Brain Anatomy and Function

大脑解剖学与功能

释放智力 · 生物学基础

心智的生命架构内部

每一段记忆、每一个计划、每一种感受以及每一次理解，都依赖于跨越多个尺度运作的活体组织。大脑不是由彼此孤立的“中枢”组成的柜子，而是一个能量需求高、会自我调节的系统：细胞形成回路，回路连接成网络，网络与身体和环境协同工作。

解剖结构神经元与胶质细胞交流网络可塑性大脑保护
  1. 细胞神经元、胶质细胞、血管与分子机制
  2. 回路兴奋、抑制与反馈的局部模式
  3. 网络协调信息与状态的远距离系统
  4. 行动中的心智学习、推理、情绪、选择与行为
关键修正

没有哪个区域能够独自思考

功能定位确实存在。损伤一条细小通路，可能选择性地干扰语言、视觉、运动或记忆。然而，复杂能力源于专业化区域之间的交流。推理、语言、情绪和智力会调动分布式系统，而这些系统的贡献会随任务而变化。

因此，大脑图谱描绘的是重要的参与，而不是一组彼此独立的盒子。即使是主要的感觉区域，也要通过与注意、记忆、行动和身体状态系统的反复交互来发挥作用。

人类的意义

心智是生命成就

大脑体现了遗传、发育、教育、练习、人际关系、记忆以及多年适应的共同作用。知识并非脱离生物学而独立存在：它通过活细胞和神经网络的变化得以保存。

非凡的智力和深厚积累的专业能力可能产生非同寻常的影响。一个罕见的洞见，可能引导他人，或解决现有工具无法独自解决的问题。尊重意味着为有才智的人提供安全、思想自由、挑战、健康、不受打扰的时间以及合作者——同时，每个人的尊严始终无条件地受到尊重。

01 · 一个系统，多种尺度

从分子到会思考的人

离子通道解释脉冲如何开始；回路解释选择；网络解释协调；心理学描述整个人如何学习、感受和行动。任何一个尺度都不能取代另一个尺度。

结构限制功能；活动重塑结构

现有的神经回路会影响哪些事情容易实现或能够实现，而发育、学习、损伤和恢复则可以改变突触、髓鞘、树突以及网络使用模式。

02 · 定向与支持

一个要求极高、受到保护并获得供给的器官

神经系统必须让脆弱的电活动组织保持存活，同时持续与身体其他部分交换信息。

中枢神经系统

大脑和脊髓整合感觉、行动和内部调节。脊髓并不只是电缆：它包含负责反射、节律性运动和早期处理的回路。

周围神经系统

感觉、运动和自主神经将中枢神经系统与皮肤、肌肉和器官相连。大脑和身体通过神经、激素、免疫和代谢信号持续相互影响。

保护与循环

颅骨、椎骨和三层脑膜提供机械保护。脑脊液发挥缓冲和运输作用；血管输送氧气和葡萄糖；特化的内皮紧密连接构成血脑屏障的核心，并由周细胞和星形胶质细胞终足提供支持。

≈860亿这是对成年人大脑神经元数量的一项有影响力的估计，并非适用于每个人的精确计数。同一研究估计，非神经元细胞数量也大致相当。1
≈2% / ≈20%约占体重的百分之二，却约消耗静息能量的五分之一。其中很大一部分能量用于维持信号传递和随时响应的状态。2
数千种类型现代分子图谱揭示了非凡的细胞多样性，而不是只有一种通用神经元和一种通用胶质细胞。3

灰质、白质和液体空间

灰质含有许多神经元胞体、树突、突触、局部轴突和胶质细胞；它构成大脑皮层和深部核团。白质含有长距离轴突，其中许多被富含脂质的髓鞘包裹，此外还含有支持细胞和血管。两种颜色都不意味着更重要或不重要：认知需要局部处理，也需要处理器之间的通信。

脑室系统由相互连通、充满脑脊液的空间组成。大部分脑脊液由特化的脉络丛上皮分泌。它在脑室以及脑和脊髓周围的空间中循环，参与浮力维持、化学稳定和废物运输。脑脊液清除涉及多条相互作用的途径，包括血管周围和脑膜淋巴通路；其中的重要细节仍在研究之中。29

03 · 协作中的专业化

主要结构及其作用

最稳妥的问题不是“这部分做什么？”，而是“它通过哪些连接、在什么条件下，发挥了什么作用？”

折叠的大脑皮层

大脑皮层是一层折叠成脑回和脑沟的薄层结构。大多数新皮层有六层，但不同区域的层厚、细胞类型和连接存在显著差异。初级感觉和运动图谱与联合皮层相邻，后者会在更长时间尺度和更广泛的网络中整合信息。

大脑皮层区域：主要作用，而非单一功能神话
区域 主要作用 重要修正
额叶 随意运动、规划、工作记忆、抑制、规则运用、语言产出和评估。 “执行功能”是分布式的；额叶依赖顶叶、皮层下结构、感觉系统和小脑的协同参与。
顶叶 触觉和身体图谱、多感觉整合、空间注意、数量以及空间变换。 不存在一个孤立的数学中枢；数值思维会调动取决于任务的网络。
颞叶 听觉、语言理解、语义知识、物体和面孔加工，以及对记忆系统的访问。 记忆并非单一能力，也不位于单一地点；不同系统分别支持情景、技能、事实和工作记忆。
枕叶 对视觉对比度、方向、颜色、深度和运动的早期及中间阶段分析。 视觉加工会沿着延伸至颞叶、顶叶、额叶和皮层下系统的通路继续进行。
岛叶 内感受、味觉、疼痛整合、显著性，以及身体状态与行动之间的协调。 它参与情绪，但不会独立地产生某种情感。

深部结构及其连接系统

海马结构

内侧颞叶回路帮助形成关系记忆和情景记忆，并表征地点与情境。H.M.在双侧内侧颞叶手术后出现严重的新学习障碍，这一病例改变了记忆科学。4 位置反应细胞支持空间编码，但海马并不是储存每一段记忆的永久仓库。5

杏仁核

一组能够学习生物学相关性、威胁、奖赏和不确定性的神经核，并帮助调整注意、记忆和身体反应。杏仁核受损可能扰乱对恐惧信号的识别，但这一结构并不只是一个普遍的“恐惧按钮”。8

丘脑

各神经核彼此组织并与大脑皮层、基底神经节和小脑交换信息。除了传递感觉信息外，丘脑枢纽还帮助调节注意、唤醒状态以及皮层系统之间的交流。7

下丘脑

一组紧凑的神经核，协调体温、食欲、口渴、昼夜节律、生殖、应激反应以及通过垂体进行的内分泌控制。它将内部测量转化为神经、激素和行为反应。

基底 ganglia

相互连接的核团参与动作、习惯、动机和强化的选择与学习。9 一些中脑多巴胺信号携带用于更新行为的预测误差信息；多巴胺并不只是“快乐化学物质”。32 成瘾反映的是奖励、习惯、压力、记忆和控制回路的适应性变化，而不只是多巴胺过多。33

小脑

致密而规律的回路能够预测并校正运动和学习中的时序。小脑病变还可能影响语言、计划、空间思维和情绪调节，表明其回路远不止运动控制。6

脑干

中脑、脑桥和延髓包含对呼吸、心血管控制、觉醒、睡眠、眼球运动、面部感觉、吞咽和姿势至关重要的通路与核团。这些功能通过延伸至下丘脑、脊髓和前脑的神经回路实现。

连合与通路

胼胝体是连接两侧大脑半球的最大桥梁；其他连合纤维和投射束则连接大脑皮层与深部结构及脊髓。白质承载协调的信号流，但方向、时序和抑制决定了这些信号流的意义。

侧化，但不存在“左脑/右脑”迷思

有些功能存在侧化：许多人的语言功能以左半球为主，而空间注意的某些方面通常显示出右半球优势。然而，几乎所有复杂活动都由两个半球共同参与，并持续交换信息。人并不是分为理性的“左脑型”和富有创造力的“右脑型”两类。10

04 · 细胞社会

神经元负责信号传递；胶质细胞使信号传递成为可能

神经元不是电线，胶质细胞也不是填充材料。二者都存在多种形态，其性质取决于所在区域、发育阶段和功能。

  1. 树突接收并在局部转换多种输入
  2. 胞体整合代谢、基因与传入活动
  3. 轴突传递可再生的电信号
  4. 末梢释放递质或其他信号
  5. 突触改变下一个细胞的状态及其响应的可能性

神经元：具有选择性的动态整合器

树突含有主动通道，能够执行局部计算；胞体整合电活动和化学状态；轴丘通常决定动作电位是否开始。有些轴突传导距离很远，另一些则仅在局部传导。神经元可以释放快速递质、较慢的调节物质、肽，或多种信号的组合。

在新皮层中，兴奋性投射神经元数量众多，而抑制性中间神经元具有高度多样性。抑制并不只是停止思考：它还能提高时间精度、稳定神经网络、分离相互竞争的表征，并防止兴奋失控。

胶质细胞：支持、防御与调节

星形胶质细胞调节离子、摄取递质、帮助使血流与活动相匹配，并支持血脑屏障。少突胶质细胞形成中枢神经系统髓鞘；施万细胞为周围神经轴突形成髓鞘。小胶质细胞监测组织、响应损伤并参与突触重塑。室管膜细胞排列在脑室内，而特化的脉络丛上皮分泌大部分脑脊液。

在颇具影响力的86亿个脑细胞估计中，全脑神经元与非神经元细胞的数量大致相当，但不同脑区的比例差异巨大。小脑包含大多数脑神经元；大脑皮层中非神经元细胞所占比例更高。1

单细胞测序如今可以区分成人大脑中数千种转录组细胞群体和状态。这些分子类别并不与心理功能一一对应，但它们揭示了“神经元”等宽泛标签之下隐藏着多少生物学信息。3

05 · 通信

细胞内通常是电，细胞之间通常是化学信号

神经信息并非仅由电流传递，而是由电压、递质释放、受体响应、时序和连接强度的变化模式共同传递。

从膜电位到动作电位

细胞膜将离子的不等浓度分隔开来。选择性通道和泵有助于形成电压差，静息神经元中通常接近 −70 mV，但会因细胞和时刻而异。输入会产生渐变的电压变化。如果轴突的触发区达到阈值，电压门控通道就会产生全或无的动作电位，并沿轴突再生。霍奇金和赫胥黎的方程首次捕捉到了乌贼巨轴突中潜在的钠、钾电导；现代神经元还具有更多种类的通道和几何结构。11

髓鞘使郎飞结之间能够进行快速且节能的跳跃式传导。并非每条轴突都有髓鞘，而且髓鞘并非惰性绝缘层：少突胶质细胞的行为可以响应活动，使适应性髓鞘化成为学习和网络优化的另一种可能机制。30

化学突触的五个步骤

  1. 动作电位抵达突触前末梢。
  2. 电压门控钙通道开放，钙离子进入。
  3. 囊泡与细胞膜融合并释放递质。
  4. 递质与离子型或代谢型受体结合。
  5. 再摄取、扩散或酶会清除信号。
  6. 接收细胞将这一输入与数千个其他输入整合起来。
不同信号解决不同的协调问题
信号家族 广泛作用 典型时间尺度 更正
快速兴奋 提高下游激活的概率；谷氨酸是中枢神经系统中的主要快速兴奋性递质。 毫秒 兴奋并非天生“有益”；过度激活可能具有破坏性。
快速抑制 塑造时序和竞争；GABA是成年人大脑中的主要快速抑制性递质。 毫秒 抑制使精确性和稳定的信息处理成为可能。
神经调节 多巴胺、血清素、去甲肾上腺素和乙酰胆碱会改变各回路中的增益、学习、状态和可塑性。 数秒至更长时间 没有哪一种递质对应单一情绪或人格。
身体与激素 自主神经、内分泌、免疫和代谢信号与机体协调脑状态。 数秒至数小时 脱离身体无法理解大脑。

可塑性突触并非简单地“越强越好”

长时程增强可以增加之后的突触反应。12 长时程抑制、稳定化、抑制、结构变化和遗忘同样重要。健康的网络必须保持选择性，而不是让每一条连接都达到最大化。

06 · 时空协调

回路、节律和大尺度网络

连接组描述了可能的通路；瞬时活动则选择当前哪些通路协同工作。

局部回路

前馈、反馈、循环和侧向连接使回路能够放大证据、抑制竞争者、维持信息，并将预测与输入进行比较。同一种命名的回路模式，会因细胞类型和状态不同而执行不同的计算。

结构连接

轴突限制了哪些脑区能够直接通信。弥散磁共振成像可无创估计纤维束，而示踪和显微镜可在动物或组织中提供更精细的证据。纤维束是一条通路，并不能证明它在某个特定思维过程中处于活跃状态。

功能协调

活动共同波动的脑区构成功能网络。相关性可以揭示组织结构，但不能单独证明直接连接、方向或因果关系。人类连接组计划的数据改变了这种大尺度绘图方式。16

在人类成像中反复观察到的网络

默认模式内向思维、自传体加工和概念加工
额顶控制灵活维持目标、运用规则和进行协调
注意系统将注意力导向目标或行为相关事件
显著性相关整合身体和情境的重要性与控制
感觉与运动视觉、听觉、触觉和动作的独立图谱

网络边界因方法、分辨率和个体而异。基于1,000人的图谱揭示了地形化感觉系统和分布式联合网络，但七网络或十七网络图谱是有用的模型，而不是网络数量的最终自然分类。1314

脑节律是时间模式，而不是人格标签

传统频段——其边界和含义各不相同
频段 大致范围 通常研究其与以下方面的关系 无法仅凭此推断的内容
德尔塔 约 0.5–4 Hz 深度睡眠和皮层慢动态 仅凭“更多德尔塔波”推断健康、智力或意识
西塔 约 4–8 Hz 特定回路中的记忆、导航和认知控制 一种普遍的记忆状态
阿尔法 约 8–13 Hz 感觉兴奋性、注意力和闭眼静息 每个区域都处于放松或创造状态
贝塔 约 13–30 Hz 感觉运动维持、预测和主动认知 单一的心理操作
伽马 约 30 Hz 及以上 局部协调和与任务相关的加工 仅凭此推断绑定、顿悟或更高的智力

EEG 和 MEG 记录的是由许多细胞共同产生的混合信号。只有结合位置、时间、相位、任务、振幅、记录质量和比较条件，频率才具有信息价值。将某个频段直接转换为某种思想或特质的消费级设备，超出了仅凭信号本身所能支持的结论。

07 · 一种不断发展的架构

可塑性、学习与智力

成年大脑仍保有相当大的变化能力。可塑性是真实存在的、有意义的，也值得庆祝——但它具有特异性，受到限制，并且取决于具体条件。

一般智力是分布式的，而且影响深远

不存在单一的智力中心。结构成像表明，一般认知能力与总脑容量、皮层区域、白质微观结构和连接性方面的许多细微差异有关。在英国生物银行数据中，总脑容量与一般智力呈中等程度的相关，而区域性指标提供了额外信息，但并不能确定性地刻画一个人的大脑结构。19

功能研究同样更支持全脑范围内的协调。在交叉验证中，静息态连接可以预测一般智力差异的一部分，而全局连接模式往往优于孤立脑区理论。18 2026 年的一项人类连接组计划研究进一步支持一种灵活的、覆盖全脑的网络架构，而不是由某个特权区域或网络主导。17

生物学很重要

智力差异反映了相互作用的遗传和环境影响。大脑发育取决于遗传的差异、产前和童年条件、健康、教育、接触经历以及偶然因素。遗传力描述的是特定人群和环境中的差异，并不意味着个人的未来已经固定。

教育很重要

一项涵盖超过60万名参与者的荟萃分析估计，多接受一年教育与智力测试中大约提高1至5分相关，具体取决于研究设计和假设。22 这是有意义发展的证据，而不是保证每年获得固定增益或无限增长。

迁移很重要

在经过练习的任务上有所改善，并不自动意味着更广泛的智力增长。强有力的证据需要表明，这些收益能迁移到不熟悉的问题上、得以保持，并改善训练计划之外的学习或生活。

成年神经发生：进展而不过度夸大

2025年和2026年发表的研究在成年人大脑齿状回中发现了增殖中的祖细胞、成神经细胞和未成熟颗粒神经元，进一步加强了关于部分神经元生成会持续进行的证据。2331 其速率、个体间的差异以及对记忆的贡献仍未解决。大多数成年学习都被解释为现有细胞和连接的变化，而不是新神经元的大范围生成。

08 · 注意力与原创性

原创思想既需要内在空间，也需要其他心智

社会环境并不处于大脑功能之外。它决定什么能获得注意力、哪些问题被允许提出，以及一个尚未完成的想法是否有时间变得连贯。

漫游的空间

主动选择的独处可以减少打扰、即时模仿以及遵循他人优先事项的压力。无明确目标的时间或许能让遥远的联想、私人的问题和未完成的可能性共存足够长的时间，从而形成某种原创成果。

这并不是说孤立会自动造就天才，也不是说默认模式网络就能证明创造力。这是对一个实际情况的认识：持续不断的指导可能无意中占据了原创性赖以生长的那部分注意力。

回归、检验与构建

他人提供知识、批评、鼓励、工具、资源和互补的能力。社群有助于区分有价值的想法与有吸引力的错误，将洞见转化为可运作的形式，保护其创造者，并将其传播到一个人独自无法企及的地方。

自愿的独处不同于不受欢迎的孤立。健康的智性生活包括为了思考而退隐的自由，也包括在渴望联结时回归的自由——回到那些支持、促进并赞美心智的人身边，而不是要求心智消失。

保护尚未完成的思想免受持续的指引；然后让它回到一个足够强大的社群中，在那里检验它、发展它，并庆祝它最终的样子。
独立与归属感是相互配合的伙伴，而不是对立面
09 · 证据及其局限

神经科学如何研究活体大脑

没有任何方法能直接读取整个系统。当解剖结构、时间进程、行为、扰动和分子证据相互 converging 时，我们的信心会增强。

每种方法都在回答不同的问题
方法 显示内容 优势 核心局限
结构 / 弥散 MRI 解剖结构与水分子扩散方向 活体组织和通路的估计 无法测量思想；纤维束示踪具有概率性
fMRI 血氧水平依赖性变化 全脑空间模式 相对于神经信号而言间接且缓慢15
EEG / MEG 电位 / 磁场 毫秒级时间分辨率 精确的来源定位很困难
PET 放射性分子示踪剂 特定的代谢或受体 辐射以及有限的时间分辨率
病灶 / 刺激 损伤或扰动的影响 关于必要性与贡献的因果线索 边界、重组和实验方案使推断变得复杂
细胞与组织 神经脉冲、结构、基因与分子 卓越的局部细节 人类样本有限，而且往往来自临床或死后样本

彩色的大脑图像是重建结果，而不是思想的照片

成像图谱取决于预处理、统计阈值、比较组和模型。激活并不能证明某个区域单独产生了这种体验；激活减少可能意味着功能受损、效率提高、策略改变，或该方法错过了相应的时间点。重复验证、足够大的样本、透明的分析以及样本外预测都很重要。

10 · 保留这种可能性

大脑健康是智力发展的组成部分

保护认知不仅仅是避免疾病。它还能保存已经获得的记忆、仍有可能进行的学习，以及一个人未来可能贡献的工作。

睡眠与节律

睡眠有助于记忆巩固、注意力、代谢调节和情绪控制。与追求某一个“完美”的睡眠阶段相比，稳定的作息时间、充足的睡眠时长以及对持续性睡眠障碍的治疗更为重要。27

运动与循环

体育活动有助于血管健康，并与认知益处相关。在一项针对老年人的随机研究中，有氧运动增加了海马体积并改善了空间记忆，但没有任何一种运动方案能保证每个人都产生相同的反应。26

学习与获取机会

挑战、教育、听力与视力保健、有益的工具以及富有认知刺激的活动，有助于维持参与度并建立认知储备。认知储备可能使人们即使面临一些与年龄或疾病相关的大脑变化，也能维持功能。28

安全与康复

安全带、适当情况下佩戴头盔、预防跌倒以及安全的工作方式，都能减少可避免的头部损伤。康复会运用重复练习、任务相关性、补偿策略和剩余神经网络；可塑性有助于恢复，但并不能使损伤变得无害。

酒精和其他药物

酒精就是乙醇：一种具有精神活性且会导致依赖的药物。合法地位和文化熟悉度并不能使其无害。在36,678名中老年英国生物样本库参与者中，报告的摄入量越高，与整体及区域灰质指标降低和白质微结构差异相关；观察性研究设计无法证明酒精对某个个体造成了什么。24

无污名的护理

神经系统和精神疾病源于生物学、发育、身体系统与环境之间的相互作用，而不是性格软弱。卒中等局灶性损伤可能导致特定综合征，而许多疾病涉及分布式神经回路，而非单一的化学失衡。准确评估和合格的医疗护理能够保护自主权，并帮助人们运用尚存的能力。

保护知情选择，而不是维护文化双重标准

不同物质的急性和长期风险各不相同，取决于剂量、摄入途径、纯度、年龄、健康状况、相互作用和情境。合法药物不应被宣传为无害，而只把非法药物当作“真正的毒品”对待。比较排名也不会因此让另一种物质变得安全。诚实的教育应明确说明酒精的风险，避免美化醉酒，并拒绝任何迫使人损害心智或施加社会压力的做法。

纵向研究已将较高的酒精摄入量与不良大脑结果联系起来，包括海马体和白质差异；但在低摄入水平以及个体之间，仍存在不确定性。25 保护性信息很简单：总体而言，暴露越少，与暴露相关的风险就越低；人们有权获得真实信息，而不受道德谴责。

值得摒弃的迷思

“我们只使用了大脑的10%。”大脑系统在日常生活中持续活跃，但并非每个神经元都会同时放电——那样也并不可取。
“人要么是左脑型，要么是右脑型。”大脑存在专门化，但复杂思维依赖于两个半球及其连接。
“激活越多，大脑就越好。”高效的表现可能只需要较少的活动，而过度同步的活动可能具有病理性。
“成年人的大脑无法改变。”它仍具有可塑性，但年龄、健康状况、既有结构和练习类型会限制其变化。
“扫描能够准确读出一个人的想法。”群体模式和概率性预测并不能透明地读取个人的私密思想。
“一个应用、一种频率或一片药就能全面升级。”广泛的主张需要广泛且持久的迁移，而不是在某项训练任务或某个生物标志物上有所改善。
11 · 全貌

大脑具有专门化、互联、具身性且可变

细胞构成回路；回路协调网络；网络通过活体运作；经历重塑整个系统。这种架构使学习和智力成为可能，而不把一个人简化为某个脑区、递质或扫描结果。

智力之所以重要，是因为它拓展了理解复杂性、快速学习、预见后果以及创造从未存在之物的能力。发展智力值得庆祝。保护杰出心智需要严肃对待。当我们维护健康、自由、教育、安静思考和自主选择的合作时，我们保护的是积累的知识与未来的发现——这不仅关乎一个人，也关乎这些发现可能帮助的每一个人。

证据资料库

来源及延伸阅读

为本指南提供支持的基础神经科学、重要研究、综述和权威资源。

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教育提示：本文介绍一般神经科学知识，不用于诊断症状、解读个人扫描结果，也不能替代合格医疗专业人员进行的评估。大脑测量结果具有概率性，其临床意义取决于病史、检查、方法和背景。

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