人腦的極限
人類大約有幾百億個腦細胞,每個腦細胞大約有幾百條腦神經,每條神經上大約有幾百個突觸,每個突觸有幾百到幾千個蛋白質,一個腦細胞的作用大約相當於一台大型計算機,一個突觸的作用大約相當於計算機的一塊晶片。可以很簡單地推算出來,人的大腦相當於上千億塊或上萬億塊晶片。
人類目前最大型的並行計算機,美國的白色戰略加速計算機(White ASCI)也不過8000塊晶片,和人類的大腦比,相差大約一億倍,也就是差8到9個數量級。
計算機的運算能力一般用一秒鐘能做多少次加法運算來統計,目前最快的是中國的“天河二號”,以峰值計算速度每秒5.49億億次、持續計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算的優異性能位居榜首。
由於人腦是超級巨大的並行運算系統,所有突觸以及每個突觸上的所有蛋白質,都可以瞬間同時運動,蛋白質之間又只有幾納米距離,電流在這個距離上一秒可運行幾千億次,人腦運算速度的數量級就大得沒法形容,大約1後面跟27個零到30個零。要知道,40億次,才不過是4後面跟9個零而已,差了大約20個數量級。
所以,如果用計算機來模擬人類大腦的功能,以目前研究進展的速度而言,大約還要一百年才能實現。因為根據著名的“摩爾定律”,計算機的運算速度每18個月提高一倍,也就是每年大約提高0.67倍,要提高20個數量級就需要100多年。
另外還有一個因素沒有考慮,計算機就兩種電路狀態,開或關,而腦細胞、腦神經、突觸、蛋白質以及組成蛋白質的胺基酸都有很多種,運動起來遠比電路複雜得多了。所以人類搞清人腦功能的時間還要推後。
人的大腦是人體中最微妙的智慧型器官。它重約1.3千克,體積只有1.4立方分米,大約由100多億個神經細胞所組成。每個神經細胞的周圍,有1000~10000個突觸伸展出去,和相鄰的神經細胞的
突觸相交聯。這些突觸像電路一樣,都具有一個能通過或停止“電子流動”的“閘門”,因此,大腦能夠儲存10萬億位的信息量。這樣的存貯能力可與1萬台計算機的存貯容量相媲美。
人腦的思維形式有兩種:一種是形式化思維,是人腦演繹能力的表現,具有邏輯的循序的特點:一種是模糊性的思維,是人腦歸納能力的表現,可同時進行綜合的整體的思考。儘管在人的一生中,每小時約有1000個神經細胞發生障礙,一年內有近900萬個神經喪失功能,然而,即使如此,大腦仍能正常地工作,其主要原因,就是大腦有足夠的“後備力量”。一些神經細胞發生故障,另一些“備用”的神經細胞馬上頂替上來。
科學家從人腦的功能原理上,受到了啟發,研製成功了電子計算機。電子計算機是20世紀最重大的發明之一。它具有非凡的計算能力,現代最快的計算機在1秒鐘內,能完成上億次運算,這樣的計算速度和計算過程的可靠性,是人工計算望塵莫及的。計算機還能模仿人的某些感覺和思維功能,按照一定的規則進行判斷和推理,代替人的部分腦力勞動。正因為這樣,計算機受到了人們的高度重視,被稱之為“電腦”,而且在各個領域裡得到了廣泛的套用。
現代計算機總是按照人規定的程式進行工作的。在這些程式中,人要為計算機預見到一切可能發生的情況,並安排好計算機該如何作出反應。一旦出現了意料之外情況,計算機也會暈頭轉向,束手無策。
英國《
獨立報》14日報導說,研究人員首次計算出了人腦的記憶容量,發現人腦在這方面的能力超過所有的電腦。那些預言電腦的能力將超過人腦的人已經能夠被證明是絕對錯誤的。
報導說,在《大腦與思維》雜誌發表了上述計算結果的科學家們說,儘管最大的電腦的記憶容量是1,000,000,000,000個位元組(即10的12次方),人腦的記憶容量的位元組數則大到10後面跟8432個零。研究人員說,記憶是自然智慧的基礎,而人腦的記憶容量至今還是個謎,因為沒人能建立合適的計算模型將其測算出來。人腦中神經元的數量是已知的,大約為1000億個,許多分析家以此為基礎提出了電腦不久將超過人腦的觀點。但是研究人員並不局限於這個角度,他們運用一系列運算法則,計算出了人腦的記憶總量,其中包括不同神經網路的龐大數量,這項發現可能會改變電腦設計的思路。今後的電腦可能不是增加位元組,而是模仿人腦,特別是更加注重神經網路。人腦子裡儲存的各種信息,可相當於美國國會圖書館的50倍,即5億本書的知識。
人的大腦有100多億個神經細胞,每天能記錄生活中大約8600萬條信息。據估計,人的一生能憑記憶儲存100萬億條信息。
如能把大腦的活動轉換成電能, 相當於一隻20瓦燈泡的功率。
根據神經學家的部分測量,人腦的神經細胞迴路比今天全世界的電話網路還要複雜1400多倍。
每一秒鐘,人的大腦中進行著10萬種不同的化學反應。
人體5種感覺器官不斷接受的信息中,僅有1%的信息經過大腦處理,其餘99%均被篩去。
大腦神經細胞間最快的神經衝動傳導速度為400多公里/小時
大腦的四周包著一層含有靜脈和動脈的薄膜,這層薄膜里充滿了感覺神經。但是大腦本身卻沒有感覺,即使將腦子一切為二,人也不會感到疼痛。
人的大腦平均為人體總體重的2%,但它需要使用全身所用氧氣的25%,相比之下腎臟只需12%,心臟只需7%。神經信號在神經或肌肉纖維中的傳遞速度可以高達每小時200英里。
人體內有45英里的神經。
人的大腦細胞數超過全世界人口總數2倍多,每天可處理8600萬條信息,其記憶貯存的信息超過任何一台電子計算機。
此外,直至如今依舊有大部分人認為,人腦僅被開發10%,其實這只是個荒誕的謬誤。
“10%”的荒誕說法不可信有多個理由。首先是大腦成像探索技術,如X光掃描、磁共振等等,都已清楚地顯示,大腦的大部分區域不是處於潛伏狀態的。雖然一些比較簡單的活動可能一次只需要使用大腦極小部分,但是那些非常複雜的活動或思考模式卻需要使用大腦的很大一部分。就像人們運動時不會一次性使用所有的肌肉組織一樣,大腦也不會一次性調用大腦的所有部分。一些運動,如:吃東西,看電視或者讀書,你只需要使用大腦一些特殊的功能就可以完成。然而,大腦的所有部分在一整天不同的活動中可能都會被用到。
“10%”的說法還預示著大腦有大多“沒用上”的部分占據著空間。按照這種說法,切除或者損壞“沒用上”的部分,對大腦造成的影回響該可以忽略。然而,我們現在已經知道即使破壞人類大腦的很小區域,也可能產生行為上的毀滅性效果。由中風引起的大腦很小區域的損傷,都可能引起全部能力的喪失;某種神經障礙,比如帕金森病,也是只影響大腦的特定區域。 這就是為什麼神經外科醫生在癲癇和腦腫瘤的手術中,要摘除一些大腦組織必須提前小心繪製腦圖,以確保大腦的基本區域不受損傷。“幸運的是,子彈深入你的腦殼,只損害了你大腦不用的那90%!”——你曾聽說過醫生這樣對病人說嗎?
而且從進化的觀點看,大腦不可能進化出90%無用的部分。如果大個的大腦沒有優勢,它就不可能這樣進化。大腦是維持和利用巨大身體能源供應的昂貴器官。另外,功能性大腦成像研究顯示出大腦所有區域的功能。就算是我們在入睡時,大腦也是活躍的,這時候大腦仍然被“占用”,這只是另一種活躍狀態。
用發育的觀點來看,10%的大腦利用率也是站不住腳的。諾貝爾獎得主戴維H·哈勃和托斯頓N·維塞爾證實:如果在早期發育階段沒有視覺信息刺激眼睛(和大腦),那么視力將全部喪失。那么,我們可以這樣推論:假如90%的大腦沒有被利用的話,那么,很多神經旁路就會退化。
大腦的適應性是相當強的,具有損傷後復原的能力。當一個大腦受到損傷後,剩餘的神經組織有時候可以替代或補償損失部分的功能。大腦對損失功能的恢復能力並不表明損傷的部分沒有功能。這種能力是大腦改組和再接線的能力。年輕的、孩子的大腦適應性相當強,一個年輕大腦的受損區域的功能可以被剩餘腦組織替代。
為了控制孩子的癲癇,醫生有時候不得不摘除孩子的很大一部分腦區,結果孩子卻不可思議地康復了。這樣奇蹟康復的情景在成人的大規模腦外科手術中很少見。
事實上,大腦“用得到”的部分分散在各種官能區的周圍,也就意味著大腦的大部分組成其實是“有用的”。
“10%”說法的變體
“10%”這種說法不僅僅是一種靜態的、不明了的仿真陳述。它有多種說法,而這種適應性令它比那些經過包裝的垃圾信息擁有更長的生命周期。其中一種最基本的說法聲稱,幾年前一位科學家發現我們確實只需要使用大腦的10%即可。另一種不同的說法稱我們的大腦現在有10%已經被描繪,但是慢慢的就被誤解為只需使用10%。第三種說法是克雷格·卡格斯早前描述的。
這種觀點認為大腦不知為何巧妙地被分為兩部分:有意識和無意識。其中有意識部分大概只使用10%~20%;無意識部分占到80%~90%,且都沒有被利用。這種說法使大腦探索研究變得更加容易被誤解。
這種荒誕說法之所以能長期存在的部分原因是,當信念本身保持不變的時候,即使其中一種說法被證明是錯誤的,那些相信“10%”說法的人可以很容易將自己相信的理由轉移到另外一種說法的基礎上。例如,X光掃描顯示整個大腦活動時,他仍然可以聲稱其中90%的活動是無意識的,因而“10%”的說法仍然是正確的。
這種說法的流傳還可以用羅伯特·塞繆爾所給出的術語來解釋。“心理學上,雖然實證不能支撐某種觀點,但仍然被認為正確,是因為這種觀點的不斷重複改變了我們對經歷的思考方式。”那些持謬誤者再三重複自己認為對的觀點,直到這種觀點得到廣泛的認同,就像飯後不宜游泳的警告一樣——這就是所謂的“謊言重複一千遍就成了真理”。
“10%”說法最具誘惑的地方可能是我們可以發展自身的精神能力,至少可以通過提高我們的記憶力或是集中力對我們的一些競賽有幫助。廣告稱,如果我們開發了最不可思議的大腦,那么所有的一切都可以獲得。
或許對付這種說法最好的辦法是當這種說法被人提及時,直接反問:“喔?你的大腦哪部分沒有被用到呢?”
大腦的構造
又稱端腦,脊椎動物腦的高級神經系統的主要部分,由左右兩半球組成,在人類為腦的最大部分,是控制運動、產生感覺及實現高級腦功能的高級神經中樞。脊椎動物的端腦在胚胎時是神經管頭端薄壁的膨起部分,以後發展成大腦兩半球,主要包括大腦皮層和基底核兩部分。大腦皮層是被覆在端腦表面的灰質、主要由神經元的胞體構成。皮層的深部由神經纖維形成的髓質或白質構成。髓質中又有灰質團塊即基底核,紋狀體是其中的主要部分。廣義的大腦指小腦幕以上的全部腦結構,即端腦、間腦和部分中腦(見中樞神經系統)。 大腦由約140億個細胞構成,重約1400克,大腦皮層厚度約為2--3毫米,總面積約為2200平方厘米,據估計腦細胞每天要死亡約10萬個(越不用腦,腦細胞死亡越多)。人腦中的主要成分是水,占80%。它雖只占人體體重的2%,但耗氧量達全身耗氧量的25%,血流量占心臟輸出血量的15%,一天內流經大腦的血液為2000升。大腦消耗的能量若用電功率表示大約相當於25瓦。 因為有80%是水,所以它就有些像豆腐。但是它不是方的,而是圓的;也不是白的而是淡粉色的。 大腦主要包括左、右大腦半球,是中樞神經系統的最高級部分。人類的大腦是在長期進化過程中發展起來的思維和意識的器官。大腦半球的外形和分葉左、右大腦半球由胼胝體相連。半球內的腔隙稱為側腦室,它們借室間孔與第三腦室相通。每個半球有三個面,即膨隆的背外側面,垂直的內側面和凹凸不平的底面。背外側面與內側面以上緣為界,背外側面與底面以下緣為界。半球表面凹凸不平,布滿深淺不同的溝和裂,溝裂之間的隆起稱為腦回。背外側面的主要溝裂有:中央溝從上緣近中點斜向前下方;大腦外側裂起自半球底面,轉至外側面由前下方斜向後上方。在半球的內側面有頂枕裂從後上方斜向前下方;距狀裂由後部向前連頂枕裂,向後達枕極附近。這些溝裂將大腦半球分為五個葉:即中央溝以前、外側裂以上的額葉;外側裂以下的顳葉;頂枕裂後方的枕葉以及外側裂上方、中央溝與頂枕裂之間的頂葉;以及深藏在外側裂里的腦島。另外,以中央溝為界,在中央溝與中央前溝之間為中央前回;中 央溝與中央後溝之間為中央後回。
腦細胞是怎么生長出來的?(新探索)
腦細胞生長的方式
①“主動生長”方式進行向自身的周邊隨意連線。這點很容易就可以得到驗證,比如人們經常將一些“腦細胞”放在切片上進行觀察,最後觀察到年紀越輕其“腦細胞”生長得就越快。 ②“被動生長”的方式向特定的目標進行連線。這個意思就是:當外界的“客觀事物”或“思想活動”將一些不同“感子”同時出現時,這些“感子”所對應的“神經細胞”也同時“活躍”起來,而這些“活躍”起來的“神經細胞”就會通過各種渠道努力的“連線”在一起。 神經細胞的“主動生長”和“被動生長”有什麼區別,為什麼會有這樣的區別?
主動生長
好處是“時間快”;其弊端是:它的“神經連線”比較“亂”,必須進行“整理”,從而使那些“錯誤連線”和“無用連線”都“滅亡”,只留下“正確”的“有用”的“連線”。這也就是為什麼“小孩子”的“主動生長”比較旺盛,但身體的“協調能力”和“認知能力”比較弱,而且在其長大的過程中大部分的“神經連線”都要“滅亡”,這很明顯的,是件好事。
被動生長
的好處就是幾乎不會產生沒有用的“神經連線”;但壞處就是“時間較慢”
所以,總的來說:“主動生長”與“被動生長”優勢互補,使我們的“腦神經”最最佳化的進行生長,但其弊端就是“成年人”的大腦一旦受傷,恢復的時間要“相當長”。 為什麼“兒童”的腦神經,會比“成人”腦神經更依賴“主動生長”,而隨著年齡的增長,“腦神經”的“主動生長活力”卻持續下降? 這是因為兒童時期“思考”、“判斷”、“分析”等思維能力並不需要很強,所以就可以更依賴“主動生長”,來迅速的增多腦細胞作為“備用”,但與此同時也有著其弊端:“神經連線錯誤”或“無用連線”太多了,需要修剪。但如果過了“兒童”的年齡段,還繼續讓我們的“腦神經”進行很快速的“主動生長”,那么就會使我們做的各種“神經修剪”工作全部白費,最後又變得和“幼兒”一樣“身體失調”、“語無倫次”等。所以為了最最佳化的進行“導存”(引導存在),就形成了上述的這種“局面”。
左右大腦半球的功能
大腦左半球的功能
| 大腦右半球的功能
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控制身體右側
| 控制身體左側
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以序列的和分析的方式對輸入進行加工
| 以整體的和抽象的方式對輸入進行加工
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時間知覺
| 空間知覺
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產生口語
| 通過姿勢、面部表情、情緒和肢體語言表達語言
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執行不變的和算數的操作
| 執行推理的和數學操作
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積極構造虛假的記憶
| 回憶根據真實
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對事情為什麼發生尋找假設
| 將事情放置於空間模式中
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善於引發注意以應對外部刺激
| 善於處理內部加工
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左腦和右腦
大腦就是你自己的智囊。科學研究證明,大腦分為左半球和右半球。左半球是管人的右邊的一切活動的,一般左腦具有語言、概念、數字、分析、
邏輯推理等功能;右半球是管人的左邊的一切活動的,右腦具有音樂、繪畫、空間幾何、想像、綜合等功能。
人的左右半腦是不平衡發展的,統計顯示,絕大多數人是左腦發達(其中大約一半的人比較均衡一些)。全球有10%的人是左撇子,即右腦比較發達。而左右腦的發育程度不同,隱含了你的很多特質和天賦的秘密:
理解數學和語言的腦細胞集中在左半球;發揮情感、欣賞藝術的腦細胞集中在右半球。
右半腦發達
⒈右腦最重要的貢獻是創造性思維。右腦不拘泥於局部的分析,而是統觀全局,以大膽猜測跳躍式地前進,達到直覺的論。在有些人身上,
直覺思維甚至變成一種先知能力,使他們能預知未來的變化,事先做出重大決策。
左半腦發達
左腦的記憶迴路是低速記憶,而右腦的是高速記憶,左腦記憶是一種“劣根記憶”,右腦記憶則讓人驚嘆,它有“過目不忘”的本事。處理簡單的語言問題時人們左腦相對活躍;左腦發達的人處理事情比較有邏輯、條理。 ⒈左腦發達在社交場合比較活躍,善於判斷各種關係和因果。
⒉左腦發達善於統計,方向感強。
⒊左腦發達善於組織。
⒋左腦發達善於做技術類、抽象的工作(如電腦編程)。
男性是根據右腦和左腦各自不同的分工來使用大腦的;相比之下,女性卻可以同時使用左腦和右腦。
男性和女性大腦的最大區別主要是大腦皮層的構造不同。女性大腦的溝通交流能力特別發達,她們細緻、敏感,能夠通過察言觀色來了解對方的心理,直覺也很靈敏。從構造上看,女性左右腦的
腦梁部分粗於男性,因此左右腦可以順利地同時使用。
多數男性方向感天生就比女性強。