灵魂的科学探索 - 第8章 神经元

作者: 弗兰西斯·克里克7,226】字 目 录

“脑的功能不可能与它的基本单元——神经细胞一的功能完全没有联系。”

——伊丹·赛杰夫(idansegev)

由于“惊人的假说”强调了“你”就是大量神经元行为的体现,因此,你应该对神经元以及它究竟做些什么有个粗略的了解。尽管神经元的种类繁多,但其大多数都好像按照同一幅蓝图构建的一样①

一个典型的脊推动物的神经元对于施加在它的胞体、枝体——它的树突(见图28所示)——上的电脉冲刺激具有三种响应模式:有些输入使它兴奋,有些使之抑制,还有的可以对它的行为进行调制。当神经元变得相当兴奋时,它就会将一个峯形的电脉

冲下行传至它的输出电缆,即轴突,这样一根轴突通常也有许多分枝。电信号将沿着各个分枝及小分枝传输直至与其他神经元相联系的轴突,它也会对其他神经元的行为产生影响。

这就是神经元的主要工作。它通常是以电脉冲形式接收来自许许多多其他神经元的信息。实际上,它就是对这些输人进行复杂的动态加和,然后把处理后的信息以电脉冲流的形式沿着它的轴突传输到许多其他的神经元,虽然神经元为了维持这些活动及合成分子需要能量,但它的主要功能就是要接收和发送信号,简而言之,就是处理信息。一个类似的情况是:一个政治家会不断地收到来自那些想让他投票赞成或反对某一项措施的人士们的信息一样,当他在表决时就必须考虑所有这些信息。

在没有任何信号时,神经元通常也会沿着轴突以相对较慢、无规则地传送背景脉冲。这种发放率一般是1-5赫兹(1赫兹表示一秒中有一个脉冲或一个周期)。这种连续的“易激动”活动状态,可以使神经元处于警觉点,并随时对新的刺激做出更强烈发放的准备。由于神经元接收许许多多兴奋的信号,使它处于兴奋状态,则它的发放率就会增至一个很大的值,典型的为50-100赫兹或更高。在短时间间隔内,发放率可达到500赫兹,见图29所示。1秒钟内有500个脉冲,乍听起来觉得很快,但把它与家用电脑的处理速度作一比较,它是极慢的。如果一个神经元接收一个抑制性的信号,它的电脉冲输出可能比正常的背景发放率更少些。但这种减少是那么小,以至于它只能传送相当少的信息。神经元只能沿着轴突下行传送一类信号。当然没有“负”的峯电位。而且,这些电信号一般从胞体沿着轴突单向下行传输,直至这些轴突的终端。①

神经元是什么样子的?它是由什么构成的?在许多方面,神经元类似于人或动物体内的其他细胞。它的许多基因由dna构成,而dna位于细胞内一个被称为“细胞核”的特殊结构中的染色体上。细胞体内还有其他一些特殊结构,它们(例如:细胞的能源基地——线粒体)具有自己的dna。体内几乎所有细胞都有两套基因信息的复制品,①分别来自每个母体。每一套都约有1

0个不同的基因。②并不是所有的基因都在所有的细胞中活动。有些在肝脏的细胞中更活跃,有些在肌肉细胞中更活跃,等等。一般认为,在脑中各个部位的基因比任何其他器官中所具有的基因都更加活跃。

这些基因的大多数对某种或另一种蛋白质合成的指令进行译码。如果把每个细胞看作一个工厂,那么蛋白质就是使这个工厂进行运转的快速而又精巧的机械工具。蛋白质一般的体积通常是细胞体积的十亿分之一,它是如此的小,用光学显微镜都无法看到。但它的形状(不是其近乎原子结构的精确细节)有时还能够用电子显微镜观察到。每一种蛋白质都具有它自己极为精细的特定分子结构,它们是由成千上万个原子按照各自独特的方式连接在一起的。生命中起关键作用的分子正是以原子的精确性而构筑起来的。

细胞中的所有东西被包容在有点流动的类脂膜内,这层膜能阻止蛋白质和它们的产物离开细胞,膜上的一些蛋白质好比灵敏的门或泵,控制各种分子进出细胞。整个细胞结构是由那些有机的分子构成,且具有灵敏的控制部件,以便使细胞可以进行自复制,并且与体内其他细胞有效地进行相互作用,简而言之,在如此小的空间内,竟发生如此奇迹般的化学反应,这是经历了儿十亿年自然选择进化的结果。

神经元与体内的其他细胞泅然不同:成熟的神经元既不会移动,也不会聚在一起和发生正常的分裂。如果一个成熟的神经元死后,(除极少外)它不会由新的神经元代替。与许许多多其他细胞相比,神经元的外形更具刺突形。神经元树突的分枝随其不同的类型各异,但它通常有几个主要的分枝,而每个分枝又可分成几倍之多的小分枝。细胞体(常称为胞体)可长成各种不同大小,一般其直径约为20微米。①

在新皮层中最常见的一类神经元叫作锥体细胞,它的胞体稍像角锥,在顶部有大量的树突,见图30所示。其他神经元,例如星状细胞,在各个方向上都有分枝,见图31所示。

神经元的轴突(输出电缆)可以非常长,例如,像你的脊椎柱能有几英尺长,否则你就无法摆动你的脚趾(记住一个神经元胞体的半径很少有大于千分之一英寸)。没有脂肪髓鞘包着的轴突的直径通常很小,一般在0.1-1微米范围内。轴突外面包着脂肪髓鞘

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