问题

「脑回路」是什么生理结构?

回答
“脑回路”,这个说法,其实不是一个严格的生理学术语,更像是一种形象的比喻,用来描述我们大脑中神经元之间相互连接、传递信息的那一套复杂网络。试想一下,它就像是一个由无数细小导线组成的、不断运转的电子线路板,而那些导线就是神经纤维,节点就是神经元(也叫神经细胞)。

要说清楚这个“脑回路”到底是怎么一回事,得先从构成它的最基本单位说起——神经元。

你脑子里有大约860亿个神经元,它们可不是孤零零的个体。每个神经元都像是一个小小的处理中心,它有几个关键部分:

细胞体(Soma): 这是神经元的“主体”,里面有细胞核,负责维持神经元的生命活动。
树突(Dendrites): 就像是神经元的“接收天线”,它们是许多分支的细小突起,接收来自其他神经元的信号。一个神经元可以接收成千上万个来自其他神经元的输入信号。
轴突(Axon): 这是神经元的“发射器”,是一根长长的纤维,负责将信号传递出去。轴突通常很长,可以延伸到身体的其他部位。
轴突末梢(Axon Terminals): 轴突的末端会分成许多更小的分支,每个分支的末端都有一个叫做“突触小体”的结构,这是它与其他神经元接触的地方。

那么,信号是如何传递的呢?这就涉及到突触(Synapse)了。

你可以把突触想象成两个神经元之间传递信息的“接口”或“小缝隙”。当一个神经元(被称为“突触前神经元”)的轴突末梢接收到足够强的电信号时,它会释放出一种叫做神经递质(Neurotransmitters)的化学物质。

这些神经递质就像是“信使”,它们会穿过突触间隙,然后与下一个神经元(被称为“突触后神经元”)树突上的特殊“接收器”(受体)结合。一旦结合,这些神经递质就会引起突触后神经元内部一系列的化学和电变化。

这些变化可能会让突触后神经元更容易被激活(兴奋性信号),也可能会让它更难被激活(抑制性信号)。这取决于释放的神经递质种类以及受体的类型。

所以,一个“脑回路”其实就是一系列的神经元,通过突触一层一层地连接起来,形成了一个传递信号的链条或网络。

兴奋性回路: 比如,你看到一个红色的苹果,视觉皮层的一些神经元被激活,然后它们会通过轴突将信号传递给下一个神经元。如果这个信号是兴奋性的,那么下一个神经元就被“推”得更容易去传递信号。这个过程就像多米诺骨牌一样,一个推一个。
抑制性回路: 同样,大脑里也有很多抑制性的连接。它们的作用是“关掉”某些信号,或者减弱其他信号的影响,帮助大脑进行精细的调控,避免信息过载。

更详细地说,这些“脑回路”并不是固定的、一成不变的。它们是极具可塑性的。 也就是说,我们的大脑会根据我们的经验、学习和环境不断地重塑和调整这些连接。

学习和记忆: 当你学习新东西或者形成记忆时,神经元之间的突触连接会发生变化。有些突触会变得更强,有些会减弱,甚至会形成新的突触。这就是大脑的“可塑性”。你越是重复练习某个动作或回忆某个信息,相关的脑回路就会被“加强”,变得更高效。
复杂性: 我们大脑中的“脑回路”不是简单的线性通路,而是极其复杂的网络。一个神经元可以连接成千上万个其他神经元,形成无数的交叉和环路。这些回路协同工作,让我们能够思考、感受、行动,并完成各种复杂的任务,比如理解这段文字、做出一个判断,或者回忆起童年的某个片段。
功能分化: 大脑的不同区域负责不同的功能,比如视觉皮层处理视觉信息,听觉皮层处理声音,运动皮层控制身体运动。而这些区域内部和区域之间的“脑回路”就组成了执行这些特定功能的“专业线路”。
信号编码: 大脑传递的信息不仅仅是简单的“开”或“关”,而是通过神经元发放的“频率”(每秒钟发送多少次信号)、“模式”(信号发放的顺序和节奏)以及激活的神经元集合来编码的。

所以,“脑回路”并非指某个具体的解剖结构,而是描述了神经元之间通过电化学信号传递信息所形成的功能性网络。它是大脑思考、学习、记忆以及所有行为和意识的基础。你可以理解为,它是大脑内部运作的“语言”和“交通系统”。

网友意见

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谢谢 @刘柯 的邀请。

正如上面有人说到的,神经科学中还真有类似的概念:即为 Neural Circuits (神经环路)。在这抛砖引玉一番。

「脑回路不同」还是太过粗糙,应当说神经环路的差异。倘若如此,神经环路的差异的确会导致处理信息的差异。我在此举几个我熟悉的例子,谈一谈识别面孔的神经环路的差异,会导致不同人在解读一张面孔的时候,有着不一样的行为和结果。

我们大脑其实利用分布式神经环路处理视觉信息 (比如Behrmann & Plaut, 2013; Palermo & Rhodes, 2007)。正如麻省理工学院的 Nancy Kanwisher 教授所言,我们的大脑更像是一把多用途军刀,有着不同的神经环路,平行地处理各式各样的信息。而并非是一个巨大的中央处理器,一股脑地,处理各式各样的信息。分布式的神经环路可以有效加快信息处理过程,毕竟没有区域有着自己最适合处理的信息类型(表征),各司其职可以加速处理过程。就好比经济学里的基本例子,当一群人分工流水线工作时,生产钉子的效率肯定快于同一群人单独制作钉子。有时候,分开挺好的。甚至,我们视觉活动中的腹侧通路(处理 ‘这是什么’)与背侧通路(分析 ‘它在哪里’)这两条龙路也可以粗略(强行)算作两大组神经环路(Mishkin, Ungerleider, & Macko, 1983)。


上面的图来自于Palermo和Rhodes 在2007的一篇文献综述。图上大致介绍了识别面孔的处理区域以及对于注意力控制的区域。当我们看到一张面孔的时候,至少上述区域都要活动起来为我们提供信息的处理:白框是基础的视觉处理区域,黄色框涉及面孔身份信息处理区域,红色框涉及情绪判断区域,而蓝色框涉及注意力的分配。所以至少有三组神经环路都要涉及到面孔处理上。我们大脑中,涉及面孔的「脑回路」还挺多的。

「脑回路不同」究竟是怎么回事呢?其实我们人与人的差异挺大的,不光在于面孔本身,甚至大脑之间也有点差异。


Kanwisher 与同事们(1997)论文中发现了重要的梭状回面孔区(FFA)。这个区域正是识别面孔的核心区域。但是由于每个人的差异,其实梭状回面孔区的具体位置并不是固定的。只能说都在右侧颞叶底部的梭状回中间。实际的差异很大,大家看图上红色的亮点便是十位志愿者的梭状回面孔区。

人与人的神经区域有差异,而神经区域之间的连接性(髓鞘之类)也有差异。甚至最近方方组的一篇论文(Chen et al., 2016)通过知觉学习+核磁共振的方式发现,随着学习识别动作过程,志愿者的大脑中,识别动态的环路有一定的编码解码变化。所以说,「神经环路有不同」也并非什么新鲜事。倒是很合理的一个现象。

今天说的脑回路差异,还得是说到环路之内的连接性造成的差异。有一种识别面孔的问题叫做先天性面孔失认症,它的特点就是在没有其他问题存在的情况下(如没有视力损伤,自闭症等),无法顺利地在成长过程发展出识别面孔身份的能力;也就是,因为基因或发育或其他未知原因(目前无定论),无法记住他人面孔的一类障碍(目前无修复方法)。一开始,有人认为是梭状回面孔区受损导致。但是随着科研的进展,科学界广泛认为先天性面孔失认症是识别面孔的神经环路之间的连接沟通出现了问题(Thomas et al., 2009)。看似小小的脑回路不同,可能让一些人没法通过面孔识别出他人,也记不住他人的面孔。

当然,神经环路中的一个节点出现了问题也会导致识别的差异。病人SM是一个很著名的脑损伤例子,她的双侧杏仁核受损导致了她不再拥有恐惧感。同时她也认不出恐惧的表情。加州理工的 Adolphs教授通过研究她,做出了不少开创性进展。在2005年,他联合了格拉斯哥大学的Schyns等学者,进一步发现病人SM识别不了恐惧面孔的原因,正是由于她不会通过利用眼睛识别情绪。所以说,识别面孔情绪环路上的一节出现了问题,也会导致不能用最合理的方法阅读和理解面孔。

所以说,神经环路的差异的确会让我们不一样!


参考文献

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