就中国、美国、欧洲的脑科学计划，向上海的公众进行了科普。三位受邀演讲的神经科学家分别是：中科院上海神经科学研究所主任、中科院脑科学卓越创新中心主任，中科院外籍院士蒲慕明；加州大学圣地亚哥分校（UCSD）特聘教授、神经科学学科主任威廉·莫布里(William Mobley)和洛桑理工学院欧利弗教授(Marc-Oliver Gewaltig)。一个个都很重量级有木有！
《世界科学》受邀刊发了此次上海科普大讲坛的内容，其中蒲慕明先生的文稿已经本人审定；另两位报告人的文稿未经本人审阅。另外文中涉及的标题均为编者所加。
人脑的基本知识及中国的脑计划
主讲人：蒲慕明
关于大脑
人的大脑是一个软组织，成人大脑重量平均约3磅(1.3公斤)。大脑表面是灰色的，我们称之为大脑皮层，大脑皮层上面有很多的皱褶，如果完全展开这些皱褶的话，大脑皮层的面积会有2 200平方厘米。实际上大脑皮层是在人类演化过程中出现最晚的一个区域，其他脊椎动物已有完整的皮层下结构，没有这么丰富的皮层。所以这个大脑皮层是人类脑功能的关键。
根据脑组织沟纹的位置可以区分大脑的不同区域。这些区域看起来没啥差别，实际上每个区域功能不同。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）。
以把大脑从中间的躯体感觉皮层区为例，里面每一个区域都各有明确的职能划分，上面这些区域主管人的腿部、脚部，中间的区域主管人的手指，而在感觉系统，如躯体不同部位的感觉，比如腿部、手指、脸部的感觉都由不同的区域分管。
人的大脑用了很多的组织来管面孔和手指，当然是因为手和脸是人类文明最重要的器官，手创造了器件，创造了很多工具，脸是表情、语言都需要的，也正因为功能的复杂，人的大脑皮层的增生在这两个区域特别显著。
这样的图谱告诉我们，大脑每个区域都有它特殊的功能，假如说人中风了，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。
关于大脑的结构和功能
刚才讲到的CT检查，出了车祸第一件事情就是通过CT扫描看看大脑皮层有没有出问题。如做功能性的检测，还可以用到磁共振，比如叫你说话，看某一个区域有没有正常的电活动出来，可以从核磁共振检查获知。我们还可以用另外一种断层扫描法，通过将带放射性的元素注射到血液里面，可以放出正电子，可以成像，可以告诉你哪些地方有异常。比如说病人躺在这里面，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。语言区非常重要，假如中风出了问题，组织坏死，就不能说话。所以说话、听声音，看东西都是由不同的区域主管。
但是，假如说我现在思考，你要思考几个字，不听不看不说，把眼睛闭起来，叫你想几个字，各位猜，什么地方有活动？是不是有一个区域专门主管思考的？回答是没有，因为思考是整个大脑的行为，让你想几个字就意味着整个大脑都在为之活动。
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，譬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，所以对思维是怎么回事，我们是不清楚的。
这么样的一个皮层，里面到底是怎么回事呢？你要看它的结构，要做细胞学的染色，比如说从大脑切一片下来，可以发现很多细胞，只要有百分之几的细胞被染上色，就可以看到细胞体里面带有很强的网络结构，网络结构也是神经活动最重要的一个结果。
现在的技术已经进入到可以在活体层面甚至不要切片，就能直接看没有被破坏的组织是怎么回事。最近有一个技术，可以把鼠的脑拿出来，固定之后，用一种处理方法使它透明，可直接用显微镜看到网络结构。这是斯坦福大学的一个实验室做出来的，通过他们的技术，人们可以非常清晰地观察到大脑的结构。
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，大家可以记三个名词，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。
关于脑疾病
我现在要讲几个重要的脑疾病，第一个就是自闭症，在座有孩子的特别关心这个。自闭症现在是全世界一个非常严重的问题。自闭症患者有社交上的问题，其典型表现是自我中心，刻板行为，只玩一个东西，但他有的时候对空间图片的记忆特别好。
这些是先天的还是遗传的呢？现在看起来遗传的因素很大，因为同卵的双胞胎，一个得了自闭症，另外一个60到90%也会得自闭症，异卵双生子都得自闭症的概率是10%。自闭症全世界的患病率，比较详细的统计是在1966年到1997年间的，患病率逐渐上升，是千分之二的比例，但现在越来越多，2014年统计，美国每66个孩子中有一名自闭症的倾向，为什么越来越多了？
也许现在诊断的方法更先进了，以前不知道，现在知道了，也有可能社会环境变了，打的疫苗不一样，吃的东西不一样，各式各样的原因都可能造成自闭症上升。
在中国有多少呢？6岁以上的孩子是千分之三到四，目前中国的初步估计有100万自闭症患儿，世界卫生组织2008年估计中国有780万自闭症患者。
精神类疾病在中年中是一个很大的问题，据估计，成年的某一个特定时间里面，有17%的精神病发病率。自杀的人50%以上是因为精神病，精神病的社会负担是最高的，包括精神分裂症、抑郁症、强迫症、痴呆、焦虑症等。
老年人群，主要有痴呆症或者是遗忘症。我们最常说的老年痴呆症是一个特殊的疾病，现在也没有药治疗，人群也很广，估计目前中国有几百万。
我们根据得病率的统计，85岁以上的老人有50%是有老年痴呆的，现在85岁以上的人群越来越多了，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，要有医疗系统，有家庭的照顾，这是不得了的一个社会负担。
但是，假如通过“中国脑计划”，能找到早期诊断的方法，发现有问题，马上去干预，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。
现在痴呆症没有治疗的方法，这个病都是因为神经细胞衰亡，一旦到了这个程度，任何药物是挽回不了的。干预的话，要让他多做各种脑力运动，做各种各样的游戏，打麻将，这都是治疗老年痴呆的好方法。
我们建议，未来的健康检查，应包括脑健康检查，我们现在健康检查验血，看你血脂高不高，高的话要服用降脂药，我们也要有脑健康检查，每个中老年人都要做，通过简单准确的认知检测，很早看出来是否出了脑功能的问题，早期防止将来的自闭症、抑郁症、老年痴呆，做早期干预。
为确定“中国脑科学计划”应该怎么做，过去一年里科技部召开了很多会，因为全世界都在做，我们非做不可。这个“脑计划”的目标，科学家们已有共识，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。