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人类大脑美图:大脑之美壮若银河

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2014年11月6日 / 2,857次阅读

目前认为,人类大脑中大约有 1000 亿个神经细胞,每个神经细胞可以与其他神经细胞产生大约 1000 个联系,形成 100 万亿个突触,数量之繁密,胜过整个银河系的星辰,从而构成了极其复杂的神经网络,有人感慨到,世间最复杂的莫过于人类大脑了。

美国提出人类脑计划,这是继人类基因组计划又一大手笔,欧盟委员会宣布大脑工程和石墨烯两大科技入选“未来新兴旗舰技术项目”

2013 年 4 月,美国提出人类脑计划,这是继人类基因组计划又一大手笔,无独有偶,欧盟委员会也在年初宣布大脑工程和石墨烯两大科技入选“未来新兴旗舰技术项目”,并为此设立专项研究计划。

 

人类大脑,神经网络的复杂程度,超乎想象。

就这样,算是人类正式踏上了探索大脑的第一步,但很多科学家对此持消极态度,尽管近年来在脑研究方面持续投入资金,也取得了不少的成果,但人类大脑太复杂了,目前关于复杂的神经系统数据仍比较少,也许,脑计划完成的时间会比预想中的更漫长。

 

在枯燥而漫长的探索道路上,如果你有一颗发现美的心,你就会发现即使很枯燥的过程,也有乐趣,下面这 16 张图片来自英国爱丁堡大学,在开展研究的同时,也拍摄和处理了这些图片,一起与大家分享。

处于睡眠中的新生婴儿的大脑状态 (左边)VS 70 多岁的老年人(右边)。通过使用 MRI 进行成像,大脑中的路径一览无遗。

图 1:处于睡眠中的新生婴儿的大脑状态 (左边)VS 70 多岁的老年人(右边)。通过使用 MRI 进行成像,大脑中的路径一览无遗。

 

这些胶质细胞在大脑中只是起到支持和填充作用,而在目前,有了新的观点,不仅仅如此,比如,这些胶质细胞还与抑郁症的发病有关。

图 2:由图可知,在图中有两类细胞,并交织成网,实际大小仅为 1/20mm,一种为白色的少突胶质细胞,另外一种为绿色的星形胶质细胞,以往认为,这些胶质细胞在大脑中只是起到支持和填充作用,而在目前,有了新的观点,不仅仅如此,比如,这些胶质细胞还与抑郁症的发病有关。

 

图 3:这张图片源于 The Patrick Wild Centre 的孤独症、脆性 X 综合征和智力残疾研究,展示了卵母细胞分裂时将遗传物质传递给子代的情形,图中红色的的为基因。

图 3:这张图片源于 The Patrick Wild Centre 的孤独症、脆性 X 综合征和智力残疾研究,展示了卵母细胞分裂时将遗传物质传递给子代的情形,图中红色的的为基因。

 

图 4:这张图源于一名女性的神经细胞,其中绿色部分为来自母方的 X 染色体,处于失活状态;红色部分为来自父方的 X 染色体,处于沉默状态。如果 X 染色体上的基因发生突变,将有一半的细胞会受到影响,可能导致孤独症或智力残疾,这有助于阐明为什么女性在这些情况下患病的风险要小于男性。

图 4:这张图源于一名女性的神经细胞,其中绿色部分为来自母方的 X 染色体,处于失活状态;红色部分为来自父方的 X 染色体,处于沉默状态。如果 X 染色体上的基因发生突变,将有一半的细胞会受到影响,可能导致孤独症或智力残疾,这有助于阐明为什么女性在这些情况下患病的风险要小于男性。

 

图 5:这张 MRI 为一名患有脆性 X 染色体综合征患者的大脑,脆性 X 染色体综合征也为导致孤独症最常见的遗传形式。

图 5:这张 MRI 为一名患有脆性 X 染色体综合征患者的大脑,脆性 X 染色体综合征也为导致孤独症最常见的遗传形式。

 

图 6:正常人的大脑(左边)VS 孤独症患者的大脑(右边),不同的颜色代表不同脑区。

图 6:正常人的大脑(左边)VS 孤独症患者的大脑(右边),不同的颜色代表不同脑区。

 

图 7:星形胶质细胞,位于中枢神经系统,为胶质细胞中体积最大的一种,细胞呈现星形,细胞核大呈现圆形或椭圆形,并细分为原浆性星形胶质细胞和纤维性星形胶质细胞。以往的观点认为其作用仅限于支持和滋养神经元,但随着研究的深入,现在其不为人知的一面开始显露出来,例如,星形胶质细胞 ATP 释放减少可导致动物抑郁样行为。

图 7:星形胶质细胞,位于中枢神经系统,为胶质细胞中体积最大的一种,细胞呈现星形,细胞核大呈现圆形或椭圆形,并细分为原浆性星形胶质细胞和纤维性星形胶质细胞。以往的观点认为其作用仅限于支持和滋养神经元,但随着研究的深入,现在其不为人知的一面开始显露出来,例如,星形胶质细胞 ATP 释放减少可导致动物抑郁样行为。

 

图 8:海马,与人类的记忆和学习密切相关,是大脑神经发生的主要部位之一。

图 8:海马,与人类的记忆和学习密切相关,是大脑神经发生的主要部位之一。

 

图 9:如果你有一双慧眼,则可发现图中突触结构正在进行信息的传递。

图 9:如果你有一双慧眼,则可发现图中突触结构正在进行信息的传递。

 

图 10:这种图显示的是受试者进入一个圆形的房间时,其脑内的网格细胞被激活的状态。

图 10:这种图显示的是受试者进入一个圆形的房间时,其脑内的网格细胞被激活的状态。

动物跟人类一般靠三种类型的细胞来认路,分别是:方向细胞、位置细胞和网格细胞。其实,在之前,还不确定人类存在网格细胞,一切只是猜测。后来通过一项实验才证明,在人类的内嗅皮层外观察到了网格细胞,并推测可能有一个巨大的网格细胞网络,帮助人类形成记忆情景。

 

图 11:典型的正常大脑信号(左) VS 类似脆性 X 染色体综合征疾病的患者的大脑信号(右)

图 11:典型的正常大脑信号(左) VS 类似脆性 X 染色体综合征疾病的患者的大脑信号(右)

 

图 12:这张图为脊髓再生,为斑马鱼的脊髓正进行自我修复,通过这一机制,有助于为脊髓损伤而致瘫痪的患者找到治疗方式。

图 12:这张图为脊髓再生,为斑马鱼的脊髓正进行自我修复,通过这一机制,有助于为脊髓损伤而致瘫痪的患者找到治疗方式。

 

图 13:图中的神经纤维的连接犹如相互交织的电线,由于髓鞘的存在,可防止神经冲动传导时的电流扩散,对传导的绝缘性有重要作用,若髓鞘发生了病变,将会导致神经系统疾病,例如中枢神经系统脱髓鞘疾病—多发性硬化(MS)

图 13:图中的神经纤维的连接犹如相互交织的电线,由于髓鞘的存在,可防止神经冲动传导时的电流扩散,对传导的绝缘性有重要作用,若髓鞘发生了病变,将会导致神经系统疾病,例如中枢神经系统脱髓鞘疾病—多发性硬化(MS)

 

图 14:科学家利用数学模型来建立大脑环路,利用这种模型可以推测一些神经细胞疾病的改变,如焦虑症和 ADHD。

图 14:科学家利用数学模型来建立大脑环路,利用这种模型可以推测一些神经细胞疾病的改变,如焦虑症和 ADHD。

 

图 15:图中为正在发育中的大脑。红色部分为轴突,是神经元信息的传出通道,通常来说,传输路径相对较长,且高度迂回。不同颜色代表不同的脑区。

图 15:图中为正在发育中的大脑。红色部分为轴突,是神经元信息的传出通道,通常来说,传输路径相对较长,且高度迂回。不同颜色代表不同的脑区。

 

图 16:图中为树突。总所周知,神经细胞的突起分为树突和轴突,胞体和树突通常是接受和整合信息的部位,在中枢神经系统中,突触大多形成于树突膜上,此外,多数神经元的树突具有很大分支,其表面积十分巨大。

图 16:图中为树突。总所周知,神经细胞的突起分为树突和轴突,胞体和树突通常是接受和整合信息的部位,在中枢神经系统中,突触大多形成于树突膜上,此外,多数神经元的树突具有很大分支,其表面积十分巨大。

并且,在树突分支上存在树突棘,是形成突触的重要靶点,在脑发育过程中,树突棘的数量在脑发育期不断增加,可在数分钟或数小时内发生改变或消失,智力残疾的儿童脑内树突棘的数量明显减少,而且变得异常细长。

来源:丁香园

本文链接:http://www.maixj.net/misc/danaomeitu-danaozhimei-1144
云上小悟 麦新杰(QQ:1093023102)

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