人脑是目前已知宇宙间最复杂的系统，其功能活动在很多方面还是未解之谜。有人提出，21世纪是生命科学的世纪。揭示人脑的奥秘是当今生命科学面临的重大挑战，也是心理科学研究和探讨人类学习和记忆的重要课题。

感觉与传导

感觉与传导是人和动物共有的生命本能，是大脑对客观事物作出的具体反应。大脑结构本身并不复杂，它分左右两个半球，由中间的脑桥和延髓连接着脊神经。从脑本身发出的神经有12对，接受头面部的感觉与传导；脊髓神经有31对，接受躯干部位的感觉与传导。大脑就如一个通讯控制中心，而连接控制中心的是各个组织机构之间的电线网络，大脑就是依靠众多的神经网络将人体的上下内外、组织器官联系起来的。人的一切有意识或无意识的行为表现都是通过感觉而传导的。感觉与传导不能绝然分开。例如人在看到某种不愉快的场面时就会皱眉头或表现出作呕的反应，在接触到某发烫的物体时会立即缩回被烫的手等，这一快速反应就是感觉与传导的过程。为了弄清这一过程，科学家们经过百年来的研究探索，终于发现：大脑神经是由1400多亿个神经元和高于神经元10-50倍的神经胶质细胞所构成，每个神经元都是一个奇特的布满着上千个树突和轴突的复杂细胞。奇怪的是，这些细胞排列有序，对接准确，而且每个轴突与受体之间保持着一定的间隙。神经的传导就是突触释放的递质通过间隙进行传导的。科学家们还发现，神经元在兴奋时所释放的递质并不是一种，而是由将近50种不同的递质所构成的化学性传导，正是由于这些不同递质的释放才使神经传导有着无比的复杂性。有人认为，人的聪明与愚笨、反应灵敏与迟钝，可能与不同递质的释放有关。

神经传导不是简单的电传导，而是一种化学性的通讯和生物电的共性传导。例如神经在受到刺激时，细胞膜内的钾离子通道被打开，造成细胞外的钠离子内流，钾离子外流的膜电位改变，激发神经元轴突间递质物质的快速释放而把信息送入大脑。因而在传导神经发生病变时，就不可能用一种简单的导体来代替受损神经的修复，同时也给神经疾病的治疗带来了莫大的困难。近年来，科学家们一直在探讨运用现代生物技术，设法对高位截瘫病人的神经进行修复，已取得了一定的进展，但还有很多问题有待弄清楚和解决。如发育成熟的神经组织为何不能移植？神经传导时所释放的递质物在什么情况下进行不同的释放？释放的量多少？等等。正如中科院院士杨雄里教授在一篇文章里指出的“对于神经递质的存贮、保持、释放、调节过程，目前已经有了一幅概图，其中的一些精细过程将得以清楚地阐明。例如，对于目前的了解仍十分肤浅的钙离子进入神经末梢与神经递质释放之间的分子过程，将随着分子生物技术的发展而有可能成为未来十年内被揭示的奥秘之一。”随着人们对脑科学的重视和现代生物技术的发展，人们对神经的化学性传导之谜也一定会被解开。

学习与记忆

学习和记忆是人类普遍关心的一个问题，一些人在羡慕别人的聪明才智时常常感叹别人天生有一副好脑子，自己由于记忆力差而对学习灰心丧气。因此有人经常提出这样的疑问：为什么有些人的脑子特别好使？难道自己天生就是弱智吗？这虽然是一个浅显的问题，却是科学家们在一个多世纪以来不断研究和探索的未解之谜！由于学习与记忆的实质性问题未曾揭示，因而存在着几种不同的观点和争论。一种观点认为：学习是一种方法和技巧上的重复记忆产生的结果，毋需求助于神经元机制。心理学家们根据巴甫洛夫的条件反射理论证明人和动物均具有第一信号系统，即在接受反复刺激之后便产生记忆，同时人还有着独特的第二信号系统，即运用语言进行思维和交流的能力，这是动物所没有的。人类掌握了学习的方法和技巧，并经过刻苦努力，反复记忆，学习与记忆便可迎刃而解了。可是又让人产生疑问：为什么有些事情，如童年的经历或是曾经看过一部对自己影响很深的小说或电影等不需要反复记忆而只是看一遍或做过一遍之后便能终生不忘呢？科学家一直试图通过一种全新的方法改变这种反复记忆而且容易忘记的现象，让学习变得轻松而且能过目不忘，这恐怕很难从学习的方法和技巧上取得成功。第二种观点是从神经元传导机制阐明学习与记忆问题的。研究者认为，学习只是一种行为方式，而关键是记忆。他们把记忆分成三个阶段：一是大脑对信息的接受阶段，二是信息在脑内的保持阶段，三是已保存在脑内的信息在意识中的再现阶段。他们还提出，脑的记忆是在不同的区域内产生的。在20世纪50年代，神经科学家们对大脑颞叶作部分切除治疗癫痫大发作时，因手术损伤了脑海马，病人即出现严重的健忘症，于是，人们对颞叶和海马在记忆中的作用产生了注意。近年来，我国神经科学家舒斯云教授经过多年的研究发现：人类的学习和记忆发生在脑的边缘区，恰好位于大脑几个已知学习记忆结构的中心，这一发现引起了国际脑科学的广泛重视。另一种观点则认为：记忆并不局限于脑的任一结构之中，而是弥散的分散于整个脑。这一观点是心理学家K. Lashley在他的一篇论文《寻找记忆痕迹》中提出来的。

由于学习与记忆是一个复杂的过程，了解记忆产生的区域远远不够，关键要弄清楚记忆发生的机理。研究者们还认为，既然人类的大脑组织结构完全相同，而表现出智者和愚者的区别，就有可能与神经元在传导时所释放递质物的种类和质量有关。如果人们一旦发现了某种能够引起记忆减退或增强的递质物，并掌握了它们的释放量，一切记忆障碍或记忆丧失性疾病便可迎刃而解。

思维与智慧

思维与智慧是人脑最高级的功能活动。它更是当代脑科学的一个未解之谜。

科学家们研究发现，大脑的两个半球是由大约2亿条神经纤维组成的胼胝体进行频繁的信息交换。两个半球相互协作，各有分工，对来自各个方面的信息进行加工、处理、分析和综合，完成思维的全部过程。他们还发现，人的形象思维等非智力因素来自右脑半球，语言和逻辑思维等来自于左脑半球。也有人认为：人的思维与意识来自两个脑半球的同等部位，大脑皮质是思维的大门，而脑灰质则是产生思维的重要基地。科学家们还进一步发现，只有两毫米厚的大脑皮层可能是大脑中能作出思维和联想的最大的一部分，他们推论的依据是：人类的大脑皮层有着高度的沟回和皱褶，如果把它摊平，面积约有1.5平方米，相当于4张打字纸大；而黑猩猩的大脑皮层展开后只有1张打字纸大，约0.6平方米，猴子的仅相当于一张明信片，老鼠的则只有一张邮票大小。这说明人的思维能力可能与脑皮质展开后的面积大小有关。这一发现是把人与动物对比作出的推断，如果把人与人进行对比就很难有说服力了。由于人的长相不同，脑也有大小之分，其重量也不尽相同，正常成人的脑重量约为1400克，也有超过1600克者。但并非脑的容量大，智慧就高。我国脑病科学家李子中教授认为：“人脑有上千亿个细胞，其中98.5%至99%的细胞处于休眠状态，大约有1%至1.5%的细胞参加脑的神经功能活动，每个人大脑中活动的细胞的多少，决定着每个人的聪明与记忆程度。”（载《中国教育报》2000年12月18日）这一结论值得商榷。大脑是一个多元复杂的结构，生物在进化过程中活体的每一部分都有其重要的功能和作用，如果大脑1千多亿神经元细胞只有1～1.5%在发挥作用，几乎整个大脑细胞都处在休眠状态，这是让人不可思议的。试问，当人的智力下降，记忆衰退时，那些处在休眠状态的脑细胞为何不能取而代之呢？事实上，大脑的功能是一个有着高度统一的整体，人的智慧所表现的观察能力、分析能力、判断能力和综合能力等都是这个统一体的合力表现，不是只靠某一部分脑细胞能够完成的。心智和情感活动在上千亿个脑细胞中究竟是如何运动和变化着的，虽然至今还是一个谜，但显然只有把神经活动的研究推向细胞和分子水平，弄清神经系统中神经元之间的联系模式，找出它们的活动规律，才能真正把这个谜揭开。

脑神经与疾病

脑神经引发的一系列疾病也是人类研究探索的重大课题。人脑的组织结构，神经元的联结以及信息的传入与输出具有高度的精密性和准确性，大多数人脑可以连续有效的活动60余年而无损坏，但一旦损伤，却不易修复。国际脑组织机构和世界各地脑科学家们一直在致力研究脑部疾病给人类带来的危害，希望能找到一条新的途径来破解引发脑病的真正原因和发病机理，可是由于缺少对活体人脑的研究技术，目前尚停留在对动物脑的研究上。如精神病、癫痫、夜游症、先天性呆傻和老年性痴呆等的发病机理尚属待揭之谜。现代脑成像技术如CT、核磁共振等已能在无创伤条件下对脑疾病进行直观和探查，但那只是对某些非精神性脑病，如脑肿瘤、脑积血等所作出的定位性检查，目前还未研制出能够检测神经元的活动变化以及递质释放等方面的精密仪器和技术，因而对精神病人、“夜游症”的探查，还存在很大的困难。更令人奇怪的是：有一部分中风失语的病人，久卧病榻昏迷不醒，死前却出现“回光返照”现象，病人突然异常清醒，思维敏捷，说话滔滔不绝！是什么力量使病人在濒死前的大脑功能得到短暂恢复呢？如果科学能够解开大脑短暂恢复的机理，对植物人及其他长期昏迷不醒的病人的促醒将会带来历史性的突破。

脑科学与未来

21世纪是生命科学和脑科学的世纪。2000年，以美国为首成立了神经信息工作组，到2001年10月，参加国有英、德、日和中国等20个国家，旨在组织和协调全世界神经科学和信息学家共同研究脑、开发脑和创造脑（包括电脑高仿真技术）。这一开创性的工作以及一些技术的发展，为揭开人脑之谜带来了希望。

脑动态神经元功能成像技术将进一步揭示神经元的活动过程和发病机理。目前脑的功能成像的空间分辨率为毫米级，时间分辨率为秒级，远远不能满足脑功能研究的需要。随着脑活动成像技术进一步精确到微米级和毫秒级，便可以分辨出不同脑功能状态下每个神经元的兴奋过程，从而将更深入地揭示人脑的功能活动。

神经移植技术的突破也为脑部疾病的治愈提供了广阔的前景。科学家们经过实验研究证实，成熟的神经组织移植不能成活，但未成熟的神经细胞作供体移植有可能存活。有人推想，随着神经移植技术的突破，呆傻儿童和患老年痴呆症的病人有可能让他们改写人生而重新成为智者！