脑与教育学习札记（2）－学一点有关脑的基本知识
在我们了解脑科学揭示的儿童的发育过程以前，需要简要的介绍有关脑的最基本的知识。实际上，在美国前总统老布什提出把上世纪最后十年定为“脑的十年”的计划中，当时主要提出的口号不是研究，而是让公众了解脑科学研究的重要性和分享脑科学研究的成果。随之，日本提出了“认识脑，保护脑，创造脑”的计划，该计划也不是只着眼于研究工作，而是向公众普及脑的知识。我国的教育界和家长学习一点有关脑的基本知识是会很有益处的，至少可以有助于你对一些教育方式的了解和辨别。
人被誉为“万物之灵”、“大地之秀”，这是因为人有脑。有人问什么是复杂系统？简单的举例是：包含人的系统总是复杂系统，其原因也是因为人有一个世界上最复杂的、最有威力的脑。教育过程包括教和学两个方面。至今为止，脑科学对“教”的过程研究甚少。主要研究集中在学习的过程中。
认识脑（注意不只是大脑，大脑只是脑的一个重要组成部分）的结构、回路、系统，以及它的工作过程是科学研究内容上对人类最大的挑战。只是到了近几十年，特别是近十几年，对脑的研究才取得了较大的进展。这应该归功于科学和技术的进展，像功能核磁共振CT和正电子CT的问世，基因技术的发展，都为我们研究脑，研究脑中发生的一些高级功能，如认知、情绪、决策和行为，包括语言和学习，提供了可能。人类离最终揭开脑的秘密，如果最终可能的话，还有很长的路要走，但是鉴于教育的重要性，我们应该努力去吸取人类对脑研究的新成果，结合我们的教育实际，去促进我们的教育改革，使其沿着尽可能科学的方向前进，至少尽可能避免做违背科学规律的事。
人的脑在长期的进化中形成。成熟的人脑重量平均在1.3千克左右，占身体质量的2.33%。黑猩猩脑的重量约为345克。象的脑重8千克，仅占其身体重量的0.2%。鼩鼱的脑占其身体重量的3.33%，它的脑占这样大的比例不是为了装更多的智慧，而是为了吃，它每天要吃的昆虫重量和自己的重量相当。
大鼠的脑皮层面积相当于一张邮票，黑猩猩的相当于一张标准打印纸，而人脑的皮层比黑猩猩的大4倍。在哺乳动物进化过程中，前额叶皮层猫增加了3%，黑猩猩增加了17%，人则增加了29%。显然，前额叶皮层的细胞结构区如此扩大和分化是人类特有的。
神经细胞，也就是我们常称之为神经元的，是构成大脑的基本单元。人脑内神经元的总数估计为一千亿以上，和银河系里的星星一样多。胶质细胞与它共同存在于大脑之中，数目较它多出10-15倍。神经元的类型和形状差别很大，但都具有胞体（其内包含了细胞核）、轴突、树突、和树突上带有的突触四个部分。轴突用于传出信号，树突接受信号输入，信号传输经过树突和轴突之间形成的突触来进行，每个神经元所具有的突触数不等，可以多到数千个左右。
在轴突上信号以数字信号的形式传输，而在轴突和与它相应的突触后膜之间是化学性的信号传递。突触间隙里发生的过程十分复杂，包括电信号到化学信息、化学到化学、化学信息到电信号的转化。在突触间隙中产生化学过程的经典的小分子化合物－神经递质有10多种，还有一些神经肽参与突触传递，被称为调制物质或神经调质，其数量已达数百种，并且还在被不断发现。每一个突触间隙中并不一定只含一种神经递质，相反地，绝大多数间隙中含有多种递质。脑的正常工作需要在突触间隙中存在的神经递质，在一定的时间进程中保持一定合适的浓度。突触间化学过程的存在使人脑神经网络异常复杂。
我们的心智（Mind）与脑（Brain）不是分离的，人不同的心智功能，如感知、认知、语言、情感、决策等，都有相应的回路和脑区与其对应，但是这种分区不是绝对的。脑的活动与脑中神经元的组织结构、树突结构、突触的树突棘等的形态有关，和神经递质有关。
例如像我们常常对有些事件和人物只是短时间记住了，过了就忘了，有的会长期记住，这种长期记忆就是基于神经元间存在的突触的生长、加固，即在突触处形成了新的蛋白质。
几年前，我们研究了不少国外有关脑科学基本知识的科普网站，认为位于美国西雅图华盛顿大学的一个网站Neuroscience for kids最适宜一般教师和家长阅读，因而请东南大学学习科学研究中心的毛彩风老师把它译成中文。经华盛顿大学校核后，确认译文质量达到专业水平，后即请汕头大学出版社出版，没想到，因种种出版质量的问题，历时两年多，这个月才正式出版，我还没有拿到样书，希望这次能最终完成出版过程。有兴趣者不妨购一套看看，相信会很有益处。
现在在汉博网上用会员制可以阅读和下载有关的内容。附图两张
发布于7月31日 10:07 | 评论数(8) 阅读数(4324)
评论
http://www.newck.cn
果然强，长见识了~
什么叫Email呢？
>“Neuroscience for kinds”
应当是“kids” 而不是“kinds”
当我们注意到布什是个政治家时，我们是否可以百分之百地相信他的话?
小布什说：“不让一个孩子落后！”，而美国很多公立学校的学生80%拿不到高中毕业证书。这不是莫大的讽刺。
美国人自称是民主国家，而超过50%的人大选不投票，这是又一个讽刺。
当老布什提出把上世纪最后十年定为“脑的十年”时，首先应该想到改造改造他儿子大大脑，也许使他不要总是按照秘书的讲稿发言。
谢谢网友，关于网站的笔误已更正。
我是在和大家讨论科学问题，不是在讨论布什家族的问题和美国的教育质量问题。
韦老师：
您好！
我是中国轻工业出版社下属“万千教育”出版机构的编辑，我们对“做中学”项目和脑科学在教育领域的应用一直很关注，并已与北师大“认知神经科学与学习”国家重点实验室合作翻译出版了一套《脑科学与教育译丛》，目前已推出了7本。
不久前我与东南大学学习科学研究中心的老师有过一些接触，本打算参加4月的“儿童情绪能力发展论坛”，与中心的老师交流合作事宜，后来因故未能成行，非常遗憾。
希望您能关注我们“万千教育”的发展，也希望今后能有机会当面向您请教。
顺祝夏安。
Hover
2005年8月2日
韦老师，您这两篇《脑与教育学习札记》文章的格式和字体建议可以换一换，显示在电脑屏幕上，看起来很吃力^_^
“蓝脑”能否揭开人脑之谜？
（中国）中国妇女报 (2005-08-04)
据《国家地理》近日报道，人脑可能是宇宙中最为复杂的结构，几个世纪以来，科学家一直在研究它。可是，至于人脑的工作原理，人们仍知之甚少。不过，现在借助强大的电脑技术可以让科学家们比以前更深入地了解人脑：一个规模空前的电脑工程——“蓝脑”即将揭开模拟人脑的序幕。
大脑研究该上一个台阶了
现在全世界最关注的一项新计划是，研制一个新大脑皮层单元的软件复制品，新皮层单元是大脑最小的细胞网络，也是哺乳动物大脑的基本构件。这一计划被看成实现创造人脑三维模拟这一长久目标的第一步。瑞士洛桑大脑与思维学院联手电脑巨头IBM推出的超级电脑工程“蓝脑”便瞄准了这个目标。
“蓝脑”工程，是在IBM拥有的超级计算机——“蓝色基因”的构思基础上，企图应用超级计算机的高速度，来虚拟人类大脑的多种功能，比如认知、感觉、记忆等等。可以说，这台计算机所做的就是一个“翻译”工作，只不过想要翻译的，是未知的、神秘的人类大脑。
洛桑大脑与思维学院院长亨利·马克拉姆的实验小组花了十多年的时间已经逐步建立起了神经中枢结构数据库，所以现在他们拥有着世界上最大的单神经细胞数据库。在这个数据库的基础上，蓝脑在第一阶段中将建立新皮层单元在整个大脑中的电子结构模型。而下一阶段的研究是要绘出大脑的反应回路和动态模型。初步预计整个计划实施至少要10年以上。
“蓝脑”计划的主要研究对象集中在人类思考和记忆方面，通过对大脑运行过程的精确模拟，科学家还可以揭开隐藏在精神失常背后的秘密。绝大多数科学家认为，人类思维和记忆的失常和混乱源于大脑回路中的功能损害。另外，帕金森综合征也是蓝色大脑计划的主要目标之一，在人类大脑的中层存在一种可以生产“多巴胺”的细胞，当这些细胞开始死亡的时候，多巴胺的产生数量就会急剧下降，而帕金森综合征也就随之出现了。
该计划如能成功，那么这个虚拟的大脑将为研究人类的认知，如感觉、记忆甚至意识提供重要的提示，这可能将是人类首次观察到并同时模拟到我们的大脑用以反映世界的电子代码，还可能有助于理解当大脑的“微电路”出故障时是如何引起孤独症、精神分裂症和抑郁症等精神上的紊乱的。
比1万棵树挤在一起还复杂
IBM在该项目上的主要研究人员查尔斯·派克说，到目前为止，以上所说的这些设想还无法实现，原因很简单，就是皮层单元太复杂，人们还没有研制出具有这样的处理能力的电脑，而且尚未弄清大脑工作的原理。他说：“不过生物数据和计算资源已经收集到了。”
人脑是由1000多亿个神经细胞组成，而神经细胞则被串连在一个个皮层单元中，这些皮层单元标志着大脑的革命，这场革命发生在2亿年前，哺乳动物从爬行动物中脱离出来。从那以后，新大脑皮层单元在哺乳动物的大脑中繁殖，产生更强的智力。在灵长类动物尤其是人类中，这种繁殖以如此快的速度继续发展，以至于大脑中最大最复杂的部分大脑皮层自己折叠起来为新的皮层单元腾出空间，这就是为什么人脑具有折皱形状的原因。新大脑皮层单元的直径为0.5毫米，长度为2毫米，每一单元大约含有6万个神经细胞。由于发现了新大脑皮层单元，纽约洛克菲勒大学的科学家托斯顿·威斯尔获得了1981年的诺贝尔奖。
以前，科学家可以用电脑模拟单个神经细胞，可是他们却不能够模拟新大脑皮层单元。马克拉姆说：“想一想森林，然后把1万棵树挤在一起，直到没有一点空隙，这就是皮层单元的样子。”然而，拥有了“蓝脑”的模拟，科学家预测过去几年时间的工作量可以在1天，甚至几秒中之内完成。马克拉姆表示，5年之前，在IBM发布了首款超级计算机系统之前，他就一直在考虑利用计算机进行脑部活动模拟的可行性，如今它终于应用于实际。
为了解开这个神经学上的“森林之谜”，马克拉姆从老鼠的大脑中提出了组织，然后对脑组织样本中的神经细胞进行电刺激，这样让他能够发现神经细胞是如何联结在一起的。他说：“为了重现这个难题，我们必须知道神经细胞是在什么地方联结在一起的，我的实验室就是要找到神经细胞间的交流密码。”
从成千上万次实验中得到的信息将会被输入到一台被称为“蓝脑”的超级电脑中，以便制造一个新皮层单元的软件复制品。“蓝脑”电脑从7月初开始运作，它是IBM公司“蓝色基因”超级计算系统的最新装置，最高速度可达每秒钟22.8万亿次。
研究不是为了创造人工智能
有些人对模拟新大脑皮层单元表示怀疑。尽管马克拉姆承认他的计划面临着挑战，但他认为巨大的计算能力可以让他的努力成为可能。他说：“我们以100年的数据为基础，如果这是没有价值的东西的话，那么我们就要质问，我们这100年都做了些什么。”还有一些人提出了模拟人脑是否道德的问题。波士顿一家电台的记者曾经问相关的研究人员：这项工程如果能够成功，那模拟出的大脑是不是有意识了呢？这个意识的存在是否代表他“活着”？这里面的道德底线又是什么呢？
网络上对“蓝脑”的反应也是高潮迭起。一个汇集了很多博士的论坛网站对这项工程提出了褒贬不一的看法，包括这一工程的可行性、道德标准等等，也有不少人给出一些有参考价值的建议。还有人开起了玩笑：如果蓝脑真能模拟人脑，那就应该先让它研究美国总统布什的脑袋，因为这个脑袋相对别人的来说更简单一些。
马克拉姆强调说，这一计划将不会创造一个人工智能，但可以更好地理解和探索大脑的功能。他说：“这并不意味着人们应该担心他们的大脑将会被人工大脑替代。”人脑的电脑模拟也许可以用于研究大脑中的一些“电路”是如何出故障的，为什么会出现故障。大脑一旦出现故障就会引起精神失调，比如孤独症、精神分裂症和沮丧等。
一个大脑研究试验如果在实验室里做的话，需要用一整天甚至数个月，可是如果用大脑的电脑模型进行试验，那么只需几秒钟。IBM的研究人员派克说：“这一研究的最终目标是能够回答传统科学技术无法回答的问题，那就是大脑是如何工作的。”(风来疏竹)
发表评论