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笑傲江湖的神经元

点击右边关注 古墓派李莫愁 2019-07-04

李莫愁说

从古至今,人们一直很好奇人到底可以活多久,不同的人有不同的观点:亚里士多德认为,年龄和成熟期有关,大约可以活140岁左右。 金庸小说认为,人生寿命=练功时间+体验江湖地位的时间。有的人虽然在深山古寺,但武功增长每天都能上一个level,到了五六十岁还能每年进步个10%,然后顺便出来扭转一下武林局势,刷一下自己的江湖存在感,比如扫地僧、觉远这两位。
虽然江湖上关于这个问题说法很多,但有一点莫愁可以肯定,人脑是不可能长生不老的,换句话说就是everyone will die。就好像天下没有不散的饭局,吃货都是赶场子的,宁可被撑死,也不愿被饿死,这是刻在基因里的信仰。
人的寿命之所以有限,是因为
神经元不可再生,只会越来越少。意大利神经外科医生Lorenzo Magrassi和他的合作伙伴在《美国科学院学报》上刊发的研究结果显示,神经元的寿命,在遗传上并非是一成不变的,而是很可能由它生长的微环境决定。如果要说长寿,大概只有谷歌的人工神经网络能做到了,Google公司在《Nature Method》杂志发表的论文《利用Flood-Fill算法进行的高精度自动重建神经元》中展示了一种专门为分析连接组学打造的递归神经网络系统。


谷歌AI要给动物的大脑,画出一张3D脑神经地图,来研究它们思考时走过的神经路线。

今天莫愁就来讲讲神经元与寿命之间的科学故事。


最近,《比较神经学杂志》刊发了一项最新研究发现:人类和其他温血动物的寿命以及达到性成熟的时间,与体型和新陈代谢没有关系,主要取决于他们的大脑皮层神经元的数量。在大脑皮层中的神经元数量,可预测物种之间约75%的寿命变化。


莫愁讲的具体一点,并不是块头大或者代谢慢的寿命就更长;动物大脑皮层的神经元数量和体型是没有关系的。如果有,莫愁也只能想到八个字:四肢发达,头脑简单。


脑子不够用的代价就是特别费脑子


豪泽尔博士指出:无论是鸟类、灵长类动物或是人类,物种之间约75%的寿命变化都可以通过大脑皮层的神经元数量来预测。


相比之下,体型和新陈代谢只能预测20-30%的寿命变化,而且存在分歧的地方很多,比如鸟类的寿命是哺乳动物的10倍。


最重要的是,人类被认为是一种“特殊的进化怪胎”,主要体现在童年和绝经期非常长。但这个研究显示:这种说法完全不对,人类大脑皮层神经元的成熟时间与预期的一样长,人类寿命也和预期一样。


神经元数量和寿命的关系


研究中,豪泽尔教授对700多个温血动物物种的数据库进行了梳理和彩色编码,收集了全部的寿命相关记录。然后,她将这些记录和不同种类物种的神经元数量关联起来进行分析。


她发现鹦鹉和鸣禽(包括鸦科)的寿命比体重相近的灵长类动物更长,而体重相近的非灵长类哺乳动物寿命更长。


同样地,从特定基础代谢率层面分析发现,鹦鹉和鸣禽比许多哺乳动物寿命更长,达到性成熟的时间也更长,尤其是非灵长类动物。


她以前也遇到过类似情况:此前的研究发现,鹦鹉和鸣禽大脑皮质神经元比体型大小相近的灵长类动物要多得多,而灵长类动物的皮质神经元数量比任何体型相似的哺乳动物都要多。


这个分析的结果证明:恒温动物的寿命随着大脑皮层神经元的绝对数量的增加而增长。



莫愁顺便分享下最近刷到的一篇paper,两位科学江湖女侠客强强联手,创造了第一个大脑重要区域的细胞图谱,相关的成果发表在了Science杂志上。

她们利用先进的成像技术,在2mm×2mm×0.6mm的脑块中检测了超过100万个细胞,不仅识别了70多种不同类型的神经元,而且还精确定位细胞所在的位置及其各种功能。莫愁了解了一下,这种技术的意义在于可以被用于研究大脑任何区域的任何功能。


如果大脑真的聪明到能够研究大脑,那么大脑真的是聪明到没法去研究了

除了动物,人类是不是例外?


人类学家所关注的进化和人类行为是建立在假设人类是独一无二的理论基础上,人类的童年期和青少年期尤其长,这使得他们能够学习和社交。


如果体型大的活得时间更长,那么大猩猩讲道理应该比人活得长。而事实是,人类寿命比猩猩长。一个比较容易接受的假设是,祖母照顾可能会导致人类性成熟的延迟和绝经后的寿命超出预期。


新的数据证明人类也不例外。根据人类大脑皮层中神经元的数量,人类需要足够长的时间才能达到性成熟,并且他们大脑神经元的数量和预期寿命长短预测相符。


另外,事实证明体型与寿命无关。


人类寿命比包括大猩猩在内的其他物种都要长,仅仅是因为大脑皮层中拥有的神经元最多。


从统计学讲,只要基数大,就差不多无敌了,因为优秀的人绝对数量太大了

豪泽尔教授指出:大脑皮层的神经元越多,一个物种达到生命周期中各个阶级所需的时间越长,这包括了生理和心理的成熟独立。 


虽然人的大脑是在一生中都在发育并生成新的神经元,但在20多岁时,大脑完成最后一次快速的成长。


在这个青春期后期和成年早期的交汇阶段之后,大脑的神经元增长速度将放缓,基本定型。比如额叶在30岁以后就基本停止发育,情商也基本在20岁左右就稳定下来。从生理上来讲,20多岁也是大脑发展的最后一个黄金期。这个时期可能是你大脑最strong的时候,可塑性爆炸。


所以你看为什么武侠小说里的小年轻们练功都这么快,郭靖出道的时候只是个青铜,被洪七公集训半个月下来,立马上钻石,一招一招的亢龙有悔跟闹着玩似的。这还算慢的,张无忌一个乾坤大挪移几个时辰就over了,简直打了阳顶天和杨逍一个大耳刮子,还有最牛逼的虚竹,无崖子往他脑门上一按,七十年豪华武学套餐几秒到账!70年的东西往你脑子里一塞,这等好事给丁春秋碰上,那脑瓜子能装得下吗?



如果长寿意味着拥有更多的皮层神经元,那么几代同堂就很容易实现了,而且下一代学到的东西也更多。


一切都是为了吃饭


神经元与长寿有什么具体关系?


大脑皮层中有更多的神经元与长寿之间的联系是什么?这是需要解决的新问题。这些数据表明,温血物种慢慢衰老的同时,脑子不好使的程度也在加剧。


对大脑皮层来说,有限的寿命是一种巨大的伤害。皮质神经元越多,你就有足够的时间来维持你的身体功能。与身体其他部分不同的是,神经元没有休息,每天都在不停地工作。大脑皮层通常与认知有关,豪泽尔教授坚信“大脑皮层的一个更基本功能是维持长寿的关键因素之一”。


对你的大脑好点!


过了青春期后,物种开始走向衰老,他们的神经元不断地在死亡。事实上,研究表明人类前额皮质的神经元可能会消失。所以,莫愁提醒:好好care你的大脑,保持神经活跃,你便能笑傲江湖。


莫愁饭局,欢迎约莫愁吃饭。


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