TED:Allan Jones 大脑的地图
作者: Allan Jones / 4776次阅读 时间: 2015年9月26日
来源: TED 标签: TED 大脑 神经科学
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人类长时间的着迷于 人类的大脑。 我们讨论它,描述它。 我们已经画出了它。 我们已经把它地图化了。 现在,就像我们现实中的地图 被科技高度影响着—— 比如谷歌地图, 比如全球定位系统, 和它们一样,我们的大脑地图也在 经历变革。心理学空间'\:J B0UF

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让我们来看一看大脑。 大多数人,当他们第一次看到新鲜的人脑时, 他们会说,“它看起来和一般 别人展现给我们的大脑不一样。” 一般,你以前看到的大脑是一个固定了的大脑。它是灰白色的。 这是大脑的外层,这是脉管系统。 它们不可思议的围绕着人类的大脑。 这是血管。 含有20% 由肺部供应的氧气。 你的心脏产生的20%的血液 都用来供应大脑这一个器官。 如果你握住你的两个拳头,它基本上 只比你的两个拳头大一点。心理学空间3{ FE5O9M

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科学家们在大约20世纪晚期的时候 发现他们可以通过非侵入式的方法 来追踪血液的流动 从而绘制出在人类大脑里活动进行的区域图。 举个例子,他们可以看到大脑后面的那一部分, 就是刚刚转过来的这里。 这里是小脑,它使你现在能保持正确的直立。 它使得我能站在这里。它是一个相互协调的活动中的一部分。 在侧面这里的是颞叶皮层。 我们听到的东西在这里被初级加工, 所以你现在可以听见我说的话 你正在把刚才听到的话传送到更高级的语言处理中心。 在大脑的前方这里 是产生所有复杂的思想,作出决定的地方, 它是最后成熟的地方,在我们到了成年期后期的时候。 这是你所有决策过程正在进行的地方。 这是你正在进行决定的地方, 你或许不会点一份牛排作为晚餐。心理学空间DJvg3H~P `%k)Nr6Y

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,p[p8bHQ*_ A0所以如果你更深入地看看大脑, 其中一部分,如果你看它的横截面, 你能发现的是 你不能真正地看到整个的,大部分的大脑结构。 但是大脑里确实有很多结构。 它的细胞和它的神经线全部都连接在一起。 所以在几百年前, 一些科学家发明了一种染色剂可以将细胞染色。 这里淡蓝色显示的就是。 你可以看到这些地方 正常的细胞体被染色了。 你可以看到它是非常不均一的,你可以看到有很多的结构。 在大脑外层部分 是新大脑皮层。 如果你愿意的话,它是一个可以连续处理的部件。 但是你可以看到在那之下的东西也是。 所有的这些空白区域 是所有脑神经线路穿过的地方。 这些地方的细胞密度或许会低一些。 我们的大脑中大约有860亿神经元。 正如你所见,它们的分布很不均一。 而它们的分布正好构成了 它们潜在的功能。 当然,正如我之前所提到, 我们现在可以开始绘制大脑功能地图了。 我们可以开始将这些功能嵌入每一个独立的细胞。

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K}6UwC0让我们来更深入地观察一下。 看那些神经元。 正如我刚才提到的,这里有860亿神经元。 还有一些你现在看到的小细胞。 它们是支持细胞——星形神经胶质细胞。 而且神经本身 是接收输入信息的。 它们存储信息,它们加工信息。 每一个神经元是由突触 与你大脑中其他10000个神经元相连接的。 而且每个神经元本身 大部分是独特的。 独立的神经元和大脑里一系列的神经元 的独特特性 是由它们潜在的基本化学生物性能 所驱使的。 就是蛋白质。 蛋白质控制着像离子移动通道这样的事情。 它们控制着神经系统各细胞相联系的部分。 而且它们还控制着 基本上与神经系统相有关的一切事。

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g` Dnyn2[5^F0所以当我们更加深入地去观察 所有的这些蛋白质 都被我们的基因组编码了。 我们每个人都有23对染色体。 我们从母亲那继承一半,从父亲那继承一半。 而且在这些染色体上 大约有25000个基因。 它们在DNA中被译成编码。 一个特定细胞的天性 操纵着它潜在的生物化学性能 这个天性由这25000 启动的基因 和他们启动的级别所指示。

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所以我们的项目 是寻找这个读出器, 并理解这25000个基因中哪些被启动了。 所以为了进行这样的一个项目, 我们明显需要大脑。 所以我们派实验室技术员外出。 我们寻找正常的人类大脑。 我们真正开始的地方是 一个验尸员的办公室。 那是个死人被带去的地方。 我们寻找的是正常的人类大脑。 我们根据许多参考数据来选的大脑 我们希望确保 我们得到的大脑是20到60岁正常人的大脑, 他们是自然死亡的 大脑没有受到损伤, 他们不能有精神病史, 我们会做毒性检查确保他们 没有滥用药物的历史。 我们对我们所选取的大脑 非常小心。 我们也选取那些 我们可以得到脑组织的大脑。 我们得得到同意去提取 24小时内死亡的人的大脑的脑组织。 因为我们试图要去测量的东西——RNA核糖核酸 就是我们基因里的读出器-- 是非常易变的。 所以我们必须要快速行动。

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在收集大脑上有一点要提示: 因为我们收集的方式, 并且需要许可 所以我们事实上得到的男性大脑比女性大脑多。 男性更有可能在他们生命的青壮年时期意外死亡。 男性的家友,他的配偶 更加容易给我们许可。 相比之下,反过来,女性的配偶很少给我们许可。心理学空间zW;y)[,_{+a HCn#M

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'G?q,b |/]0我们在采集地点做的第一件事 是收集我们所说的核磁共振——MR。 这是核磁共振成像-MRI。 它是一个标准的模版,通过它我们可以留住其他的数据。 所以我们收集这个MR 你可以把这个当做是我们地图的卫星图。 接下来我们要做的事 是收集叫做弥散张量成像的东西。 这张地图是在大脑中连接的大量神经。 再次重申,如果你愿意你可以把这想象成 和制作我们的洲际间高速公路地图一样。 这个大脑是从头盖骨上分离的 然后把它切成一厘米的薄片。 那些是冷冻的固体, 然后它们被运到西雅图。 在西雅图,我们拿这个 这是一个完整的人脑的半球体 我们把它放进一个基本是改造过的肉类切片机。 这有一个刀片可以切 大脑脑组织的一部分 并转换成一个显微镜载片。 我们将会对它进行着色 并扫描它。 然后我们就得到了第一副地图。心理学空间,P"P [GqDif

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]9Uya2eBZM0专家就是从这里入手 并制作基本的解剖作业。 如果你愿意你可以思考州的边界, 那些漂亮宽阔的轮廓。 从这开始我们可以更进一步把大脑切成碎片 使它可以放在一个更小的低温恒温器上。 就是这里展示的这个-- 这个冷冻过的脑组织,它正在被切割。 这是20微米的厚度,大约和婴儿的头发一样粗。 记住,它是冷冻的 所以你可以看到 古老的笔刷技术正在被应用。 我们拿一个显微镜载片。 然后我们非常小心的让它融化在载片上。 然后它会被送到一个机器人那 在那它会被涂上那些染色剂中的一种。 我们的解剖学家们这时候会进入并且更深入的了解它们。心理学空间!S;U3Rr4aP'n s#y

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这是他们在显微镜下看到的景象。 你可以在聚集群和不同区域看到 大大小小的细胞 聚集和结构。 这是一个程序,他们知道哪里去完成这些作业。 而且他们可以制作基本上所涉及到的地图集。 这是一个更详细的地图。

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我们的科学家用这个 返回到另一片大脑组织上 并且做激光扫描纤维解剖。 所以技术人员得到指令。 他们沿着那的一个地方划线。 然后激光真的做切割。 你可以看到正在切割的蓝点,然后那片脑组织脱落。 你可以看到在显微镜载片这里, 现在正在立即发生的事。 这有一个容器在下面收集这些脑组织。 我们用一些基本的技术, 从这些脑组织里 净化出RNA 然后我们放一个荧光标签在上面。 我们拿标记过的材料 然后我们把它放在一些叫做微阵列芯片的东西上。心理学空间2on5SZ M}m

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w3wuOQ n0现在你可能认为你看到的是一群圆点, 但是事实上每一个独立的小点 都是一片我们点在玻璃片上的 独特的人类基因组。 它大约含有60000个元素在上面, 所以我们反复地测量基因组25000个基因中 各种各样的基因。 当我们得到一个样本而且我们让它与玻璃片吻合 我们得到一个独特的指纹, 如果你愿意那个例子里的大量的基因都会开启。

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现在我们一遍一遍地做这件事, 对任何得到的大脑。 我们从一个大脑上可以得到一千个样本。 这里显示的这个区域是大脑海马区。 它牵扯到学习和记忆。 它可以贡献1000个样本中的 大约70个样本。 每个样本给我们50000个数据点 使用重复测量得到一千个样本。

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所以大约我们有 5千万数据点 从一个贡献的脑中得到。 我们现在完成了 从两个人类大脑所获得的数据。 我们把所有的这些放在一起 在一个东西里, 我将向你展示这个综合体看起来是什么样子的。 它基本上是一个大的信息数据集 世界上任何的科学家都可以免费得到里面的数据。 他们甚至都不用登陆来使用这个工具, 开采这些数据,从其中找出更多有趣的东西。 所以这是我们把这些放在一起的模型。 你从我们之前收集的数据开始了解这些事情。 这是磁共振。它提供一个框架。 这里左边有一个操纵杆可以让你扳动。 它可以帮你放大, 它可以帮你标记独立的结构。心理学空间O'y }4ZD,UC

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9go g,Qk:u'^9G'K0最重要的是 我们现在正在绘制地图的这个解剖学上的框架, 它是我们通常所理解的基因启动的地方。 所以红色的级别 是基因开启到一个良好的级别。 绿色的是稍稍有些不活跃的地方,它没有被启动。 每一个基因都给我们一个指纹。 记住我们已经化验了所有25000个基因组中的基因 并且用所有的可用数据。心理学空间:aCu-? x:v9ANX

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所以我们的科学家从这些数据中学到了什么呢? 我们自己仅仅开始看这些数据 有一些基本的你想了解的东西 药品中有两个很好的例子, 百忧解和安非他酮。 它们都是通常规定的抗抑郁类药物。 现在记住,我们正在化验基因。 基因发送指令来合成蛋白质。 蛋白质是药物的目标。 所以药物和蛋白质是捆绑在一起的 把它们其中的一个去掉,等等 如果你想去理解药物的行动, 你想要理解它们有没有按照你想要它们行动的方式 和不想让它们行动的方式运行。 在副作用方面等 你想明白那些基因在哪儿可以开启。 第一次我们可以确确实实做到。 我们可以做到成倍的个体我们也可以化验。心理学空间7LoV G1x$D"g

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所以现在我们可以看透大脑。 我们可以看到这独特的指纹。 我们得到确认 我们确实确认基因 可以为一些类似百忧解的东西打开 这些东西含血清素的结构,这些东西已经知道是可以起作用的 但是我们还没有看到整个事情的全部。 我们还有机会看了一些以前从来没有人看到过的区域, 我们看到这些基因在那些地方启动。 这是一个非常非常有趣的副作用。 另一个你可以这样做的原因是 因为它是一个联系的匹配模型, 因为有独特的指纹, 我们可以确确实实地扫描整个基因组 并发现其他的蛋白质 显示同样的指纹。 举个例子,如果你是在研究药物, 你可以浏览 整个已经提供的基因组列表 来发现更好的药物目标并优化。心理学空间aR!e^X9Gc

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你们大部分人可能对基因组协会的研究 非常熟悉 以人们通常在新闻中看到的形式: 科学家们最近发现了影响X染色体 的基因。 这一类的研究 被科学家们例行公事的颁布 他们很棒。他们分析了大量的人口。 他们着眼于他们整个的基因组, 他们试图找出 与基因有原因关连的这些活跃热点。 但是你从这些试验中得到的 只是简单的基因列表。 它可以告诉你是什么但是没法让你知道在哪。 所以对那些研究员来说我们发现的这些资源 是非常重要的。 现在他们可以来我们这 并得到开始活动的线索。 他们可以开始考虑通常的途径—— 其他的以前他们没有办法做到的途径。

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所以我想这些特别的观众 可以理解个性的重要性。 我认为每一个人, 我们都有不同的遗传的背景, 我们都有各自的生活。 但是事实是 我们的基因组有超过99%的都是一样的。 我们在遗传的级别上是一样的。 我们发现的事实是 甚至在大脑的生物化学级别上 我们都是非常相似的。 所以这显示它不是99% 但是它大约90%一致 在一个合理的结算下 所以显然每一件事都是大概相关联的。 然后我们发现了一些异常值, 一些隐藏在云雾后的事情。 那些基因是非常有趣的, 但是它们是很微妙的。 所以我想它是一个很重要的信息 今天你们可以带回家的 是尽管我们庆幸我们所有的不同, 我们还是非常相像的 甚至在大脑层面。心理学空间!]#Wu_Uc

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i&N1S[h2e0这些不同看起来像什么呢? 这是一个研究的例子 我们跟踪并研究这些不同到底是什么 而且它们是非常精妙的。 我们发现的是基因以独立的细胞类型呈现。 我们发现了两个基因作为很好的例子。 一个叫做RELN——它被包含在一个早期的发展线索中。 DISC1是一个 在精神分裂症中被删除的基因。 这些不是导致精神分裂症的个体, 但是它们确实显示了一些人类的变化。 所以我们在寻找的是 在捐献者一和捐献者四中, 这两个捐献者的大脑与其他两个不同, 基因在细胞的不同子集中 被打开。 是在细胞中这个深紫色的沉淀 告诉我们那里有一个基因被打开了。 不论那是归因于 一个独立的基因背景或者它的经历。 我们不知道。 这种研究需要更大量的人类大脑。

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所以我给你们一条最后的注释 有关于大脑的复杂性 我们还有漫漫长路需要探索。 我想这些资源是无价之宝。 它们给研究员们 指出一条道路。 但是我们现在只是研究了少数的个体。 我们很确定我们要去研究更多的。 在结束时我想说 工具在那里, 而且这是一个真正的未被勘察过,未被发现的领域。 如果你愿意,这是一个新的前沿 对那些勇敢的 但是深感大脑的复杂性很重要的人 未来在等着你们。心理学空间0`0T ^dM v;sm

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a!}O2M |$o b%Y0谢谢。

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