人脑中有类似电脑的机制吗

    人们常常把人脑比喻成电脑，或者希望电脑具备人脑一样的智能。电脑里的信息是以“0”和“1”二进制的形式储存的，那么人脑中有类似电脑的机制吗？神经元产生的电信号和接受刺激的强度有什么关系？ 1932年获得诺贝尔生理学或医学奖的科学家埃德加。阿德里安（Edgar Adrian）的研究回答了这些问题。

　　“全或无”与“0和1”

　　1889 年 11 月 30 日，阿德里安出生于英国伦敦。1911 年，阿德里安在剑桥大学三一学院以优异成绩获得学士学位。1913 年，他在三一学院任研究员，在基斯。

　　卢卡斯（KeithLucas）的指导下研究神经的电生理活动。

　　神经元兴奋时，细胞膜两侧会存在带电离子的定向移动，形成一定的离子浓度差，如同水位差一样，这样就产生了可测量的电压，这个现象在生理学中被称为“去极化”.

　　在“去极化”的过程结束后，神经元会自发地开始“复极化”过程，电压降低，之后神经元会逐渐恢复静息电位。这一系列过程都依赖于神经元细胞膜上的许多细微结构。神经元的每一次兴奋都伴随着电压变化，电压变化一百多毫伏，时间也很短暂，因此这在当时并不容易观察。

　　阿德里安研究了神经兴奋中的“全或无”现象。神经细胞受到特定刺激时，有一定的“阈值”,可以理解为细胞兴奋的临界点。

　　神经细胞对于强度在阈值以下的刺激，同样会产生一定的生理变化，但产生的电信号不能传向远处，相当于二进制的“0”.而刺激强度只要达到阈值以上，不论强度如何，都可以引起同等强度的电压变化，并在神经元之间传递，相当于二进制的“1”,即通电状态。

　　阿德里安的发现告诉我们，神经细胞的生理活动确实与二进制有某些相似之处，不过，在他进行研究的时候，距离计算机的诞生还有几十年之遥。此外，如果神经传递的电信号形式只有两种，而身体每个区域的神经元又都是有限的，那么人们如何感知温度、疼痛等信息的强弱变化呢？这些困扰人类的难题阿德里安也找到了答案。

　　探秘“感觉与触觉”

　　1915 年阿德里安成为一名神经科医生，第一次世界大战期间，他在军队里担任军医，治疗神经损伤和神经功能紊乱的患者。1916年，阿德里安回到剑桥大学，接替了基斯。

　　卢卡斯的工作。他采用了一系列新的实验技术：

　　热电子真空管、阴极射线管和毛细管电流计，以此把神经系统产生的电信号放大了 5000倍。他还把仪器连到了青蛙的单根神经末梢上，观察到阈值以上的刺激产生的动作电位是一样的。阿德里安进一步换用头发、针刺等方式刺激神经元，结果发现，刺激的强度可以由神经元电信号的频率来反映，也就是刺激越强，频率越高。这给人们提供了测量神经活动状态的新方法。阿德里安还发现，如果持续刺激神经元，产生的电信号频率会越来越低。这一发现揭示了心理学上感觉适应现象的生理机制。感觉适应是一种常见的现象，不同的感觉有不同的适应机制。例如，刚闻到某种气味时，本能的感觉会非常敏锐，但久而久之，会忽略这种气味。正是因为这种机制的存在，人和动物可以把有限的注意力用到其他新鲜事物上。

　　动物的脑内对于身体每部分的感觉，都有特定部位的大脑皮层与之对应。触觉，是由外周神经通过传导通路，经过一系列的过程向上传达的，触觉的神经冲动最终在脑内投射到特定的皮层上。阿德里安发现，动物脑内处理不同部位触觉信息的皮层面积大小，与这种动物对这个部位感觉的依赖程度有关。例如，人和猴子的生存需要依赖敏锐的面部感觉和双手的触觉，相应地，这部分神经在脑内投射的皮层面积也较大。而感觉和运动皮层的面积都是可变的，如果一个人失去了双手，转而训练自己双足的功能，那么他双足的触觉神经在大脑皮层上投射的面积会增大，而双手对应的皮层面积减小。

　　阿德里安的研究揭示了神经元工作的原理，也间接促成了算法学的进步。早在计算机发明之前，科学家们根据当时神经生理的知识，就提出了影响深远的神经网络算法。

　　人们在研究神经科学的过程中，发展了信息技术，而通过计算机对神经活动的模拟，人们深入认识了人类赖以思考的大脑，神经系统中的“0”和“1”与电脑中的二进制最终被紧密结合在一起。这种多学科的交融是神经科学研究的发展方向。

　　收获事业与家庭

　　阿德里安在神经生理学方面的研究硕果累累，受到了人们的重视与认可，1932 年，阿德里安和谢林顿（Charles S.Sherrington）因为在神经功能上的贡献共同荣获诺贝尔奖。这些研究成果在今天的生物学、医学和心理学中仍然是教学的重要内容。

　　他最着名的三本着作包括《感觉的基础》、《神经的动作》和《认知的生理基础》。1950 年阿德里安被选为皇家医学会会长，1951 年任剑桥大学三一学院院长 ,1955 年英国王室册封他为贵族男爵。

　　在工作之余，阿德里安也是个富有生活热情的人。1923 年，他和妻子海斯特结婚，他们都是登山爱好者，育有一个儿子、两个女儿。

　　1977年，阿德里安在伦敦逝世，享年87岁。