您知道吗?我们打哈欠有时并非是因为真的感到疲劳困倦,而是由于看到身边的人在打哈欠,于是不由自主也打起了哈欠。这一现象的产生与我们大脑皮层相关区域的功能密切相关——

走进神经生物学

■ 朱国旗 杨绍杰

版次:12  2020年11月03日

在介绍神经生物学之前,先来讲一讲我们生活中的一个有趣现象:打哈欠。当我们读书看报或疲劳困倦的时候,会张大嘴巴、打个哈欠、伸个懒腰,顿时感觉身心舒畅,头脑似乎也清醒了。但其实,我们打哈欠有时并非因为真的感到疲劳困倦,而是由于看到身边的人在打哈欠,于是不由自主也打起了哈欠。甚至,当我们看到“打哈欠”三个字,听到打哈欠的声音,或是联想到别人打哈欠的情景,都会引起自己想打哈欠的欲望。比如,我前面写的这些句子中,重复率最高的词就是“打哈欠”,您看完是否也有想打哈欠的冲动呢?

这就是我们平时常说的“打哈欠会传染”,这一现象的产生与我们大脑皮层相关区域的功能密切相关。而神经生物学所要解决的问题,其中就包括对大脑结构和功能进行科学地探索和研究。下面,就让我们来进一步了解神经生物学。

神经生物学的“前世今生”

“生物学”是我们非常熟悉的一个概念,而“神经生物学”这个词,对很多人来说可能就比较陌生了。神经生物学是生物学的一个分支,简言之就是生物学中专门研究神经系统的部分,包括神经系统的解剖、生理和病理等方面。比如说,我们大脑中的神经网络如何控制我们的日常行为?这些控制行为的神经网络长什么样子?如果神经网络出现异常,会对我们的身体产生什么影响?诸如这些,都是神经生物学的研究范围。

由于涉及人体最精密的控制中心——大脑,神经生物学听起来是一门非常高深的研究。其实它的起源可以追溯到公元前500年左右,那时候的人们已经意识到思想是由大脑控制的,只是尚不清楚具体是由何种路径控制。后来,人们通过对于神经系统的精细解剖和精密研究,对神经系统有了越来越清晰的认识。于是,神经活动电性质、神经突触、条件反射、神经递质和神经生长因子等关键生物信息相继被发现。在相关技术上,微电极记录神经电信号和电子显微镜的出现,使神经生物学发展有了较大跨越。

至上世纪90年代,神经生物学迅速崛起,成为备受关注的一门科学。当时发达国家相继提出关于脑科学的研究,如美国1990年的“脑的十年计划”、1991年欧洲的“EC脑十年计划”、1996年日本的“脑科学时代计划”。在我国,著名神经生理学家张香桐先生也曾呼吁“开展大脑研究,提高民族智力”。从此,神经生物学成为生命科学中最重要的研究领域之一,经过几十年的快速发展,在技术水平和研究成果方面,都取得了较大进步。诺贝尔奖得主沃森曾说:“20世纪是基因的世纪,21世纪是脑的世纪。”

我们身边的神经生物学

如果我问:“神经生物学研究是否与你有关?”相信不少人会不假思索地说:“科学研究是科学家的事,与我无关。”其实不然。事实上,神经生物学是与我们大众密切相关的。

随着社会快速发展和科技进步,我们的生活节奏不断加快,工作压力也与日俱增,由此带来的各种精神疾病日益增多,比如抑郁症、睡眠障碍、焦虑症等。另外,现代人的生活水平不断提高,人的寿限得到较大提升,所以人口的老龄化问题不可避免。而与人口老龄化相对应的,是老年性疾病的发生,比如我们常说的老年痴呆症便是其中之一。神经生物学认为,这些精神和神经性疾病的发生,都是与大脑息息相关的。例如睡眠障碍,它的发生可能是大脑中控制睡眠的脑区出现异常,而老年痴呆则可能是由于脑中神经元的大量死亡,由此导致大脑功能逐渐退化,病人才逐渐表现出健忘等症状。

对于我们身边这些精神和神经性的疾病,神经生物学不仅研究疾病是如何发生的,也在积极联合现代医学研究这些疾病的治疗方法。举个例子,关于抑郁症的治疗,很多人认为这只是情绪低落引起的心理疾病。这种错误观点首先必须要被纠正。事实上,神经生物学研究已经证实,抑郁症的发生还伴随着神经系统的器质性病变。在临床上,治疗抑郁症无外乎药物治疗、心理治疗和物理治疗,其中,与神经生物学关联最密切的治疗手段是药物治疗。那么,神经生物学如何与临床结合治疗抑郁症?简单来说就是“知其所以然”和“治其然”。所谓“知其所以然”,就是要知道抑郁症为什么会发生、抑郁症发生的机理是什么、抑郁症的发生会引起神经系统的哪些改变以及主要的病变部位在何处?通过神经生物学的研究搞清楚这些问题后,临床上才能针对性地选择相关药物进行有效治疗,这就是刚才提到的“治其然”。当然,尽管在神经生物学上已对抑郁症有了较多研究和认识,为临床上治疗药物的选择提供了很多参考依据,但抑郁症治疗还应该结合心理疗法,多管齐下才是王道。

神经生物学的未来

在智能手机出现以前,一部能拍照、聊QQ的彩屏手机已经震撼了我们的双眼。在我们感叹彩屏手机能替代照相机实现拍照功能的时候,智能手机横空出世。当我们再回看手中的彩屏手机,突然觉得它不如从前那么“香”了。同样,放眼神经生物学领域,我们也无法想象今后会有什么新技术出现。毕竟,当今科技的发展是多领域交叉的结果。

我们不妨结合当下先进技术,对神经生物学的发展趋势做个大胆预测。人工智能技术是计算机领域的前沿,能够模拟人的某些思维方式和行为。目前,已经出现能够帮助残疾人恢复运动功能的“脑机接口”,神经生物学未来很可能会以当前研究成果为基础,与人工智能技术紧密结合,进一步应用于医学领域。比如,是否能将他人大脑中的记忆以某种信号的方式导出,再进行信号还原,从而实现记忆情景的可视化?临床上有一种疾病叫创伤后应激障碍,是人由于经历了重大创伤性事件后,出现的一系列惊恐症状,比如夜晚做噩梦、创伤性事件的记忆突然闯入脑海。未来的神经生物学研究很可能会对患者的这段创伤性记忆信号进行可视化确定,然后永久删除,以达到直接且快速治疗疾病的目的。再比如,在某些疼痛疾病的诊断上,利用神经生物学与人工智能技术,根据大脑对痛觉的反应,快速、直接和精准地确定病灶部位,从而取得良好诊断效果。总之,神经生物学未来的发展能够大大促进临床疾病的诊断和治疗效率,从而缓解当前医疗资源不足的难题。