「腦迴路」是什麼生理結構?

當我們和他人對待事物的看法大相徑庭、感到話不投機半句多時,有時就會說一句"無法理解他怎麼想的,咱們的腦迴路不同"。

儘管俗語並不需要符合科學原理,但我仍然很好奇如果從神經科學的角度來看,這句話背後的真正意義是什麼?

更具體一些的,大概是以下問題:

1、腦迴路是什麼?

2、人與人之間的腦迴路真的可以有很大不同嗎?

3、腦迴路不同會導致什麼情況?

4、腦迴路分長短嗎?是否和俗語所描述一樣腦迴路長表示反應慢,and vice versa。

感謝解答。


謝謝 @劉柯 的邀請。

正如上面有人說到的,神經科學中還真有類似的概念:即為 Neural Circuits (神經環路)。在這拋磚引玉一番。

「腦迴路不同」還是太過粗糙,應當說神經環路的差異。倘若如此,神經環路的差異的確會導致處理信息的差異。我在此舉幾個我熟悉的例子,談一談識別面孔的神經環路的差異,會導致不同人在解讀一張面孔的時候,有著不一樣的行為和結果。

我們大腦其實利用分散式神經環路處理視覺信息 (比如Behrmann Plaut, 2013; Palermo Rhodes, 2007)。正如麻省理工學院的 Nancy Kanwisher 教授所言,我們的大腦更像是一把多用途軍刀,有著不同的神經環路,平行地處理各式各樣的信息。而並非是一個巨大的中央處理器,一股腦地,處理各式各樣的信息。分散式的神經環路可以有效加快信息處理過程,畢竟沒有區域有著自己最適合處理的信息類型(表徵),各司其職可以加速處理過程。就好比經濟學裡的基本例子,當一群人分工流水線工作時,生產釘子的效率肯定快於同一群人單獨製作釘子。有時候,分開挺好的。甚至,我們視覺活動中的腹側通路(處理 『這是什麼』)與背側通路(分析 『它在哪裡』)這兩條龍路也可以粗略(強行)算作兩大組神經環路(Mishkin, Ungerleider, Macko, 1983)。

上面的圖來自於Palermo和Rhodes 在2007的一篇文獻綜述。圖上大致介紹了識別面孔的處理區域以及對於注意力控制的區域。當我們看到一張面孔的時候,至少上述區域都要活動起來為我們提供信息的處理:白框是基礎的視覺處理區域,黃色框涉及面孔身份信息處理區域,紅色框涉及情緒判斷區域,而藍色框涉及注意力的分配。所以至少有三組神經環路都要涉及到面孔處理上。我們大腦中,涉及面孔的「腦迴路」還挺多的。

「腦迴路不同」究竟是怎麼回事呢?其實我們人與人的差異挺大的,不光在於面孔本身,甚至大腦之間也有點差異。

Kanwisher 與同事們(1997)論文中發現了重要的梭狀回面孔區(FFA)。這個區域正是識別面孔的核心區域。但是由於每個人的差異,其實梭狀回面孔區的具體位置並不是固定的。只能說都在右側顳葉底部的梭狀回中間。實際的差異很大,大家看圖上紅色的亮點便是十位志願者的梭狀回面孔區。

人與人的神經區域有差異,而神經區域之間的連接性(髓鞘之類)也有差異。甚至最近方方組的一篇論文(Chen et al., 2016)通過知覺學習+核磁共振的方式發現,隨著學習識別動作過程,志願者的大腦中,識別動態的環路有一定的編碼解碼變化。所以說,「神經環路有不同」也並非什麼新鮮事。倒是很合理的一個現象。

今天說的腦迴路差異,還得是說到環路之內的連接性造成的差異。有一種識別面孔的問題叫做先天性面孔失認症,它的特點就是在沒有其他問題存在的情況下(如沒有視力損傷,自閉症等),無法順利地在成長過程發展出識別面孔身份的能力;也就是,因為基因或發育或其他未知原因(目前無定論),無法記住他人面孔的一類障礙(目前無修復方法)。一開始,有人認為是梭狀回面孔區受損導致。但是隨著科研的進展,科學界廣泛認為先天性面孔失認症是識別面孔的神經環路之間的連接溝通出現了問題(Thomas et al., 2009)。看似小小的腦迴路不同,可能讓一些人沒法通過面孔識別出他人,也記不住他人的面孔。

當然,神經環路中的一個節點出現了問題也會導致識別的差異。病人SM是一個很著名的腦損傷例子,她的雙側杏仁核受損導致了她不再擁有恐懼感。同時她也認不出恐懼的表情。加州理工的 Adolphs教授通過研究她,做出了不少開創性進展。在2005年,他聯合了格拉斯哥大學的Schyns等學者,進一步發現病人SM識別不了恐懼面孔的原因,正是由於她不會通過利用眼睛識別情緒。所以說,識別面孔情緒環路上的一節出現了問題,也會導致不能用最合理的方法閱讀和理解面孔。

所以說,神經環路的差異的確會讓我們不一樣!

參考文獻


謝邀。

哈哈,這個問題還挺有趣的,謝謝題主的提問。

1. 的確有腦迴路這麼個東西。叫neural circuits。神經元們是相互連接的,一個具有功能性的,可以自我調控反饋的一系列神經元的迴路就叫neural circuits。簡單來說一般是感知覺感受--中央神經系統處理--再回到肌肉或者效應器進行輸出。比如看到一隻狗狗(視網膜神經元接受信號形狀對比度等等),你覺得好可愛啊(視網膜信號傳導到大腦,讓你「理解」這是個狗狗,然後再激活了愉悅的腦區),你伸手去摸它(傳回到手臂的肌肉,讓你做出摸的動作)。所有參與從眼睛到肌肉控制的神經元在物理上是連接起來的,這一系列連接起來的神經元迴路就叫一個腦迴路。

我實在找不到第一個提出這個概念的科學家,但我覺得應該還比較現代,所以覺得問題很有趣啊,神經科學發展才沒多久,就已經融入中文俗語了 : )。

2. 可以有很大不同。比如上面一個例子,有些人很怕狗狗,這個時候視網膜神經元接受信號相同(我們排出近視啊色盲啊這些因素大膽假設同一隻狗不同的人看到的是一樣的)還是傳導到大腦整合成「狗狗」的概念,可是由於過去可能被狗咬的經歷,這些人激活了恐懼的腦區,從而傳回到控制大腿的肌肉,讓他們扭頭就跑。

*澄清一點,腦迴路的輸出可以是多項的,還是這個例子,恐懼的腦區不但連接了大腿肌肉讓你逃跑,還可以同時連接你的嗓子讓你發出尖叫。同樣輸入也可以是多項的,不只是狗狗的視覺信號,可能還有狗狗的味道一起傳入大腦。定義腦迴路的重點是這些神經元一定是物理上相互連接的。

3. 導致的情況就是三觀不同啦。你和他明明看到的同一個人,聽說了同一件事,你們大腦的處理,最終導致的行為模式卻不相同。所以才會導致"無法理解他怎麼想的,咱們的腦迴路不同"。

4. 科學上沒有定性長腦迴路短腦迴路,但是通過上面的例子你可以想像,一個簡單的迴路比如膝跳反射,這種都不經過大腦,從膝蓋到脊柱再回到膝蓋,這個迴路就很短,上面的例子要從眼睛到大腦再到控制大腿/手臂/嗓子,連接起來的神經元就很長。但是,要知道神經元靠電傳導啊!速度大概是120米/秒,你就算是個兩米大漢,從眼睛傳到腳也不到2秒,所以腦迴路長理論上是需要更長時間,但都在毫秒級別的,所以俗語就是放大了這個效果來埋汰人的哈哈。

**專業相關補充:底下有人說神經遞質傳導這個化學過程(囊泡融合釋放,神經遞質結合受體,受體可以和離子通道結合從而導致去極化下一個神經元,也可以通過第二信使進行基因調控),但是囊泡融合釋放,神經遞質擴散然後結合受體這個過程本身也是毫秒級別的,真正費時間的是蛋白質翻譯轉錄(也只是分鐘)還有運輸到相關的地方,造成一些更複雜而緩慢的影響。但是整個神經系統設計理念就是「怎樣最快」,所以哪怕有著看上去會是個拖累的化學過程,整個系統仍然非常非常快,這也是我想強調的一點。感興趣的可以google郎飛氏結,這玩意被設計出來就是為了讓信號傳得更快,不得不說設計得還是很精妙啊!「從眼睛傳到腳也不到2秒」這個估計本身應該沒錯,需要更正和強調的是,這個2秒不只是電傳導,還包括了中間化學傳導。另外對一件事物的反應可能不局限於一個行為輸出,還有可能是一系列基因調控/激素水平改變,這些下游緩慢甚至可能長期的變化我不知道如何定義在「腦迴路」這個概念里,就這個題目而言,為了簡潔性我的回答不涉及這部分的討論。

**正題:科學家們怎麼研究腦迴路。腦迴路是神經科學家一個非常重要的研究課題,但是其實複雜性遠遠超過普通人想像。在非常低級的生物里,比如小線蟲,他們細胞數目都是可數的,所以每個細胞之間的聯繫科學家們都已經搞清楚了。這樣我們可以清楚地明白某個刺激(比如食物)所激活的所有細胞和它們之間連接順序,來理解它們小小的神經系統是如何處理一個信息並且去執行的(挪動身體去進食)。當你完全理解這個系統,你就可以去完全預測一個生物的行為。這也就是為啥大家前赴後繼去研究腦迴路。但是細胞數目一多,這個問題就及其複雜。比如人的神經元數目在~2×10^10 這個量級上,每個神經元至多可能和一萬個神經元相連(雖然我個人覺得這個數據可能估高了)。但無論如何這都是一個極其極其龐大的系統。以我們現在的能力來說想在迴路層面理解還是很遙遠啊。Neurons amp;amp;amp;amp; Synapses - Memory amp;amp;amp;amp; the Brain - The Human Memory


很有意思的問題!我覺得可以從腦神經學中對白質(white matter)的研究去看。

什麼是「腦迴路」?從題主的描述,我覺得可以把問題變成「如何解釋個體的思維模式差異?從腦科學角度有沒有相關的解釋?」。那這個「腦迴路」或者說「思維模式」轉化成解剖學層面的概念,可以理解成——個體大腦內神經元信息傳遞路徑會不會不一樣,各個功能區域的神經元交流模式不一樣?」

那白質是什麼東西?簡單來說是大腦各個區域溝通的通道(white matter pathway),嗯真的就好像一條條路徑。

下面簡單介紹一下什麼是灰質與白質:

大腦由灰質與白質組成。上過高中生物的讀者應該對下面神經元的結構有點印象:)

簡單來說,灰質主要由細胞體組成,而白質主要由軸突組成。【誒是不是突然豁然開朗!】來來欣賞一下大腦中的"白質通道」white matter pathway【我覺得這圖超酷炫的】,綠色代表前後傳遞,藍色代表上下傳遞,紅色代表左右傳遞:

對白質的研究從數量來說還相對較少,大多數白質路徑的具體功能都不大確定,而且由於技術上的限制,目前基本只能研究病人。

接下來重點,大多數白質到20多歲才發育完全,有的甚至是得到40多歲!

比如Uncinate Fasciculus【沒有官方中文翻譯。。】:

這條路徑的功能目前還不確定,目前比較有說服力的研究表明它和長期記憶以及語義知識有關(Harvey et al 2013; Papagano et al 2011)。Uncinate Fasciculus還是大腦最遲發育完全的路徑之一,到40多歲還有可能在發育哦 (Lebel et al 2008)!

這說明什麼呢?

雖然目前不能做到直接科學驗證,但我覺得白質的個體差異與個人成長經歷相關這點應該是可以大膽假設的。 比如蜘蛛可以是一些人的童年陰影,也可以是一些人的快樂回憶。我們的「腦迴路」,說不定就是每個不同成長經歷所塑造的不同的「大腦交通路線」。這種不同並不是宏觀上結構會明顯不一樣,如果真是宏觀上有大差異,比如缺個大洞啥的那絕對不只是思維方式差異這麼微小的差異而是說不了話記憶功能障礙之類的大差異。

大腦發展的結構與功能性與成長經歷的潛在聯繫其實在神經學很多方面的研究都有提到,比如記憶(e.g.倫敦計程車司機大腦相似性研究)、痛覺、心理疾病(e.g.童年有家暴經歷的成人與患有PDSD士兵的大腦相似性)等。我這裡舉個屍體解剖學方面(postmortem)的研究作為例子,讓大家感受一下人的成長過程,大腦皮層中突觸密度的變化。

下面這張圖顯示的是人從出生到死亡(0-100歲)大腦顳葉上方某部分的突觸密度的變化。從之前的介紹我們知道白質的重要組成部分就是突觸,皮層的突觸數量變化肯定也和「腦迴路」白質的發展息息相關。這張圖告訴我們大概5歲左右是個突觸數量的分水嶺,之後突觸數量會下降直到差不多成年的時候才達到穩定值。聯繫一些常識和流行的發展理論,比如成年意味著長大成人、童年的成長關鍵期、童年經歷的重要性等,似乎都可以和大腦生物學上的「關鍵期」對應得上。

這張圖顯示的是突觸密度在大腦各個區域(由上至下:視覺、前額、聽覺)在嬰兒至成年時期(200-10000天)的變化。

可能有讀者會問:為什麼5歲後數量會下降?莫非是變「傻」了?這個其實是大腦在成長過程中高效化信息處理(processing)的一個過程,也就是根據成長經歷、學習等過程簡潔化、高效化我們的「腦迴路」。比如小時候我們不懂得怎麼判斷危險,父母老師只能簡單粗暴地讓我們記住「陌生人跟你說話不要理」,但長大後我們遇到特定情況能在幾秒之內果斷地隨機應變,幫助真正有需要的人以及避開潛在的危險。

所以綜上,表面上理直氣壯地甩一句「我和你的腦迴路不同」很可能是一種很「科學」的說法。因為成長經歷的不同,我們的白質結構(white matter pathway)會有所差異,當我們接受到相同的外部感官刺激(input),我們的主觀感受很可能會千差外別。而如果我們接受過相似的教育,社會文化影響,我們的「腦迴路」會有很多相似點。

回應一下題主2-4的疑問:

2.人與人之間的腦迴路真的可以有很大不同嗎?

「很大不同」我認為通常指的是直觀上,比如MRI掃描可見的明顯的不同。健康成人之間通常不會用「很大不同」,但微觀的差異肯定是存在的。因為人的「腦迴路」非一出生就定型,成長周期較長,大多數「路徑」得到成年才成熟,有的甚至到中年才定型。而這生長期間會因個體經歷而產生差異。

3、腦迴路不同會導致什麼情況?

相同的感官刺激對於不同的個體可能會有不同的主觀感受。例子有很多,像之前提到的蜘蛛可能是一部分人的童年陰影也可能是愉快的回憶,人與人溝通的文化差異,或者語言是如何影響到人們的認知功能的?。

4、腦迴路分長短嗎?是否和俗語所描述一樣腦迴路長表示反應慢

這個通常要分三種情況:

1)不同發展階段導致的差異:兒童由於感知系統未發育完全、注意力和記憶力等的局限,很多感知、認知相關的任務反映時間會比成人要長

2)先天性的差異:比如有認知困難或學習困難的人,即使智力正常,但是面對一些問題需要更長的反應時間。像少數智力正常的自閉症患者,在理解學習社交互動時,通常需要更長的時間。

3)後天成長經歷+學習經歷造成的差異:這個就和2、3說的差不多了。

Reference

Harvey, D. Y., Wei, T., Ellmore, T. M., Hamilton, A. C., Schnur, T. T. (2013). Neuropsychological evidence for the functional role of the uncinate fasciculus in semantic control. Neuropsychologia, 51(5), 789-801.

Huttenlocher, P. R., Dabholkar, A. S. (1997). Regional differences in synaptogenesis in human cerebral cortex. Journal of comparative Neurology, 387(2), 167-178.

Lebel, C., Walker, L., Leemans, A., Phillips, L., Beaulieu, C. (2008). Microstructural maturation of the human brain from childhood to adulthood. Neuroimage, 40(3), 1044-1055.

Papagno, C., Miracapillo, C., Casarotti, A., Lauro, L. J. R., Castellano, A., Falini, A., ... Bello, L. (2010). What is the role of the uncinate fasciculus? Surgical removal and proper name retrieval. Brain, awq283.


TL;DR: 「腦迴路」存在,每個人的腦迴路都不同,腦迴路遠比你想像的複雜。

首先,「腦迴路」是存在的;其次,每個人的腦迴路在大腦發育過程中(包括prenatal發育)因環境、經歷的不同會造成很大區別(比如從出生就沒見過光的人視覺神經迴路就會被聽覺等神經入侵),當然基因也佔一定因素;最後,腦迴路是一個複雜到我都懷疑人類是否真的有能研究清楚的一天的東西。具體的敘述前面有大神給了詳細的回答,我就放幾張圖大家感受一下吧。

腦迴路從字面意思總給人感覺是這樣的

然而實際上神經元之間的連接是這樣的(生物電信號+化學信號、或純生物電信號)

然而上圖又只是簡化繪製的比較典型的幾種連接結構,實際情況比這還複雜得多。我們拿人類視覺神經系統來看(注意僅僅是視覺部分),拋開空間結構,只關心連接關係,即所謂的topology是這樣的:(修改:記錯了這是macaque的大腦不是人的,人的還更複雜)

如果考慮解剖結構,從整體來看,(基於目前的研究)其實大概是這樣:

如果對此感興趣,推薦Human Connectome Project網站http://www.humanconnectomeproject.org,我相信這是和當年HGP一樣偉大的項目。

當然,如果看完仍然覺得腦迴路很簡單,那麼你的腦迴路一定是很簡單的,詳見圖1。


別人有了結論 他就不假思索的認可 他偶爾有了一些自己的想法但發現和別人不同 他就果斷否定自己 這種腦迴路是自卑造成的

再比如 男人沒一個好東西 朋友都是互相利用 某某地方的人都是騙子 這是性格偏激造成的腦迴路

再再比如 我這樣說他會不會打我 我要是表白被拒絕該怎麼辦呀 多一事不如少一事等等 這是懦弱的腦迴路

再再再比如 那女明星那麼漂亮肯定整容了 那人那麼有錢肯定是富二代 他這次考這麼好肯定作弊了。這是嫉妒的腦迴路

很多奇葩的腦迴路其實不是腦子的問題 是性格缺陷造成的 別看人類聰明 一旦涉及到自己的軟肋 就會偏離客觀很遠 從而出現一些神邏輯得出一些神結論的情況

甚至都沒證據沒邏輯 直接就跳出一堆結論來 最我明顯的就是偶像崇拜心理

可能是人太聰明 上帝為了保護地球 就弄了一堆黑Buff來限制人類正常思考


腦迴路 第一次聽 很長學問 字面意思應該是大腦 反應 折射區 不同 因為畢竟 沒有完全相同的兩個人 因為 思想 已經超越了 三維空間 凌駕於四維 之上 所以咱們的想像才會無限 但有的人又會受限 所以其實跟您的經歷 閱歷有關 所以活著就要多經歷 才能提升閱歷 也就不會被人 說腦迴路不足了 心靈跟肉體總有一個要在路上 好了不呲牛逼了 客人吃完飯了 我得去收拾桌子了。


額,我們說某個人笨的時候會說:你真是大腦皮層光滑。

學習、思考會使人的大腦溝回加深,不長思考的人大腦皮層溝回較淺。

所以,如果腦迴路指大腦皮層溝回,那確實會不同,有很大不同,與腦部發育程度、腦部及神經疾病、後天鍛煉都有關。會造成智力差異。

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以下來自百度。我之前學的也是這個意思,懶得翻書。( ̄。。 ̄)
有溝回的腦是一部分大型哺乳動物的獨有特徵,複雜的褶皺使得體積不大的腦可以擁有很大的表面積,產生較高智能。在大腦發育過程中,主要的溝回在妊娠中迅速發展並在嬰兒出生時完全形成。隨著大腦在嬰幼兒期間的進一步發育,大腦溝回的形狀和深度繼續發生相對變化直至成年。各種各樣的腦部和神經疾病都可能會影響溝回的正常形成,造成不同程度的智能障礙。


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