探索大脑的奥秘
2013年美国率先提出了“脑科学计划”，2016年我国也正式启动脑科学的研究之路。这个拥有1000亿个神经元，彼此间相互连接形成的复杂系统，明明包含在生命科学的研究范围，却被单拎出来的学科到底有多重要？研究之路有哪些困难？如今又有哪些研究进展呢？4月20日的《领创少年大讲堂》第15期，北京航空航天大学博士生导师汪待发作为本期科技领航员，带孩子们探索大脑的奥秘。
“神经元的树突是接收信息的，突触是连接别人信息的，像阿凡达坐上坐骑时，把辫子一拿就连接上了一样。”“神经元间的连接就像打电话，髓鞘就像电话线上的绝缘皮一样。”“5+5等于多少？当老师问到这个问题的时候，咱们大脑的前额叶就开始工作了……”汪待发10分钟“暴风输出”，生动讲解了大脑的神经元细胞、结构、功能以及大脑皮层的分工等基础脑科学知识。
那么大脑是如何感受外界刺激的？汪待发让小朋友们左手摸一下右手，是不是有感觉呢？他介绍说，这可不是左右手的一次“会晤”，大脑作为司令部也做了很多的工作，首先皮肤有感觉的神经元通过躯体感觉通路传到了脊髓，脊髓再把感觉的信号传导到丘脑进行处理，然后映射到了顶叶皮层，这才完成了我们对这个动作的感知。通过这个小小的动作，说明我们大脑时时刻刻都在处理各种各样的信息。
汪待发还介绍了大脑是如何控制身体的、记忆是怎么回事……这些我们习以为常的能力，都离不开大脑的参与。拥有超强能力的大脑，重量却只有3磅左右，而我们身体20%以上的能量都供给了大脑。孩子们不仅对大脑的工作原理有了深刻的了解，对科学的触类旁通也有了直观的认识。
我们怎么检测大脑的信号呢？是不是把1000亿个神经元放电的总和采集到就可以了呢？可是隔着没有神经元的颅骨，会不会像眼镜隔着雾似的，看不清结果呢？所以马斯克提出了打开颅骨，直接把脑机接口放进去。那么除了电，还可以怎么看大脑的活动呢？我们可以试想“电从哪来？” “发电厂”孩子们兴奋的回答。“那我们以火电厂烧煤为例。可以测产生了多少电，也可以计算烧了多少煤对吧？那么大脑也是如此，我们可以计算葡萄糖为大脑提供了多少能量。把带有注射放射性示踪剂的葡萄糖注入，形成核素成像……但是这样做会有辐射问题，而且实验成本是很昂贵的。”
“还可以怎么测算？煤没有空气能燃烧吗？人类的葡萄糖和氧气反应，是不是也可以看氧气的含量呢？……”汪待发带着孩子们像科学家一样，一步步推理，有逻辑的分析可行性。跟着教授曾面对的困难去体验、去思考，过程中更体会到了脑科学研究的不易。
幸运的是，汪待发从在清华学习到加入北航科研，花了12年、上万次的实验，借助精密的探测技术，终于研究出了“北航超微光技术”，解决了测全脑的问题。像pad这么大的设备，可以实时监测、多人同步测试，而且在国际上遥遥领先，并已经应用到了很多领域。比如测试大脑的专注力、记忆力，阿尔兹海默病等大脑疾病的治疗效果监测，飞机驾驶员飞行状态危险预警，一些需要博弈、协同合作等等场景的多人检测需求……
最后的互动环节，孩子们也提出一些值得探讨的未解之谜，汪待发教授在肯定孩子们科学素养的同时，提到了脑科学领域的探索仍然处于起步阶段，每一项发现都是通往新问题的门，这些问题将会推动未来的科学研究。探索大脑的奥秘是人类科学史上最激动人心的旅程之一，希望孩子们能好好学习，早日加入脑科学研究的队伍。
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