這應該是腦結構、腦工作原理最詳細的圖解了

2021-01-19 華夏影像診斷中心

這個帖子很好地提醒了我,為什麼我願意跟如此美麗可愛的大腦一起工作。


因為真正的大腦非常不可愛,長得也難看。


但是,過去一個月,我一直生活在充斥著紅色血管的 Google 圖像的地獄裡,所以現在你也得忍著點兒。


我們從外往裡看吧。生物學有時似乎非常讓人滿意,比如你的頭上有一個真正的俄羅斯套娃。



你有頭髮,然後是頭皮,你認為下面就是你的頭骨了——但實際上頭骨之上還有19樣東西。


你的頭骨下面,又是一大堆東西,之後才是你的大腦:



在你的頭骨下面,大腦周圍有三個膜,將大腦環繞:


在外面,有硬腦膜,堅固耐用,防水。硬腦膜與顱骨齊平。我聽到有人說,大腦中沒有疼痛感覺區,但硬腦膜實際上能感覺疼痛,且和你的面部肌膚一樣敏感,硬膜上的壓力或挫傷往往造成了人們嚴重的頭痛。


然後下面是蛛網膜,這是一層皮膚,然後是帶有彈性的纖維的開放空間。我一直以為我的大腦只是漫無目的地漂在我大腦中的某種液體裡,但實際上,腦外和顱骨內壁之間的唯一真正的空間差距是這個蛛網膜。這些纖維穩定了大腦的位置,因此不能動作太大,他們充當減震器,當你的頭撞到東西。這個區域充滿了脊髓液。


最後,是軟腦膜,和腦外融合的很精巧的皮膚層。你知道,當你看到一個大腦,它總是覆蓋著噁心的血管。但這些並不是真正在大腦的表面上,它們埋設在裡面。


下面是完整的樣子,使用的樣品可能是豬的大腦:



從左到右是皮膚(粉紅色),然後是兩個頭皮層,然後是頭骨,然後是硬腦膜,蛛網膜,最右邊是只由軟腦膜覆蓋的大腦。


一旦我們把其他部分都剝離下來,我們留下了這個傻孩子:


這個荒謬的東西是宇宙中最複雜的已知物體,重約三磅,神經工程師蒂姆·漢森(Tim Hanson)稱之為「最具信息密度、結構化、自組織化的物質之一」。所有這一切只有20瓦的功率(類似計算機的功率為2400萬瓦特)。


這也是麻省理工學院教授Polina Anikeeva 所說的「你可以用勺子舀出的軟布丁」。大腦外科醫生Ben Rapoport將它更科學地描述為「布丁和果凍之間的某種形態」。他解釋說,如果你將大腦放在桌子上,重力會使它失去形狀,變得很平坦,像一個水母。


但這就是我們。你看著鏡子,看看你的身體和你的臉,你認為這是你——但這只是你的機器。你實際上是一個貪玩的果凍。我希望你不介意。


Krishna Shenoy 教授將我們對大腦的認識與十五世紀初的世界地圖做比較。另一位教授Jeff Lichtman 甚至更加苛刻。他在課程開始問他的學生:「如果你需要知道的關於大腦的一切是一英裡,我們走了幾英裡?」他說,學生們給出了四分之三英裡、二分之一英裡或是四分之一英裡的答案,但他認為真正的答案是「大約三英寸」。



第三個教授,神經科學家Moran Cerf ,跟我分享了一個神經科學中由來已久的說法,指出試圖理解大腦有點 22 條軍規的感覺:「如果人類的大腦這麼簡單,能夠讓我們理解,那我們將會因為如此簡單,而不能理解大腦。」


也許,在我們正在建設的偉大的知識塔的幫助下,我們可以在某個時候理解大腦。現在,讓我們看看我們對頭腦裡面的這隻水母目前有哪些了解。


大腦,縮小看看


讓我們使用半球橫截面看看大腦的主要部分。因此,這是你腦袋裡大腦的樣子:



現在,讓我們把大腦取出來,並刪除左半球,這讓我們能看清楚內部。



神經學家 Paul MacLean 做了一個簡單的示意圖,說明我們前面談到的爬行動物大腦在進化中的第一次出現,然後是在哺乳動物興盛階段形成的古生哺乳動物腦和新哺乳動物腦。



也可以這麼表示



讓我們來看看每個部分:


腦幹及小腦(The Brain Stem and Cerebellum)


這是我們的大腦最古老的部分:



我們的大腦橫截面中青蛙大腦的殘留。事實上,青蛙的整個大腦與我們大腦的低水平部分相似。



當你了解這些部分的功能,它們很古老這件事就說得通了:一切這些部分能做的事情,青蛙和蜥蜴都可以做。以下是主要部分:


延髓(The medulla oblongata)


延髓真的只是讓你不會死。它控制非自主的事情,比如你的心臟速率、呼吸和血壓。當它認為你中毒了,就會讓你嘔吐。


腦橋(The pons)



腦橋的工作是,做點這個,做點那個。它涉及吞咽,膀胱控制,面部表情,咀嚼,唾液,眼淚等等。


中腦(The midbrain)



中腦與視覺,聽覺,動作控制,警覺性,體溫控制有關,還有一堆其他的事情。大腦被分為了前腦、中腦和後腦。



有一件我要感謝腦橋和中腦的事是,它控制你的眼球自主運動,如果現在你在轉眼球,就是你的腦橋和中腦在搞事情。


小腦(The cerebellum)


這個看起來像你大腦陰囊的東西是你的小腦,它使人保持平衡、協調和正常移動。


邊緣系統(The limbic System)


大腦的邊緣系統在腦幹上,就是它讓人類如此瘋狂。


邊緣系統是一種生存系統。如果你在做你的狗也會做的事情,比如吃,喝,交配,戰鬥,躲避等等,可能就是你的大腦邊緣系統在駕馭你。無論你喜歡與否,你做的那些事情,就是處在原始的生存模式。


邊緣系統也是你的情感所在,最終,情緒也都是為了生存——情感是更高級的生存機制,對於處在一個複雜的社會結構中的動物是必須的。每當你發生思想鬥爭時,你的邊緣系統很可能會讓你做出你會後悔的事情。


我敢肯定,控制你的大腦邊緣系統,既意味著成熟,也是一種人性的掙扎。這並不是說沒有邊緣系統,我們會過得更好。邊緣系統在讓我們人類如此獨特中起到了一半的作用。生活的大部分樂趣來源於你的情緒和需要得到滿足。只是你的邊緣系統不知道你活在社會文明中,如果你讓它做主太多,它很快就會毀了你的生活。


無論如何,讓我們再仔細看看。邊緣系統有很多小部分。


杏仁核(The amygdala)



杏仁核有點兒像是大腦結構的情感遺骸。它涉及焦慮,悲傷,以及我們的恐懼反應。有兩個杏仁核,奇怪的是,左邊的已被證明更平衡,有時會產生一些幸福的感覺,而右邊的永遠心情不好。


海馬體(The hippocampus)



你的海馬體就像記憶的一塊板子。當老鼠開始記憶迷宮的方向,記憶在海馬體上編碼。大鼠的兩個海馬體的不同部分將在迷宮的不同部分起作用,因為迷宮的每個部分被存儲在自己的海馬體部分。但是,如果學習一個迷宮後,大鼠被給予其他任務,一年後,被帶回原來的迷宮,就會很難回憶起它,因為海馬體記憶板上的大多記憶已經被抹去,釋放給新的記憶。


丘腦(The thalamus)



在大腦的中心位置,丘腦也作為中間人,從你的感官接收信息,並將其發送到你的皮質處理感官。當你睡覺時,丘腦也一起上床,這意味著感官中間人下班了。這就是為什麼在沉睡中,一些聲音或輕輕的觸摸往往不會讓你起來。如果你想喚醒深度睡眠的某人,你必須展示出足夠的侵略性來喚醒他們的丘腦。


唯一的例外是你的嗅覺,這是繞過丘腦的一個感覺。這就是為什麼嗅鹽可以用來喚醒一個暈倒的人。不像其他的感官,嗅覺位於邊緣系統,這就是為什麼氣味和記憶與情感如此緊密地聯繫在一起。


皮層(Cortex)


最後,我們到達了大腦皮層。


大腦皮層(本文主要指新皮層,文中統稱皮層)基本上負責所有事情:看,聽,觸覺,語言,動作,思維,規劃和個性。


它分為四葉(lobe):



它們每個都做了很多事情,且有很多重疊:


額葉(Front lobe)處理個性,以及我們認為的許多「思考」——推理、規劃和執行能力。特別是,您的許多想法發生在額葉的前部,稱為前額葉皮質。額葉負責你的身體運動。額葉的頂部條是您的主要運動皮質。


在其它功能中, 頂葉控制你的觸覺,特別是在初級軀體感覺皮層。


運動和軀體感覺皮層緊挨著對方,它們很有趣,因為它們已經被良好的映射出來了。神經科學家確切地知道每個部分連接到你身體的哪一個部分。於是就有了下面這張令人毛骨悚然圖:侏儒。



由先鋒神經外科醫生懷爾德·彭菲爾德創建的侏儒,在視覺上顯示運動和軀體皮層如何被映射。


如果你把皮層從大腦中剝下來,你會得到一張2mm厚,2,000-2,400cm2 大小(48cm x 48cm square)的餐巾紙。


這塊餐巾是大腦發生大部分動作的地方,這就是為什麼你可以思考,移動,感覺,看,聽,記,說話和理解語言。真是有史以來最好的餐巾紙。


還記得我之前說你是一個果凍嗎?你現在知道,感謝你的皮層,你實際上是一塊餐巾紙。


當我們將另一個大腦放在我們剝離的皮層上時,可以看出皮層摺疊的神奇效果。


大腦,放大看看


即使我們知道大腦很久以前就坐在智慧的寶座之上,直到最近,科學才發現大腦是由什麼構成的。科學家們知道身體是由細胞製成的,但是在19世紀末期,義大利醫生Camillo Golgi 才想出如何使用染色方法來看到什麼是腦細胞。結果令人驚訝:



這不是一個細胞本來的樣子。Golgi 發現了神經元。


科學家們很快想通了,神經元是組成大腦和幾乎所有動物的神經系統的核心單元。



有很多不同類型的神經元。


我們來討論一下簡單且被人說濫了的神經元錐體細胞,你會在你的運動皮層發現這麼個傢伙:



然後如果我們給他一些額外的腿,一些頭髮,把他的胳膊拿掉,再把它抻長,我們就得到了一個神經元。



現在再添加幾個神經元



因此,這些傢伙的軀幹——神經元的軸突都具有一個負「靜息電位」,這意味著當它處於靜止狀態,它的電荷是輕微的負。在任何時候,一堆人的腳和這些傢伙的頭髮——神經元的樹突——保持接觸。他們的腳把化學物質——神經遞質——傳到他的頭髮。



神經網絡



大腦材料可分為叫做 灰質 和 白質兩類。灰質看起來顏色較深,且由大腦神經元的體細胞及其軸突和樹突組成。白質是白色的,因為這些軸突通常包裹在髓鞘中,呈脂肪白。白質之間的大塊主要由皮層神經元的軸突組成。大腦皮層是像一個偉大的指揮中心。


我見過的反映這一概念最酷的插圖,由Dr. Greg A.Dunn and Dr. Brian Edwards.完成,讓我們看看灰質皮質的外層和它下面的白質結構之間的顯著差異:



這些皮層軸突可能將信息帶到了大腦下部皮層的另一部分,或通過脊髓經神經系統的高速公路到了軀體的其餘部分


讓我們來看看整個神經系統:



神經系統分為兩個部分:中樞神經系統–你的腦和脊髓,和外周神經系統——由從脊髓向外輻射到身體其他部分的神經元構成。


大多數類型的神經元是與其他神經元溝通的interneurons。


其他兩個種類的神經元是 感覺神經元和運動神經元 –它們順著你的脊髓而下,組成了外周神經系統。這些神經元可長達一米。以下是每種類型的一個典型結構:



當然,還有神經可塑性的事情。每個神經元的電壓是不斷變化的,多達每秒數百次,同時數以千萬計的突觸連接會在我們的立方體內更改大小、消失、重新出現。


如果只是這樣就好了。


原來大腦中還有被稱為神經膠質細胞的其他細胞,有許多不同的品種,具有多種功能,如清掃釋放到突觸的化學物質、在髓鞘包裝軸突、作為大腦的免疫系統等等。下面是一些常見的神經膠質細胞:



有多少神經膠質細胞在大腦皮層?和神經元數量相同。


最後,還有血管。在每立方毫米的皮質,共有一米的毛細血管。這樣大小的空間內,血管是什麼樣子?



來源: 深度學習進階學習社



相關焦點

  • 腦分享 | 腦結構、腦工作原理最詳細圖解
    這個荒謬的東西是宇宙中最複雜的已知物體,重約三磅,神經工程師蒂姆·漢森(Tim Hanson)稱之為「最具信息密度、結構化、自組織化的物質之一」。讓我們來看看每個部分:腦幹及小腦(The Brain Stem and Cerebellum)這是我們的大腦最古老的部分:
  • 腦科學 | 這可能是關於大腦工作原理最詳細的圖解了
    ,包括腦能耗、腦惰性、腦疲勞、腦專注、腦記憶加工、腦內斂、左右腦偏測等10多項腦狀態數值。神經電生理學依靠腦電波這樣的可以測量的數據模型,去追蹤、識別和模擬人腦的意識運行規律,指向了未來人機互動這一最激動人心的科研領域。雖然每個人可能會對自己的血型、星座、性格、氣質和能力等等自我表現特徵會有所了解,但我們對於自己的「腦健康」和「腦能力」又有多少了解呢?
  • 磷酸鐵鋰電池工作原理詳細圖解
    打開APP 磷酸鐵鋰電池工作原理詳細圖解 秩名 發表於 2012-05-25 09:54:49   磷酸鐵鋰電池工作原理   上邊是橄欖石(olivine)結構的LiFePO4作為電池的正極,由鋁箔(aluminium foil)與電池正極連接,左邊是聚合物(polymer)的隔膜(diaphragm),它把正極與負極隔開,但鋰離子Li 可以通過而電子e-不能通過
  • 神奇的腦結構
    ,做個學生真心不易,想想還是應該好好愛護我的娃。               言歸正傳,看看第一次作業的三道題我該如何解答,等等,我先認識一下大腦的三重結構:第一層,爬蟲腦,是最原始的腦組織,它負責掌控身體的自主神經部分,臉紅心跳,呼吸加速,這些不需要動腦、不需要做決定就可以產生的自主功能,也就是本能反應都是由它來產生。
  • 腦結構研究方法
    隨著高場強MRI設備的誕生,影像設備解析度的不斷提高和圖像處理技術的發展,多種以結構像為背景的大腦形態學研究方法層出不窮。
  • 意義非凡的腦科學
    這些問題可以說與腦科學密切相關。腦科學研究不僅可以使我們理解認知、思維、意識和語言等腦功能原理,對人類認識自身有重大科學意義,還能夠對各種腦功能神經基礎進行解析,對有效診斷和治療腦疾病有重要臨床意義,腦科學所啟發的類腦研究也可以推動新一代人工智慧和新型信息產業的發展。
  • 人腦的「地圖」——腦圖譜
    人類的大腦是如何工作的?如果大腦「生病了」,醫生怎樣才能快速找到病灶、進行精準治療呢?想要解答這些問題,我們首先要對大腦有一個清楚的認識。大腦是人體最複雜的器官,為了了解人腦的結構和功能,科學家們進行了大量的研究。
  • 「不死之腦」與腦移植,換腦能否幫我們實現永生?
    人們對於腦科學的展望,在科幻電影中被提及,如今也被逐漸實現。隨著現代科學的進步,我們對大腦的了解更加清晰,在不久的將來,可能實現老年痴呆的治療甚至是「換頭術」。人的大腦是怎麼工作的?強人工智慧有可能實現嗎?人類是否有可能實現永生?現在有沒有藥物能開發我們的潛能?
  • 蒲慕明:意義非凡的腦科學
    腦科學研究不僅可以使我們理解認知、思維、意識和語言等腦功能原理,對人類認識自身有重大科學意義,還能夠對各種腦功能神經基礎進行解析,對有效診斷和治療腦疾病有重要臨床意義,腦科學所啟發的類腦研究也可以推動新一代人工智慧和新型信息產業的發展。
  • 研究發現:「癮君子」腦功能腦結構異常
    最新研究成果顯示「癮君子」腦功能和結構存異常  吸毒為禍個人、家庭與社會,這已經是共識,慢性藥物成癮同樣危害嚴重!「癮君子」服用的藥物到底如何作用於身體?  廣東省第二人民醫院和華南師範大學的科研團隊耗時8年開展創新性研究,發現海洛因和止咳藥水真的會「改變」人的大腦,讓大腦「不正常」,異常主要集中在獎賞迴路、認知控制和決策相關的腦區。
  • 深圳先進院腦信息中心:探索腦科學「信息化」 致力基礎前沿研究
    )雜誌上,這項工作對於探索腦神經系統的工作原理,破譯大腦運轉密碼具有重要意義。我們中心主要通過發展和應用冷凍電鏡斷層三維重構顯微成像、高通量全腦三維光學顯微成像、高時空精度的電生理與電化學檢測和智能計算等技術,獲取和分析腦神經系統精細結構和活動的海量數據信息,揭示神經系統信息處理的機制和原理,而這些基礎研究成果除了滿足人類的好奇心,也可能會啟發新一代人工智慧和腦疾病診療技術。」
  • 2020年物理學獎得主有位中國人熟悉的彭羅斯《皇帝新腦》的作者
    彭羅斯和霍金卻合作研究過物理學並一起創立了現代宇宙論的數學結構理論,包括著名的奇點定理的證明。讀者看到下面的譯文「黑洞和銀河系」就自然會想到霍金。因此今年彭羅斯獲得物理學諾獎也就可以理解了,遲早的事情。
  • 北師大:助力中學生探秘腦科學
    研究人員將測試工具貼在學生的腦袋上,讓孩子觀察顯示器上「鮮花」的「閉合與開放」的變化過程,通過認知能力增強系統觀察注意力的控制、持續和放鬆等腦狀態影射到物理或虛擬系統的變化。  在北京師範大學腦成像中心,一位學生應邀進行了腦部核磁共振。在採集該學生腦成像數據過程中,研究人員向師生解釋了大腦結構、大腦活動等相關知識。
  • 腦區到腦網絡:認知神經科學的系統論轉向
    20世紀90年代,複雜性網絡這一數學模型被引進認知神經科學,腦網絡研究在認知神經科學中興起,腦網絡的研究發現,人腦網絡是一種高效的「小世界」網絡,人類心理不但與腦區的活動有關,還與腦區之間的網絡連接有關。不同於腦區的還原論研究,腦網絡研究具有系統論的特點,這是認知神經科學內部的系統論革命,對認知神經科學的可持續發展具有重大意義。
  • 《大腦的奧秘》:腦科學家們的「燒腦」之作—新聞—科學網
    21世紀是腦科學的世紀,理解大腦的結構與功能成為了當前最具挑戰性的科學問題。為此,美國、歐盟和日本先後啟動了大型腦研究計劃,而中國也並不打算落後,即將啟動自己的「腦計劃」。 為了讓公眾更加關心和理解腦科學研究,中科院神經科學研究所(以下簡稱神經所)的一群腦神經科學家合力撰寫了一本科普圖書《大腦的奧秘》,幫助讀者去探尋腦科學領域的熱點問題。
  • 意義非凡的腦科學(開卷知新)
    腦科學研究不僅可以使我們理解認知、思維、意識和語言等腦功能原理,對人類認識自身有重大科學意義,還能夠對各種腦功能神經基礎進行解析,對有效診斷和治療腦疾病有重要臨床意義,腦科學所啟發的類腦研究也可以推動新一代人工智慧和新型信息產業的發展。
  • 中國腦健康日關注「頭」等大事,中國腦科技的未來是什麼?
    腦科學中最關鍵的問題,是我們對腦的各種功能和神經網絡的工作原理知道得非常粗略。我們知道大腦不同皮層的部位有不同的功能。比如說,大腦後方是管視覺的,最前方的上方有管運動的、管感覺的、管嗅覺的,前面還有管語言的區域。假如大腦出現損傷,比如腦卒中(俗稱中風)以後,受損區域對應的功能會喪失。
  • 「垂直結構」新型類腦視覺系統方面取得重要進展
    多功能光電傳感和類腦計算器件對於研發能夠工作在全模擬域的類腦視覺系統至關重要。基於這系列工作打下的基礎,該團隊近日提出,通過將視網膜形態傳感器陣列與憶阻交叉陣列結合在一起,可以模擬人類視覺系統的「垂直分層」架構,從而同步實現對視覺信息的感知和預處理,並高效執行較複雜的包括圖像識別、物體追蹤、運動軌跡預測等在內的任務。該工作為未來開發三維垂直集成的新型類腦視覺系統奠定了科學與技術基礎。
  • 簡明易懂 圖解電源工作原理
    電源的定義和分類  同學們,今天我們來學習一堂關於電源工作原理而我們市場上最常見的電源還採用了閉合迴路系統,負責控制開關管的電路,從電源的輸出獲得反饋信號,然後根據PC的功耗來增加或者降低某一周期內的電壓的頻率以便能夠適應電源的變壓器(這個方法稱作PWM,Pulse Width Modulation,脈衝寬度調製)。從而提高了電能的有效利用率,同時又降低了電器元件的損耗。
  • 神奇腦網絡揭秘——DTI腦幹、丘腦腦網絡圖譜
    大腦是人類最複雜、最神秘的器官,人類的感覺、思維、記憶、情緒、運動、感受都源自大腦。