從一滴水照見(jiàn)宇宙洪荒，到一枚神經(jīng)元編織智慧星云，科學(xué)不再是公式的堆砌，而是萬(wàn)物共舞的詩(shī)行，我們將這種難以言喻的美，用鏡頭一一呈現(xiàn)。

由中央廣播電視總臺(tái)社教節(jié)目中心出品，中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)的五集科學(xué)紀(jì)錄片《科學(xué)之美》，在CCTV-10科教頻道熱播。一起來(lái)看第五集《大腦秘境 》 →

它是人體最精妙的器官之一

看似平平無(wú)奇

卻掌握著我們的思維、情感、行為方式

超長(zhǎng)而纖細(xì)的腦血管系統(tǒng)

構(gòu)成滋養(yǎng)生命智慧的通道

走進(jìn)大腦的微觀世界

感受一場(chǎng)震撼人心的生命之旅

大腦，作為人體最復(fù)雜的器官之一，是一個(gè)無(wú)比神奇的“指揮官”。

實(shí)際上，人的大腦80%都是水，剩下的主要是脂肪和蛋白質(zhì)。

然而，這三種看似平平無(wú)奇的物質(zhì)，竟然能組合成思考、記憶、視覺(jué)、審美等各種功能。大腦是如何實(shí)現(xiàn)這一切的呢？

神經(jīng)元，是大腦最基本的結(jié)構(gòu)和功能單位，構(gòu)建了我們感知世界的基石。

我們的大腦中的神經(jīng)元約有860億個(gè)，這個(gè)數(shù)字比現(xiàn)在地球上人口總和的十倍還要多。

人腦的功耗大概相當(dāng)于一個(gè)十四五瓦的燈泡，類(lèi)似于一臺(tái)冰箱的燈泡功耗。不過(guò)，大腦卻可以指揮我們做這么多事情，是極端神奇的一個(gè)計(jì)算的“機(jī)器”。

如果我們把每一個(gè)神經(jīng)元看作是一顆星星，那我們的大腦就像是一個(gè)非常復(fù)雜而龐大的星際宇宙，它的運(yùn)轉(zhuǎn)有著嚴(yán)密而復(fù)雜的規(guī)律。

中國(guó)科學(xué)院院士程和平指出，大腦跟宇宙的不同之處在于，腦的世界是用電脈沖來(lái)通信的。

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里，幾只小鼠剛剛出生不久，跟所有的幼崽一樣，它們看上去脆弱而無(wú)助。

隨著新生活的展開(kāi)，年輕的大腦開(kāi)始急速運(yùn)轉(zhuǎn)。

顯微鏡下，這些正在蠢蠢欲動(dòng)的是神經(jīng)元的樹(shù)突棘，它們不斷萌發(fā)、伸長(zhǎng)，彼此靠近。

作為神經(jīng)細(xì)胞之間溝通的橋梁，大腦正是通過(guò)樹(shù)突棘手拉手的奇妙方式，將數(shù)量眾多的神經(jīng)細(xì)胞緊密相接，使得大腦中的信息得以鞏固和存儲(chǔ)。

我們平時(shí)說(shuō)的“長(zhǎng)腦子”，就是這些神經(jīng)元建立新的連接。這是來(lái)自于生物進(jìn)化的微觀之美。

中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)時(shí)松海說(shuō)，在我們出生的前兩到三年，神經(jīng)連接形成的速度是非常驚人的，可以達(dá)到每秒鐘超過(guò)100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)連接。兩到三歲時(shí)，大腦里神經(jīng)突觸的數(shù)目達(dá)到頂峰，每個(gè)神經(jīng)元可以有超過(guò)一萬(wàn)個(gè)神經(jīng)連接。

在大腦內(nèi)，即使再簡(jiǎn)單的行為，都會(huì)同步形成一個(gè)大尺度的全腦交流系統(tǒng)。

每個(gè)神經(jīng)元平均大概有3000個(gè)連接，它們組成了整個(gè)宇宙最復(fù)雜的個(gè)體。

這些浩如星海的神經(jīng)元，究竟是如何控制我們的人體的呢？

“人腦的神經(jīng)元不像我們傳統(tǒng)的其他的一些組織細(xì)胞，有一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元。”中國(guó)科學(xué)院院士駱清銘說(shuō)，神經(jīng)元是很復(fù)雜的，雖然是一個(gè)神經(jīng)元，但是它會(huì)投射到很遠(yuǎn)，完全交織在一起，就像高速公路一樣。

駱清銘院士認(rèn)為，就好比是高速公路上到底有多少個(gè)立交橋，多少個(gè)交叉路口一樣，嚴(yán)格意義上來(lái)講，每一個(gè)神經(jīng)元與多少個(gè)其他神經(jīng)元有聯(lián)系，大家都不清楚。

在神經(jīng)元行動(dòng)的過(guò)程中，如果某個(gè)刺激反復(fù)出現(xiàn)，大腦就會(huì)在相關(guān)的神經(jīng)元之間形成新的連接。這些新連接就像是大腦中的“新路線”，讓信息能夠更快地傳遞和處理。

“神經(jīng)系統(tǒng)跟其他組織最大的差別就是它的可塑性。”中國(guó)科學(xué)院院士蒲慕明認(rèn)為，環(huán)境的刺激就是學(xué)習(xí)的過(guò)程，學(xué)會(huì)了代表神經(jīng)系統(tǒng)的一個(gè)新的狀態(tài)。

如此龐大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了神奇的大腦，雖然它的重量?jī)H占身體的2%，卻消耗著全身20%的能量，而它的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，依賴(lài)著一條隱藏在顱骨之下的“生命之河”——腦血管系統(tǒng)。

在人類(lèi)漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，不斷增加的大腦重量使得腦血管比其他動(dòng)物更加密集。如果把所有腦血管連在一起，總長(zhǎng)度達(dá)到16億米，相當(dāng)于從地球到月球距離的四倍。

“大家現(xiàn)在看到的這些標(biāo)本，都是我們?nèi)梭w的真實(shí)的標(biāo)本制作的鑄型標(biāo)本。”首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)系解剖教研室主任高艷說(shuō)，標(biāo)本上的藍(lán)色代表靜脈，紅色代表動(dòng)脈。從血管鑄型可以看到，腦的血管是非常密集的。與其他部位同級(jí)別的血管直徑相比，進(jìn)入腦部的血管直徑更細(xì)。

大腦是人體代謝最為活躍的器官，如果把腦比作枝繁葉茂的大樹(shù)，腦血管就是盤(pán)根錯(cuò)節(jié)的樹(shù)根。如果沒(méi)有樹(shù)根汲取充足的養(yǎng)分，參天大樹(shù)也將枯萎。

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科主任張鴻祺認(rèn)為，腦跟其他地方都不太一樣，它需要大量的血液，帶著氧氣和營(yíng)養(yǎng)到達(dá)大腦的腦組織中，為它提供能量，這樣大腦才能正常工作。

作為供養(yǎng)生命智慧的通道，腦血管超長(zhǎng)且纖細(xì)。更與眾不同的是，大腦被設(shè)計(jì)成沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的器官，它不像心肺、腸道那樣能跳動(dòng)、膨脹或收縮。因此，缺乏運(yùn)動(dòng)的大腦血管壁比身體其他部分血管壁更薄。

高艷解釋?zhuān)X的血液主要是由頸內(nèi)動(dòng)脈和椎動(dòng)脈兩大血管來(lái)供應(yīng)，這兩個(gè)血管進(jìn)入顱內(nèi)，提供腦的血液和營(yíng)養(yǎng)。腦控制著我們的運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)以及情感，它需要非常豐富的血液供應(yīng)，因此腦的血管十分密集。

然而，人類(lèi)對(duì)于腦血管的認(rèn)識(shí)在醫(yī)學(xué)史上經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，即便是想要清晰地看到腦血管的構(gòu)造，也不是一件容易的事。

著名的維爾茨堡大學(xué)位于美因河畔，1895年，在這間古老的物理實(shí)驗(yàn)室里，物理學(xué)家倫琴有了一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。

倫琴發(fā)現(xiàn)的X射線，實(shí)現(xiàn)了人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像，這讓醫(yī)學(xué)家們歡欣鼓舞。借助X射線，人們通過(guò)顱骨的變形情況大致推測(cè)病變位置，但是這種間接的影像對(duì)于腦部血管的成像不夠理想。

當(dāng)時(shí)，醫(yī)生為患者拍攝大腦影像的過(guò)程中，會(huì)向患者大腦內(nèi)注入空氣，人們可以通過(guò)腦室的形態(tài)和位置推測(cè)大腦病變的位置，但是這種方法不僅使患者非常痛苦，而且效果不佳。

1921年，葡萄牙神經(jīng)外科醫(yī)生莫尼茲意識(shí)到，是否可以通過(guò)往不容易成像的腦血管中注射一種化學(xué)物質(zhì)來(lái)加強(qiáng)圖像的清晰度。

這張照片是莫尼茲將裝有不同濃度化學(xué)物質(zhì)的試管放入尸體大腦后，拍攝的影像。

在數(shù)十次實(shí)驗(yàn)后，莫尼茲發(fā)現(xiàn)一種叫碘化鈉的造影劑在成像清晰度和安全性上都很理想。

1927年6月28日下午，莫尼茲第一次嘗試將一種碘化鈉造影劑從患者的頸部注入動(dòng)脈，獲得成功。

在造影劑的作用下，人類(lèi)第一次無(wú)須打開(kāi)頭顱，就看到了大腦內(nèi)血管的形態(tài)。

“有了血管造影之后，對(duì)于血管病的治療就突飛猛進(jìn)。”張鴻祺說(shuō)，腦血管造影技術(shù)起到了非常重要的作用。只要看到了腦血管，后面就有辦法解決。

隨著科技的發(fā)展，不同成分的造影劑和影像設(shè)備應(yīng)用在不同血管類(lèi)型的顯影中。現(xiàn)在，熒光造影劑結(jié)合核磁技術(shù)可以讓醫(yī)生更加清楚地看到腦血管的形態(tài)。

這是專(zhuān)門(mén)針對(duì)血管成像的數(shù)字減影影像，不同于普通X光片的平面影像，數(shù)字減影血管造影技術(shù)，可以將細(xì)到數(shù)微米的腦血管單獨(dú)分離出來(lái)，它就像大腦血管網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星導(dǎo)航，幫助醫(yī)生更加明確血管病變的通路。

大腦就像一座永不熄燈的城市，腦血管是它的電力網(wǎng)絡(luò)，它的使命是為大腦內(nèi)時(shí)刻工作的神經(jīng)元提供能量保障。

然而，這條超長(zhǎng)的血管網(wǎng)，其實(shí)非常脆弱。一旦發(fā)生腦出血的情況，僅僅10秒鐘就可引起意識(shí)喪失，超過(guò)五分鐘就會(huì)造成不可逆的腦損傷。

一旦腦血管出現(xiàn)問(wèn)題，我們應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)呢？

這是一種大腦中常見(jiàn)的腦血管疾病，叫“顱內(nèi)動(dòng)脈瘤”，就像腦血管上鼓起的大泡泡。

此刻，奔騰的血液洶涌地流進(jìn)泡泡的內(nèi)部，每一次沖擊，都有可能使得原本就薄如蟬翼的血管壁突然爆破。

也許一個(gè)最輕微的咳嗽，就會(huì)成為壓破這個(gè)泡泡的最后一根稻草。

血液突然從血管里破壁而出，就是人們常說(shuō)的腦出血。

豆腐一樣柔軟的大腦組織，在突然升高的顱內(nèi)壓力以及不受控制的血流沖擊下，遭受致命的破壞。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，腦動(dòng)脈瘤一旦破裂，一秒鐘就會(huì)致人死亡，大概有40%的病人來(lái)不及去醫(yī)院就會(huì)死亡，是人類(lèi)最危險(xiǎn)的疾病之一。

不用打開(kāi)頭顱就能消滅“致命泡泡”，這是醫(yī)生們都迫切追尋的更高目標(biāo)。

1964年7月，美國(guó)芝加哥大學(xué)的一位醫(yī)生向世界介紹了他的一次大膽嘗試。

他將一位動(dòng)脈瘤患者局部麻醉，在他的頭骨上鉆孔，然后將一根不銹鋼針沿著孔洞插入了大腦里的動(dòng)脈瘤。緊接著，他向鋼針的尖端通入電流。

電，這個(gè)外部能量的到來(lái)，打破血液原本的平衡狀態(tài)，激發(fā)起了一個(gè)人體最平常卻又至關(guān)重要的機(jī)制——凝血。

不斷形成的血塊將原本中空的泡泡栓塞成了一個(gè)實(shí)心的血球。

30多年前，在凝血實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，年輕的費(fèi)爾南多醫(yī)生和他的好友圭多·古列爾米教授不斷嘗試一種異想天開(kāi)的動(dòng)脈瘤栓塞方法。

他們將微型的磁鐵放入動(dòng)脈瘤中，然后注射直徑小于紅細(xì)胞的鐵粉，用磁鐵的吸力吸引鐵粉，準(zhǔn)確地將它們引進(jìn)“致命泡泡”，刺激血液凝結(jié)。

但是因?yàn)槲蔫F粉不夠多，效果不佳，之后，他又向連接磁鐵的不銹鋼絲導(dǎo)入了4毫安的電流，希望電力的加持能產(chǎn)生更多的血塊，將動(dòng)脈瘤塞滿。

這時(shí)，一個(gè)意外電流讓導(dǎo)絲斷裂了，與此同時(shí)，一個(gè)能在血管內(nèi)控制栓塞材料的精妙方法卻應(yīng)運(yùn)而生。

只要材料一直與導(dǎo)絲相連，醫(yī)生就可以像放風(fēng)箏一樣隨時(shí)調(diào)整它們的狀態(tài)，直到一切滿意后，再讓它們與導(dǎo)絲分離。

1990年3月6日，古列爾米和團(tuán)隊(duì)完成了世界上第一例電解脫彈簧圈的臨床試驗(yàn)。

如今，微創(chuàng)的彈簧圈栓塞術(shù)成為治療顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的主流方式。

這些肩負(fù)使命的“迷你小戰(zhàn)士”從大腿根部的股動(dòng)脈開(kāi)始，穿越大半個(gè)身體，最終到達(dá)大腦深處。

這是一個(gè)極其優(yōu)雅的釋放過(guò)程。在手術(shù)過(guò)程中，醫(yī)生可以對(duì)釋放出的彈簧圈進(jìn)行收放自如的控制，如果釋放效果不滿意，可以重新再放，這樣就大大提高了手術(shù)的安全度。

直到一切滿意后，醫(yī)生才會(huì)將彈簧圈與導(dǎo)絲分離，讓它永遠(yuǎn)留在動(dòng)脈瘤里。

此時(shí)，“致命泡泡”的內(nèi)部，盤(pán)根錯(cuò)節(jié)的彈簧圈讓血液逐漸變成凝固的血栓，成為阻擋后來(lái)者的堅(jiān)固堡壘。這顆“不定時(shí)炸彈”被從內(nèi)部攻陷。

張鴻祺介紹，神經(jīng)介入是一個(gè)新發(fā)展起來(lái)的技術(shù)或?qū)W科，從一開(kāi)始出現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)到現(xiàn)在，神經(jīng)介入得到了廣泛的應(yīng)用并且發(fā)展得非常迅速。

科學(xué)解開(kāi)謎題

卻讓美越發(fā)深邃

當(dāng)我們凝視大腦的微觀叢林

億萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元

以電光為語(yǔ)言

編織著思想、記憶與夢(mèng)想的圖譜

蜿蜒的血管如生命之河

滋養(yǎng)每一處精密褶皺中的神經(jīng)細(xì)胞

這是醫(yī)學(xué)之美

是生物進(jìn)化饋贈(zèng)給人類(lèi)最壯麗的風(fēng)景

更是人類(lèi)理解自我、探索未知的永恒渴望

來(lái)源：中國(guó)科協(xié)之聲。原文標(biāo)題：來(lái)看看此刻你大腦里奇奇怪怪的想法→。

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