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小宇宙---复杂的巨系统
dsm9393 2018-5-18 21:19
小宇宙 --- 复杂的巨系统 Small universe- -- complex giant system ------ 兼评饶毅谈色一文（ 3 ） 都世民（ Du Shimn ） 摘要：本文通过学习钱学森的系统观念，讨论人体科学，即小宇宙探索。以视觉系统为例，结合饶毅教授谈色一文，分析两种探索思路，对一些相关问题进行必要地讨论。 关键词：钱学森，人体，巨系统，开放性，感官 钱学森的人体观 科学家 钱学森 认为 ： “ 人体作为一个系统。首先，它是一个 开放的系统 ，也就是说，这个系统与外界是有交往的。比如，通过呼吸、饮食、排泄等，进行物质交往；通过视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等进行 信息交 往。此外，人体是由亿万个分子组成的，所以它不是一个小系统，也不是一个 大系统 ，而是比大系统还大的 巨系统 。这个巨系统的组成部分又是各不相同的，它们之间的 相互作用 也是异常复杂的。所以是 复杂的巨系统 。 ” 实际上，当前的人工智能只使用了人类理性中可程序化的 一小部分 ，距离人类的理性差距还很大，更不要 说初步接近人类更神奇的部分 -- 感性了 ! 钱学森先生是航天领军人物，他跨大学科研究小宇宙却受一些人指责，更不用说中国科技大学原校长朱清时， 2017-06-14 ， 他 在北中医演讲：我用身体观察真气和气脉 ， 却遭到与论的围攻，诸多媒体一片反对之声，笔者不想一一列出媒体和发声者名字 。 中国中医药报 必须指出：总是有少数人把自已不理解的事物说成伪科学，自已也没有研究，把自己祖宗也批了。我们不可能不知道，人类在大宇宙中如同恆河中的一粒沙子，我们每个人在大宇宙中如同微纳观层面，现在研究细胞就是微纳层面，如果没有系统覌，热捧细胞概念，能搞清小宇宙吗？能为小宇宙这一复杂巨系统建模吗？ 朱清时先生说 “气”就受到与论的大围攻。让人奇怪地是，暗物质和喑能量普遍认为没有找到，可是在中科院举办的刋物《科学世界》上标明了暗能量在宇宙中的准确区域，这是根据什么标定的？令人不可思议！在中国科技媒体上，出现如此之大的反差，究竟是为什么？ 钱学森与莫泽夫妇系统观对比 钱学森先生是一輩子从事航天技术的研究，他受命于毛泽東主席和周恩来总理，从事这自动化复杂大系统的研制，完成了我国两弹一星的研制，我们这一代人生在旧社会，长在红旗下，甘当铺路石。我们怀念钱学森先生。钱先生不仅在我国两弹一星研制中作出卓越贡献，是世界所公认。不仅如此，钱先生是跨大学科的提出者、实践者，为我们作出了榜样。他在晚年研究人体科学，从探索大宇宙的航天技术进入生命科学的微观领域的小宇宙，他用系统观提出对小宇宙的认知，这对当今生命科学的研究具有重要的指导意义。奇怪的是一些人却将钱先生研究人体科学说成是他晚年的污点，他们这种观点是站不住脚的。 笔者首先从《 大自然探索 》 2015 年首刊上 ，发现 “大脑中的 GPS ”一文。这篇文章是 较早 解读 2014 诺贝尔生理学或医学奖。 该 奖得主挪威科学家莫 泽 夫妇和美国科学家奥基夫共同发现的 。 该文用 “位置细胞”和“网络细胞”两个概念来说明这一创意。 后来发明者又感到先前的说法不完善，又提出 “ 速度细 胞 ” 的概念。 业内专家对这一发现的点评是： 如果这些细胞发生了特异性病变，例如某些特异性蛋白缺失，会不会发生一些特殊的疾病。老年性痴呆患者，出 现 记忆力和智力病变因素外，会不会这种特殊的感觉细胞也发生了病变，导致不记得回家的路。 笔者从另一视角提出疑问：莫泽夫妇是生物学家，他们跨大学科，从细脆学跨到航天领域和导航学科，认为人脑有 GPS 系统，其实他们对航天技术和导航技术不了解，他们忽略了系统与基夲单元之间有多少层次，这之间是如何链接和相互作用，他们承认对此机理不清楚，是一种假想。问题在于这种跨学科假想缺乏系统覌。生物学家研究细胞、蛋白质、线粒体、分子和原子，基因的目的是想获取对小宇宙的认知 。如果将细胞研究继续 “碎化”，如今可见 1 纳米，将来可能看见比纳米小一个数量级的物质，最后还是《金刚经》所说的，我们无法看到的“微尘”，也是《心经》所述的“色即是空”！我们怎么搞清楚小宇宙？ 北大饶毅教授在谈色一文中，不仅跨学科谈到科学家牛顿对人眼的三问，现在看来这三问是跨学科问题。三百年前没有这么多学科。如今饶毅教授又引用几位诺奖得主在微纳层面的研究，实际上是对小宇宙继续 “碎化”，向深度发展，这种研究缺少小宇宙内的系统性，与莫泽夫妇的研究是相同方向，莫泽夫妇将细胞网络从实体转向虚拟，通过电脑的软硬件完成的，这种做法有没有普遍适用性，是要通过物理学试验验证的。视细胞网络连接就没有六边形之说。 人体内有 GPS 系统吗？这种跨学科解释，应该证明以下几点： 1.GPS 系统运转必须有能源，卫星上用太阳能供电。地面设备用交流或直流电。小宇宙能源系统在哪里？ 2.GPS 系统的卫星与地面终端的联系是利用无线电波传输各种信息，速度是光速。小宇宙内至今都是离子通道，没有无线传输，不可能形成 GPS 系统！ 3.GPS 系统是以多种网络形式控制和运转。小宇宙内映射神经网络能完成吗？肯定不能！ 4.GPS 系统是人为的，不是天然形成的。用微纳层面的神经元能将上述诸因素一 一对号入座吗？如果不能有效证明，又怎么能说明诺奖评定的正确性。 美国洛克菲勒大学化学生物学博士 田禾 在 英国《金融时报》中文网 发表文章 “ 屠呦呦获诺奖背后的三层争议 ”，文中指出： 诺贝尔科学奖项与中国人无缘，是因为西方科学界处心积虑打压中国人。此次屠呦呦获奖，阴谋论终于不攻自破。其实据我所知，大部分欧美科学家并不了解国人对诺奖 “ 求之不得、辗转反侧 ” 的复杂心态，刻意打压真是无从谈起。 作者不否认欧美科学家不了解中国，一方面说明诺奖评议关注中国少，另一方面也说明中国对自己的科技成果评定方法和体制与国际上 有所不同 ，但小宇宙研究是复杂的巨系统研究，应该重视自上而下的研究方式，增强系统分析和多层次关联，以及系统的开放性与大宇宙的相互作用，在各个层面的具体表现和相互联系，不能局限在自下而上无系统关联的研究模式，欧盟脑计划研究中途换帅已有提醒作用。希望国家层面关注生命科学的系统性研究，确立巨系统领军人物，寻求突破，走自己的道路。 如何理解 巨系统 ？ 钱学森先生对人体的论述的关键词：人体，巨系统，开放性，感官，信息交往，相互作用，人工智能。 钱学森先生将 人体 这 小宇宙看成复杂巨系统，这是由许多子系统，例如眼、耳、鼻、舌、身、意感官子系统；再构成大系统，例如免疫系统、新陳代谢系统、经络系统，由大系统组成巨系统，这巨系统异常复杂。这是钱先生用系统覌阐述生命科学，分为四个层次。既强调了巨系统，又强调了这个巨系统的复杂性。如今若对比大、小宇宙，不难发现人类对小宇宙的认知远远不夠，从学科看，现在偏重生物化学、解剖学，基础的物理知识都被边缘化，诸多学科很少介入；例如人体能源系统到底有多少种供能方式，可以供给人体百年自动运行，这个谜至今难解，人体的气血通道与能源系统有什么关联？肉眼可见血液，却看不见吸入的气，也看不见这气在体内的运行通道，西方有名家认为血运行气，而中国中医和练气功的人都认为体内有气感，气沉丹田穴。人体之气可发力至头顶、下巴、臂、肩、腿、脚、手掌诸多部位，这是不争的事实，钱先生从航天跨学科进入生命科学，不被一些人理解，却有少数人用伪科学帽子乱扣，用污点之词批评钱先生。 如今数字技术和网络技术盛行，可是人体这复杂巨系统的数学模型没有现成的，已有的 H--H 方程，在視觉系统中就与麦克斯韦方程矛盾，哪一组方程能反映人体规律，尚无名家发声。如今各学科过分强调计算，已建立的数学模型不能解读诸多问题，这是事实。计算出的结果不经过实验验证就可以以论文形式发表，最突出的例子是人造电磁黑洞研制成功，以为计算结果就是正确的，无须物理试验证明，那暗能量可以以粒子形式穿过地球。怎么证明呢？ 生命科学是系统科学，迫切需要确立像钱先生这样的领军两弹一星的科学家，能夠整合诸多学科，让生命科学研究有重大突破。 人体感官系统的复杂性 眼睛就是一个感官系统，如果看成相机，就不像是个系统。如果不通过系统覌去思考眼睛的构造，只考虑视网膜是细胞、蛋白质、分子，是说不清楚眼球为什么要转动？眼外肌到底怎么能拉动眼球？它的微覌机制、能源机制、同步控制机制是怎么回事？需要自动控制的专家们去研究。用生物化学的知识是不能破解的。另外，这眼球与视网膜之间属于什么系统？该系统怎样完成高分辨率、扫描、跟踪、识别、成像、色觉、意识等诸多功能？用莫泽夫妇的方法将上亿个细胞分类，怎么解释这些功能？！用视经元解释视觉意识怎么可能！ 如果看成接收电磁波的超级阵列扫描天线系统，就由 1.3 亿个单元组成的超级天线，而眼球是梯度折射率透镜，它的转动也是一个超大型分子马达组成的控制系统。两个眼球同步运转，与超级天线组成宽角扫描天线系统，由复杂的神经纤维输入同步控制信号，光感受器的合成由二级细胞网络完成，然后经无足突细胞检波输出电信号。由网间细胞输出反馈信号。这是构造上的复杂性，目前对视网膜上几级细胞的连接及其机理的研究有待深入。 感光细胞的形状、尺寸、间距、分布、视色素的变化、视细胞中的双极细胞、水平细胞、无足突细胞、网间细胞等复杂组合，形成的检波机制、反馈机制，在系统中为何解读其相互关系和相互作用？想用生物化学解释也是不可能的。生物化学家认为近视眼是缺少多巴胺造成，如果用药物补充多巴胺也不能减少近视眼发病率。这样的例子不用多举。我们必须用系统观念思考视觉系统，充分认识其复杂性，增加多学科多视角研究，寻求突破性进展。 眼睛是与大宇宙直接相互作用，又是一个开放的子系统，眼泪是眼睛排泄物，与情感关联，与眼球转动有关联，输入的是日光和雷電等各种光，输出有信息、泪水、眼屎、眼神、眼如電光等，这与人在大宇宙中各种环境影响有关。至今对眼泪的研究都还是个谜？ • 人为什么流泪？为什么哭？ • 盲人为什么也有 “视力”？ • 人眼成像在视网膜上的根据是什么？为什么不成正像，却成倒像？ • 视网膜是细胞量级，眼球是厘米级，二者间隙是毫米级，不同层面的语言不能匹配！缺少系统分析。 • 眼外肌是宏观层面，怎么控制眼球转动？眼球为什么要转动？昆虫眼为什么哪么大，眼睛里无转动部分，这是为什么？现在解释昆虫等复眼机制很不合理？反正它们不会说话，无法搞清楚。以为复眼图像是电视荧屏上多幅图像拼凑的，这种说法不靠谱。 • 感光细胞有几种形状？海陸空各种动物的感光细胞为什么会不同？ • 人眼能接收电磁波应无争议，谁能推翻麦克斯韦电磁理论？谁能证明麦克斯韦电磁理论不能用于微观细胞， H--H 方程不能表达电磁波属性，所有变量都是标量，无矢量！ • 人的记忆与視觉有关，记忆存储在宏观还是在微观？根据是什么？ • 视觉意识是在细胞里产生吗？它是反馈机制，细胞怎么产生反馈机制？ • 眼外肌与视细胞也不在一个层面，互相不匹配！ • 人眼既有宏观也有微纳覌，甚至是分子、原子层级，这之间怎么链接？宏观怎么进入微观？无论是数学还是物理学，我们怎么解读？ 在视觉系统中就有非线性检波，复杂的神经控制网络。如果看成这样的大系统，人的视觉成像不会是倒像；人的色觉问题会迎刃而解； 3 米以外看见烛光的问题也会有解；人眼视错觉也会找到原因……。找到突破口才能体会到生命科学的系统性和复杂性，才能更深入地探索小宇宙。 生命科学的研究是人类长期探索的目标，麦克斯韦发明电磁理论已一百多年，在大宇宙发揮了巨大影响，改变人类的生活，电視、电话、导航、雷达、遥感、航天、测地，现在想在全球找一个地区没有电磁波是很难的事。 遗憾的是，生命科学看不到电磁波理论介入，麦克斯韦 “鱼眼透镜”似乎与生命科学无关，却被人工视觉研究者关注，这些关注大都是计算方法探讨，看方到物理概念的介入。但是电磁波对人体的影响的研究和太赫兹技术的应用推广已露苗头，由于学科边界的限制很难整合，迫切需要在国家层面对生命科学研究的人力和物力进行重新整合，传承我们祖先的科学思维，走中国人自己的创新道路。 人体是复杂的巨系统，由多个大系统组成。细胞和基因只是人体的基本单元，人的视觉成相是由心而生，不是由脑而生，肉眼中的像不在视网膜上。心找不到不等于没有。如果有人能证明心不存在，就等于否定中国文化中很关键的词汇： “相由心生”。现在没有实验证据证明像由脑生。 参考文献 “ 为什么说机器学习不是人工智能？ ” 来源：人机与认知实验室 ， 2018-04-14 12:12 。 人工智能 / 社会科学 / 操作系统 http://www.sohu.com/a/228258509_358040 【独家】朱清时在北中医演讲全文：我用身体观察真气和气脉 ， 原创 2017-06-14 朱清时 。 https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MjEzNTAyMg==mid=2650892591idx=1sn=6d36a252d46e0e373aec1e226a97e316 媒体评朱清时院士的真气论：权威科学家宣讲玄学令人大跌眼镜 ( 图 ) ， 2017-06-13 09:29 澎湃新闻网 http://www.sohu.com/a/148399545_260616?_f=index,recom 关于所谓的钱学森一生的污点 ， 来源： 百度贴吧， 鸟生羽汤 https://tieba.baidu.com/p/3772047919?red_tag=2413317170 中国中医药报 . 杨先碧，“大脑中的 GPS- 指引我们找到回家的路 ”，大自然探索，四川科学技术出版社主办， 2015 年第一期， 52-57 。 . 医学诺贝尔奖获得者发现速度神经细胞 ， 2015-7-17 ， http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14622.html 本文引用地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-41174-906050.html  此文来自科学网孙学军博客 。 小宇宙有 GPS 系统吗？ --- 评议《大自然探索》发表的“大脑中的 GPS ”一文 ， 本文引用地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-862397.html  此文来自科学网都世民博客 。 . 屠呦呦获诺奖背后的三层争议 ， 美国洛克菲勒大学化学生物学博士 田禾 撰稿 ，来源： 英国《金融时报》中文网 ， 2015-10-16 。 钱学森论坛深度会议聚焦强军富国研讨会暨 2018 （第五届）中国军民两用技术应用推进大会在京召开 ， 来源： 中国日报网 2018- 05-18 ： 16:02 ，百度首页。
个人分类: 小宇宙探索|3204 次阅读|0 个评论
都世民科学网博客汇总：(脑/感官/心）
dsm9393 2016-6-21 13:15
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评科学网文科学家找到人类的“灵魂开关” 热度 2 2014-7-11 11:16 本文引用地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-810812.html  此文来自科学网都世民博客，转载请注明出处。 65. 探索“小宇宙”路在何方？ 热度 2 2014-6-15 19:57 本文引用地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-803640.html  此文来自科学网都世民博客，转载请注明出处。 66. 赞脑科学，探索“小宇宙”的奥秘一文 热度 1 2014-6-9 10:33 本文引用地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-801808.html  此文来自科学网都世民博客，转载请注明出处。 67 剖析尚无定论的电磁辐射对人的危害性 2014-5-4 22:09 本文引用地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-791354.html  此文来自科学网都世民博客，转载请注明出处。 注： 应网友建议，将本人学习和探索脑科学的博客汇总在一起，按时间排列，并给出每一篇的链接，以便有兴趣的读者交流。 都世民
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从感官切入研究脑机制
热度 1 dsm9393 2016-1-3 08:38
从感官切入研究脑机制 都世民 本文阐述从上到下，即从宏观到微观层面研究脑机制，这一思路是来自日本学术界，四位作者写的书名是：视听觉信息整合脑机制研究。作者李奇等。由国防工业出版社出版， 2014.5 。 从感官切入研究脑运行机制的方法，与前面博文讨论的建模方法是有区别的。具体不同点在下面讨论中再详细阐述和讨论。 一 . 脑结构 与功能 1.1 脑结构 首先从解剖学出发，阐述脑结构。 脑主要由端脑（上）、间脑（中间）、脑干（中间向下）和小脑（后下方）四部分组成。这里描述脑中各部分的空间位置关系，是按下面方法定位的。在描述脑的方位时，分别用嘴侧（前）、尾侧（后）、背侧（上）和腹侧（下）表示脑的前、后、上、下。脑是所有器官中最复杂的，它是所有神经系统的中枢。【 1 】 1. 端脑 在医学和解剖学上，所说的大脑就是 端脑 ，它是由左右两个半球和基底核构成。 1） 脑一般由 100 亿 -160 亿 神经细胞 和 100 万亿个突触以及比其多 10 倍的 胶质细胞 （ glial cell ）构成，体积占整个中枢神经系统一半以上，重量占全部脑重量的 60% - 70q0 。 2） 大脑半球的表面称为 大脑皮质 ，总面积可达 55000px2 --- 65000px2 ，集中了约 140 亿个神经细胞。 3） 成人皮质上有许多弯弯曲曲的沟裂，称为脑沟 (sulci) ，其间凸出的部分称为脑回 (gyri) 。由于皮质中含有大量的细胞体，所以相对皮质下的主要由 轴突 组成的部分而颜色较深，被称为“ 灰质” ，而皮质下主要由轴突组成的部分则被称为“ 白质 ”。 4 ） 大脑皮质 主要负责较高级的认知活动。神经胶质细胞主要起到对神经元提供结构支持和绝缘，保证神经元间信息传递更为有效。 5 ） 基底核 是大脑深部一系列神经核团组成的功能整体，主要是由尾状核、壳核、苍白球、丘脑底核和黑质组成，可在脑的冠状切面图中清晰看到。基底核的主要作用是运动控制功能。 2. 间脑 间脑位涖于大脑半球下面，包括丘脑和下丘脑。丘脑是感觉传导的接替站，除嗅觉外，其他感觉都要在丘脑中转换后再到大脑。下丘脑位于丘脑的下方，其主要 负责调节内脏的活动和体内物质代谢 ， 和情绪控制也有着密切的关系。 3. 脑干 脑干包括中脑、桥脑和延脑 。 中脑位于间脑、桥脑和小脑之间。 中脑是视、昕运动的反射中枢 ， 并与身体的运动和姿势的维持有很大关系。 脑两半球，里面有大量的纵向、横向的神经纤维束与各脑相连，主要由基底部和被盖部组成。 延脑 在脑干最下端，其功能主要和人的 基本生命活动有密切关系， 如呼吸、心搏、吞咽、肠胃运动、排泄等，因此 延脑也被称为生命中枢 。 4. 小脑 小脑在大脑的后下方，位于脑干的背侧，也分左右两个半球。 小脑与大脑皮质、皮质下神经节、脊髓有许多联系，主要功能是维持身体平衡，并在大脑皮质对身体运动控制中起协调作用。 对大脑结构和功能的细化和深化研究，有利于大脑建模的准确和贴合实际。 应当指出：（ 1 ）大脑分成左右两个半球，看上去左右半球结构相似，呈对称结构， 实际上它们不对称。 形态不对称，大脑功能也不对称。例如，左半球主要负责语言处理、语法表达、抽象思维、细节逻辑分析等；右半球主要与空间认知能力、三维形状感知、音乐欣赏等相关。（ 2 ）有趣的是，通过动物研究发现，大脑左右半球的这种功能划分不是绝对不变的，切断猫和猴子的左右脑连接后，经过训练左脑可以变成右脑的功能，同样右脑也可变成左脑的功能。 杨雄里院士在十年前表述的脑结构与日本学术界说法有较大差别。杨院士所说的大脑结构是左右对称的 两个半球 ，每一半球上 分别有运动区、体觉区、视觉区，听觉区、联合区等神经中枢 。在神经传导的运作上，两半球相对的神经中枢，彼此配合，靠胼胝体的连接发生交叉作用。两半球的 联合区 ，分别发挥左右半球相关各区的联合功能，与解决问题、记忆思考和感觉有关。【 2 】 很明显文【 1 】和文【 2 】的说法有差异。文【 1 】对脑结构阐述得较细致。对功能理解的差异。 1.2 大脑皮质与脑神经 大脑皮质是神经元高度集中的地方，皮质平均厚度为 2. Smm ---3Omm ，它有严密的形态结构和机能定位。皮质由神经细胞胞体密集排列，其下部是由髓鞘化了的神经纤维构成。人的大脑皮层分为 6 个层次：分子层、外颗粒层、外锥体细胞层、内颗粒层、内锥体细胞层、多形细胞层。人的大脑皮层约含有 1 百万 ---2 百万个细胞柱，每一个柱内有 10 ， 000 个左右的神经元。研究证明同一个柱内的细胞具有相同的感觉形式，并有相同的感受。大脑皮层神经元具有生物电活动，因此大脑皮层经常具有持续的节律性电位变化，称为皮层自发脑电活动。大脑皮层中的神经细脯有星形细胞、锥体细胞、水平细胞、篮状细胞、梭形细胞和上行轴突细胞。 1． ）大脑皮层解剖学分区 按照解剖结构上的明显沟裂，可以将大脑的两个半球分成 5 个区 （叶）：额区、顶区、枕区、颞区和边缘叶。 额叶 是大脑发育中最高级的部分，位于中央沟之前。它包括初级运动区、前运动区和前额叶。 顶叶区 域位于中央沟之后，顶枕裂和枕前切迹连钱之前。顶叶的主要作用是响应躯体的感觉、味觉等。 枕叶 位于大脑皮层后部，在顶枕沟的后方、顶叶与颞叶之后。枕叶主要负责对视觉信息的处理，包括对颜色、明度、空间频率等信息进行编码。 颞叶 位于外侧裂之下，额叶的后面，顶叶的下面，枕叶的前面。颞叶的前面部分为精神皮质，主要和人类的情绪和精神活动有关系。海马回钩主要是处理嗅、味觉信息的中枢。 边缘叶 是位于大脑半球内侧面，与脑干连接部和胼胝体旁的环周结构。边缘系统的功能与多种信息处理有关，包括内脏活动、情绪反应、记忆等。 2. ）大脑皮层功能分区 通常，大脑皮层凹陷部分称为沟，突出部分称为回。不同厚度的皮层有着不同的功能。大脑皮层从功能上可分为：位于大脑中央后回的 躯体感觉区 ；中央前回的 运动区 ；枕极和距状裂周围皮质的 视觉区 ；颞横回的 听觉区 ；额叶皮层大部，顶、枕和颞时皮质的其他部分称为 联合区 ， 在大脑皮质的控制下，神经系统才能对骨骼肌进行支配，实现机体的随意运动。研究人员观察到，大脑皮质的某些区域与躯体运动有着密切的关系。 大脑皮质感觉区 主要包括视觉、听觉、嗅觉、味觉以及与躯体感觉相关的皮质区域。 视觉区 ：初级视皮质也被称为纹状皮质，是主要的初级视觉区，通常被称为咀堕。 它主要负责对 颜色、明度、空间频率、朝向、运动等视觉信息进行皮质编码。 听觉区 ：皮质听觉区位于颞上回，靠近颞横回，是听觉信息的处理中枢。 嗅觉区 ：初级嗅皮质位于额叶和颞叶皮质在腹侧的联合处，这个区域的神经元连接到眶额皮质，也被称为次级嗅觉加工中心。 味觉区 ：初级味觉皮质位于脑岛和脑盖中。味觉信息的传导经过面神经、 舌神经和迷走神经的轴突进入脑干，最后到达孤束核，然后更换神经元，再经 由丘脑到达脑盖部的初级味觉皮质。通常将基本味觉按生理角度划分为：酸、甜、苦、咸四种基本味觉，它们是由食物直接刺激味蕾产生的。 躯体感觉区 ：躯体感觉区位于顶叶中央沟后面的中央后回。该区域主要责处理热、冷、触、痛、本体觉等所有来自躯体的感觉。躯体特定部位的感觉；在躯体感觉区有一定的机能定位， 主要包括如下几个特点： ①颈部以下躯体感觉具有对侧性特点，即左（右）侧躯体信息投射在右（左）侧皮质； ② 整个躯体感觉的机能定位呈现出倒立分布的模式，即来自躯体上部的，角息趱麟默帷舨哄遽旧部，来自躯体下部的信息投射到感觉区上部； ③对传递的信息处理所涉及的皮层投射区域的大小，并不是按照躯体器官的大小而定，而是取决于器官感觉的精细和复杂程度，动作越精细，越复杂，皮层投射的区域也就越大。例如嘴唇感觉精细，所以嘴唇的感觉在大脑皮质上占有极大的投射区。 3 ）细胞结构学分区 有些学者对大脑皮质进行了组织学普查，根据脑不同部位的细胞排列和类型、有髓神经纤维的疏密、细胞大小和密度以及皮质厚度等的特征差异，做出人脑皮质的分区图。，不同的举者有不同的分区法，较常用的是 Bmdmann （ 1909 年）的分区法，把大脑皮质分为 52 区，并以数字表示。 二 . 视觉系统的感知 由外部世界产生的各种信息是以不同形式表达的，这些不同形式信息的物理特性是不同的。视觉信息是由可见光表达的。可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，波长的范围在 400nrn- 700nm 之间。光具有波粒二重性，光的特性包括波长、振幅和纯度等。纯度：表示光波成分的复杂程度，它引起视觉的心理量是饱和度。 2.1 视觉的神经通路 视觉是通过视觉系统的感觉器官（眼）接受外界光波的感受。光波作用于视觉器官，使其细胞感受兴奋，信息经视觉神经系统加工后便产生了视觉。通过视觉，可以感知到外界物体的大小、明暗、颜色等信息，至少有 80% 以上的外界信息经视觉获得，视觉是最重要的感觉器官。 2.2 视觉信息是如何产生和传输的？ 视觉信息的传输通路是光线经过眼球最终投射到视网膜上，然后通过视神经传递到中枢神经系统。这一过程主要涉及四级神经元：第一级是视网膜的感光细胞，包括视锥细胞和视杆细胞。第二级为视网膜的双极细胞，其接受视锥细胞和视杆细胞的信号输入，整合后将信号传递给无长突细胞和神经节细胞。第三级是神经节细胞，其接收来自双极细胞的信号输入。神经节细胞的轴突形成视神经，视神经向后进人颅腔，形成视交叉成视交叉后，延为视束。在视交叉中，只有一部分神经纤维交叉，即来自两眼视网膜鼻侧的纤维交叉，走在对侧视束中；颞侧的不交叉，走在同侧视束中。第四级神经元外侧膝状体细胞。 视觉形成过程可表示为： 光线 → 视网膜（形成物像） → 视神经（传导视觉信息） → 视交叉 → 外側膝状体 → 初级视皮质（形成视觉）。 在视觉信息传导过程中至少被 4 类不同的神经元加工过：感光细胞、双极细胞、神经节细胞和外侧膝状体细胞。视觉信息只有传到脑的视皮质，并经过处理、分析，才能形成主观的视觉感受。 2.3 皮质视觉区 确定视觉区有不同的标准：一是用细胞对视觉刺激的反应，但这种标准很难确定一个视觉区起始和终点。也可以采用神经解剖学的方法，但也有些边界是无法划分的。而生理学确定视觉区的标准是测量空间中的信息是如何在皮质某个区域表征的。 在视觉加工的功能特异性方面，视觉信息处理在脑皮层内形成两条通路： 一是枕颞叶通道，主要功能是识别客观物体。 另一个是枕顶叶通道主要功能是与空闻知觉和运动控制有关。 2.4 听觉系统的感知 一、 听觉系统的感知 听觉信息是由声音表达的。声音是由物体振动产生，以声波的形式传播。声波的特性包括振幅、频率、波长等。 1) 对声音响度的感知 听阈：人耳刚好能感觉到声音的声压或声强称之为听阈，听阈对于不同频率的声波是不同。 痛阈：声音如果强到一定程度就会使人耳感到疼痛。最低刺激声压或声强为痛阈。实验数据表明，如果频率为 1 kHz 纯音的声强级达到 120 dB 左右时，人的耳朵就会感到疼痛。因此，人耳对响度的感知是从听阂到痛阈的范围。 2) 对音高的感知 入耳感知音高是通过声波的频率，同响度一样，人耳对频率的感知也存在一定的范围。人耳可以听到的最低频率约 20Hz ，最高频率约 20000Hz ，但人耳最敏感的频率范围是 1000Hz - 4000Hz 。 3 ）听觉神经传导通路 听觉是人们获取信息的重要途径之一，它可以接收来自不同方位的信息。声音是由振源振动并带动周围介质振动产生的。这种声波振动通过外耳和耳组成的传音系统传递到内耳，通过听小骨传到内耳，刺激耳蜗内的纤毛细胞，经内耳将声波的机械能转变为听觉神经上的神经冲动，再由听神经传送到大脑皮层听觉中枢，从而产生主观听觉。称之为听觉的神经通路。 4 ）听觉中枢传导通路可表示为： 听神经 --- → 耳蜗核 --- → 土橄榄核 ----- → 下丘 ---- → 内侧膝状体 ----- → 初级听皮质。 由于听觉神经进入脑内后也呈不完全交叉，故听觉信息向脑内传递也带有双侧性。 2.5 视觉识别的干扰因素 人眼受到多种因素干扰时，会产生视觉掩蔽效应和错觉。具体表现为： 1 ）研究发现，背景亮度变化越剧烈，人眼识别的灵敏度越低。这种现象称作空域的视觉的掩蔽效应。 2 ）人们在看电视、电影的情况下，如果画面突然发生比较大的变化，经过大约 0.5s 之后，视力才会逐渐恢复正常，，这种现象被称作时域的掩蔽效应。 3 ）在亮度变化剧烈的背景上，人眼对色彩变化的敏感程度明显地降低。这种现象体现了亮度信号对彩色信号的掩蔽效应。 4 ）视错觉。是指人眼受到客观干扰或者自身的心理因素影响，对观察物产生错觉。主要包括：线条长度、方向、图形大小和形状的错觉等。 视觉识别受到的干扰与电子系统信息受到的干扰有类似之处。这里对光波特性的讨论比电子系统对电磁波特性的讨论要简单，因此对干扰因素的讨论也就比较简单。 2.6 声音定位及其干扰因素 关于感官的空间感受，除了视觉之外，还能从听觉器官获得，耳朵能提供声音的方向和声音远近的定位，听觉定位也分为单耳和双耳定位。 a ）由单耳所获得的信息，虽不能有效地判断声源的方位，却能有效地判断声源的距离。 b ）双耳对声源远近和方向定位，靠双耳的协同合作才能获得准确的判断。听觉计算的终极目标是双耳信息的整合。不仅能辨认声音内容，还能识别声音的空间位置。 6 ）声音定位的多重因素：主要包括耳间时间差、耳间强度差和相位差三个方面。 a） 两耳间的距离为 375px-450px ，声音到达两耳的时差的最大值约为 0.5ms ，根据声音传人耳朵的时间不同可定位音源的方向。 b） 在一般情况下，声音越复杂，发音的物体就越近。因为一般声音都是复音，复音中所包括的音强弱不同。 c） 低频声音因波长较长，头颅的阻挡作用较小，两耳听到的强度差也较小。这时，判定方位主要靠两耳感受声音的位相差。 同频会对听觉形成干扰。这种现象称为同频掩蔽效应。掩蔽效应指人的耳朵只对最明显的声音反应敏感，而对于不明显的声音则不敏感。掩蔽可分成时域掩蔽和频域掩蔽。在时间上相邻的声音之间存在掩蔽现象，称为时域掩蔽。时域掩蔽又分为超前掩蔽和滞后掩蔽 。一个强纯音会掩蔽在其附近同时发声的弱纯音，这种特性称为频域掩蔽，又称为同时掩蔽。 笔者从央视播放的节目“挑战自我”，盲人陈燕是用听觉定位，自己击掌和发声作声源，关闭一切音响，排除干扰。如果对陈燕进行必要研究，可探讨听觉识别的原理和运行机制。关于视觉和听觉识别机理应该涉及人的思维、意识，例如人找寻回家的路，有感官的定位、识别功能，不考虑识别功能是找不到家的。单纯从神经元分类也是无法找到家的。【 3 】 三 . 视听觉信息整合 3.1 基本概念 在日常生活中，人们都是利用多种感官通道信息（眼、耳、鼻、身、意）即色、香、声、味、触、法等信息。人脑是一个优化的多感官信息融合系统，它能自动的综合来自不同感官通道的信息，对外部世界的事物进行统一感知。这种将不同感官所获取的信息有效的合并为统一、连贯、强健的知觉过程，被称作多感官整合。在人类对外部世界进行精确感知的过程中，多感觉整合起着重要的作用。 人的各种感官将外界不同形式的信息，转化为人脑可以识别的生理电信号。这些生理电信号到达人脑各自的处理区域，进行处理、整合，最终形成了对某一事件的感知。 3.2 视听觉信息整合的理论模型 目前，生理学和心理学对多感官信息整合（包括现象、过程、机制以及规律等），进行了大量的研究，提出了一些多感官信息整合的 理论假设 、 策略和模型 。 Macaluso 等人（ 2005 年）的研究结果发现： 1） 大脑存在专门负责处理单一感官信息和多感官信息整合的 功能特异区 。 2） 多种感官通道信息之间的相互作用，不仅仅体现在单一感官功能区到多感官功能区的 正负反馈连接 。 3） 关于多感官整合是在哪个时间阶段发生尚无定论。这有三种说法： a） 认为整合是发生在感知早期阶段； b） 认为整合发生在晚期阶段，在更高层次才进行整合。 c） 多感官整合发生在多个阶段，相互影响是动态的，即多感觉整合发生在早期阶段还是晚期阶段依赖于得到的信息，一旦来自不同通道的信息在这些多感觉整合相关脑区混合，这些交互的输出通过调整反馈投射到特定感官皮层，而对单一感觉通道的感知处理有反馈调节。 并行整合观点的学者们认为，多感官信息整合发生在多个阶段，相互影响是动态的，即多感官信息整合发生在早期阶段还是晚期阶段，取决于得到的信息，一旦来自不同通道的信息在相关脑区混合，这些交互的输出，通过调整反馈投射到特定感官皮层，而对单一感觉通道的感知处理有反馈调节。 3.3 视听觉信息整合涉及的脑区 人类有多种感觉通道，不同感觉通道之间的信息大都被组合进行整合。对视听觉信息整合涉及的脑区域有以下六个区域： 1 ） 颞上沟。 很多学者研究发现， 颞上沟 的激活强度和多通道刺激事件中不同通道成分问的一致性程度密切相关。 2 ）上丘 不仅和眼动密切相关，同样也接受来自视觉、听觉、触觉信息的输入，而且多感官整合在空间或时间一致的条件下，会使得上丘神经细胞更为活跃。上丘在视听觉信息同步的条件下，表现为显著的促进效应，而在不同步条件下，则出现显著的抑制效应。 3 ）研究者在针对空间关系一致性对多感觉整合相关脑神经机制的影响研究中发现，空间一致和空间不一致的视听刺激所激发的 ERP 波形，在 顶叶皮层后 部存在差异。 4 ）在研究听觉纯音和视觉刺激图形是否同时呈现中发现， 前额区 属于检测视听时间同步性的多感官脑区网络的重要组成部分。 5 ） 视觉皮质 对视觉刺激的反应速度一般在 60ms - 90ms 。而 听觉皮质 对听觉刺激的反应速度一般在 15ms - 20ms ，因此潜伏期的不同成为听觉处理影响视觉处理的基础。 6 ）研究者认为 听皮层 的激活增强是由于看到唇动，可以增强“听”的主观意识。 3.4 视听觉信息整合的影响因素 视听觉信息整合是个非常复杂的过程，它与视听觉信息本身所具有的很多要素有关。影响因素包括：注意力要素、空间和时闯要素、被试的任务要素、信息本身所具有的含义要素等。很多研究证明，注意力能够影响视听觉信息整合的多个阶段。 1 ）时间、空间信息整合不是单独的时间信息整合与空间信息整合的简单叠加，它们在加工处理过程中是相互影响的。当多种感觉通道的信息具有时闯同步或者相同的物理位置，信息之间出现了促进的效应。反之，促进效应将消失。 2 ）被试任务属性不同，视听觉信息加工处理过程是不同的。文【 1 】认为是大脑根据任务特点作出反应。笔者认为是“心”指挥大脑作出反应。要证明这一点是需要志愿者配合进行试验。因为这些影响因素是要思考判断，不是生化反应所决定。 3 ） 信息本身的含义不同，加工过程也随之受到影响。 如上所述，两个感官产生的信息整合会有这方面影响，如果考虑六种感官产生信息的整合受到的干扰就复杂多了。按排列组合的数学概念，会出现 10 种以上影响因素。给脑建模增加了难度。 四 . 视听觉信息整合的分析方法 4.1 反应时间 反应时间是指从接受刺激到机体做出反应动作所需要的时间。也叫反应潜伏期，它包括感觉器官感知刺激所需要的时间，大脑加工消耗的时间，神经传导的时间以及肌肉反应的时间。其中，大脑加工消耗的时间最多。这是分析感官信息整合的重要参数。反应时间可分为 3 类，即简单反应时间、选择反应时间和辨别反应时间间。反应时间作为一种可靠的心理活动指标，可以测定大脑皮层的兴奋和抑制状态，分析人的感觉、注意、学习与记忆、思维、个性差别等各种心理活动。它是客观评价心理过程的主要测试手段之一。 4.2 竞争模型与同激活模型 大量研究证据显示，在同时呈现的多个感觉通道信息完成任务时，被试的判断会更加准确、响应也会更快速。对于多感觉通道信息加工优势的解释，存在两个模型：竞争模型（或单独激活模型）和同激活模型。竞争模型认为在加工多感觉通道信息的过程中，不同的通道信息在分离的通道中被分别加工，多感觉信息加工的优势源自于统计便利。 根据概率论，如果双通道信息的加工符合竞争模型，那么对于双通道刺激的反应不可能快于两个单一通道刺激的反应中最快的一个，也就是说在给定的时间范围内，对双通道刺激做出反应的概率小于或等于两个单一通道刺激条件下做出反应的概率之和。而同激活模型成立时，其玄关系相反。因此，在视听觉信息整合实验中，我们可以通过同激活模型检测，验证多通道信息加工优势是否来源于脑内多通道信息的整合加工处理。 4.3 视听觉信息整合的 ERP 分析方法 事件相关电位（ event - related potentials, ERP 。）是在 EEG 的基础上针对特定事件提取的脑电信号，一般是指外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部分，在给予刺激或撤销刺激时，脑区引起的电位变化。 如果多感觉信息整合符合同激活模型，那么大脑将存在专门加工多感觉信息的脑区，且该脑区只在多种感觉信息同时呈现时才被激活。通常利用的分析方法是找到对多感觉刺激的响应大于单感觉刺激的响应之和的激活脑区或成分，作为多感觉信息加工相关脑区或成分。 视听觉信息整合的 ERP 分析为例，则有如下等式成立： ERP(A x V Interactions)=ERP( AV) - 【 ERP(A) + ERP( V) 】 如果只考虑视觉和听觉两个信息整合，视听觉信息整合相关的 ERP 成分，可以通过视听觉信息 (AV) 诱发的 ERP 与单独听觉 (A) 、单独视觉信息 (V) 诱发的 ERP 的和之间的差波计算得到。 五 . 问题与讨论 1. 文【 1 】是从感官切入研究脑的运行机制，以视觉和听觉为中心，先从解剖学结构出发，比较细致地阐述了感官与脑神经系统的链接，也就从宏观到微观的跨越，在分析中以电流作为感官信息的载体。没有引入网络的概念。 2. 这里所述的建模方法引入多感官信息整合的概念，与其同时也考虑了感官信息之间的相互作用，提出了干扰的概念。 3. 通常人们说的感官包括眼、耳、鼻、舌、身，然而对第六感官的理解有多种说法。佛学《金刚经》明确指出六种感官：眼、耳、鼻、舌、身、意 . 。文【 1 】只介绍了眼、耳两种，在脑结构和功能方面也提到其它感官。 4. 关于视觉感官的理解，文【 1 】所述的概念比较简单，实际上眼的功能比文【 1 】所述要复杂得多。 佛学将“眼”功能对应为“色”，它分为：表色、无表色、极微色、极迥色四种。 1） “有表色”，指世界上的光色，青、黄、蓝、白、黑，以及长、短、高、矮、地、水、火、风等，是可以表示出来的。 2） “无表色”是属于精神方面，是抽象的，没有办法表示。肉眼看不见的电磁能、核能等。 3） “极微色”，是指微纳层面的分子、原子、细胞、神经元等，需经仪器设备方能看见，故称为极微色： 4） “极迥色”，是指大宇宙中极远地带，称之为极迥色。 5） 感官眼与“心”相连。【 4 】 5. 感官信息整合与脑关联，提出反应时间概念，多感官时信息整合比单感官反而快，引入竞争模式。使用的数学工具是概率论。 6. 文 【 1 】的方法使用了现有脑电波的测试方法，将脑电波内含更加具体化。这种研究方法与复杂的电子系统分析有所不同，比如雷达是通过电磁波传输信息，载波的属性包含频率、极化、波形及调制、带宽、功率等，单脉冲天线差波束如同两只眼睛，通过和差波束比较确定观测目标位置。通过波束扫描实现大空域观测。雷达观测距离比人观测距离大很多，因为辐射电磁波功率大得多。笔者在想，脑运行机制研究与电子系统之间应该可以借鉴。关于详细的实验和分析在以后文章中再作讨论。 参考资料 【 1 】 李奇等著，视听觉信息整合脑机制研究，北京：国防工业出版社， 2014.5 。 【 2 】访中国科学院上海生理研究所杨雄里院士 2000 年第 5 期（新版第 15 期） Newton - 科学世界， P32-35 。 【 3 】 眼见为实 眼不见也为实 ， ---- 探索耳与心脑科学研究 ， 本文引用地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-934574.html  此文来自科学网都世民博客， 【 4 】南怀谨，金刚经说什么，复旦大学出版社。 【 5 】陈有国，黄希庭，尹天子，张锋．时间知觉的理论模型与展望，西南大学学报， 2011 ， 37(5): 26 -33 ． 一
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虚拟感官享受时代即将来临？
outcrop 2013-4-25 15:35
虚拟的感官享受与刺激，在科幻电影中较为常见，比较典型的如《未来战警》； 不过今天发现，这类虚拟产品，似乎已经开始走入我们的生活了，看视频，Durex的： 但问题是，网络安全专业人士tombkeeper表示，这类设备虽然可能出现touch之外的全套设备，但其安全性堪忧。 延伸阅读 杜蕾斯发布遥控振动内衣Fundawear
个人分类: 计算机应用技术|4110 次阅读|0 个评论
鼻子里的孤儿
热度 4 Lewind 2012-4-12 13:20
（本文系科学松鼠会“孤独专题”稿件，已发表于科学松鼠会群博。） 细胞表面的探测器 　　人们常常惊叹于大脑的神奇。然而，即便是最聪慧的头脑，如果不能从外界获取任何信息，也同样无法做出有价值的思考。真正让我们头脑内的意识与外面的物质世界相联系的，是我们的感官。 　　眼可视、舌可尝、鼻可嗅。这是妇孺皆知的常识。还有相当多的人知道，具体实现这些功能的是视网膜上的视细胞、味蕾表面的味觉细胞，以及鼻粘膜上的嗅细胞。可如果再深入探究的话，究竟这些细胞有什么特别之处能让它们成为身体的探测器呢？ 　　其实，这些感官细胞与身体里的其它细胞相比，最特别的地方不在于形态或基因，而在于一种分布在细胞膜上的特殊蛋白质，统称为GPCR（G蛋白耦连受体，G protein-coupled receptor）。它们就是感官细胞表面直接接受外界信号的探测器。 　　嗅细胞表面的GPCR与气味分子结合之后，它的形态就会发生改变，科学家称之为构象变化（conformational change）。举个不一定恰当的例子，我们的口腔空间可以有很多种不同的形状，但如果在嘴里塞上一块很大的蛋糕，口腔改变形状的余地就很小了。GPCR就是一种柔性极强的蛋白质，而与气味分子的结合恰好能在一定程度上改变并限制GPCR的形态。 【小分子与GPCR的结合】 　　味觉相关的GPCR工作原理与此类似。视觉相关的GPCR工作原理要稍微复杂一点。光线并不能直接让蛋白质改变形态，但可以激发某种小分子的化学变化。视觉GPCR结合了这种光敏小分子，而这种小分子的化学变化最终还是会引发GPCR的形态变化，殊途同归。 　　值得一提的是，这种与视觉GPCR结合的重要小分子是由维生素A稍加修饰得到的，而维生素A基本就是半个胡萝卜素。看，胡萝卜素几乎是我们能够看到光线的决定因素。当然，还有很多其它蔬菜也含有胡萝卜素，只是没有胡萝卜含量这么高罢了。 刚柔并济的GPCR 　　你或许会问：GPCR的形状变化就能让我们闻到气味、尝到味道、看到光线吗？的确，故事还没有讲完。 　　传说中，女娲以七彩石补天，才有了我们的生存空间。倘若你能缩小到细胞里面向外观望的话，你看到的细胞膜上的GPCR也会是七块补丁。绝大多数GPCR都有七根像柱子一样穿过细胞膜的螺旋状结构。因此，七次跨膜是这类GPCR的统一特征。作为一个穿膜而过的蛋白质，GPCR有位于细胞外的部分，也有位于细胞内的部分。气味分子改变的正是嗅觉GPCR胞外部分的形态。 　　凡事都有两面性。GPCR结合小分子的过程体现了它的柔性，而它也有刚性的一面。GPCR穿膜而过的七根螺旋柱就是相对比较结实的结构，不易发生形变。当气味小分子钻进七根螺旋柱之间的时候，这种力量会导致GPCR在细胞内的部分也发生形态变化，正所谓“牵一发而动全身”。 【GPCR穿过细胞膜的7根螺旋】 　　GPCR在细胞内的部分平常结合着一种叫做G蛋白的蛋白质，GPCR的名字也是由此而来。当GPCR的形态发生改变之后，就失去了与G蛋白的结合能力。由此释放出来的G蛋白又会触发细胞内一系列的生化反应。最终，这个细胞就会引发相应的神经电信号，让我们的大脑知道自己闻到了这种气味。 　　虽然科学家对GPCR形态改变的过程有个大概的了解，但并不知道其中的细节。直到去年夏天，在太湖之滨的古城苏州，由美国著名的冷泉港实验室主办的冷泉港亚洲会议上，GPCR研究领域的领军人物Brian Kobilka以会议报告的形式首次宣布，他的研究组获得了GPCR结合G蛋白的三维结构。人类第一次“看”到了两者是如何相互作用的。 384种气味 　　对于GPCR这种探测器蛋白来说，准确性是最为重要的。假如你鼻子里的某些嗅觉GPCR既能与芳香烃结合，又能与硫化物结合，那么你很可能会把一个臭屁当成是花香。 　　在生物学上，接受其它分子的蛋白质被称为受体，而被接受的分子则被称为配体，两者之间准确的一对一关系被称为特异性。显然，GPCR有着相当高的特异性，保证我们不会把苦的当成甜的，也不会把臭的当成香的。 　　由于GPCR存在这种特异性，所以我们所拥有的嗅觉GPCR的种类就决定了我们能够闻到的气味种类。就目前的研究来看，人类拥有384种有功能的嗅觉GPCR。也就是说，我们大脑从鼻子接收到的嗅觉信号不会超过384种。你会不会觉得太少？的确，我们在这一点上比其它哺乳动物同类差了太多。实验室里的小白鼠就拥有1194种嗅觉GPCR，远远超过了我们人类。 　　哺乳动物之所以拥有出色的嗅觉，是因为哺乳动物的祖先最早生活在爬行动物称霸的世界，只能趁着晚上冷血动物体温降低的时候出来活动。在视觉无法发挥作用的黑夜，敏锐的嗅觉更有助于捕猎或逃脱猎捕。 　　当然，嗅觉的好坏并不完全取决于GPCR的种类。比如鼻粘膜的浸润程度也是个关键因素。越湿的鼻粘膜越能溶解更多的气味分子，提高嗅觉GPCR与气味分子结合的机率。况且，我们对周遭世界的感受并不是探测器的原始信号那么简单，还有大量由神经系统完成的加工与整理。所以我们实际能闻到的气味数目似乎远远多于几百种。 　　此外，嗅觉是可以训练的，比如香水公司雇佣的职业调香师都经过长时间的专业训练，嗅觉强于普通人。嗅觉也可能随着身体状态而发生改变，比如孕妇就有着比平时更敏锐的嗅觉。这大概能带来一些进化上的优势：在行动不便的情况下，更早发现敌人也就能更早逃脱。 【健康的狗鼻子总是湿润的】 没有配体的孤儿 　　你一定很想知道，人类到底能闻到哪384种气味分子？遗憾的是，科学家们也无法回答这个问题。目前只有不到10%的嗅觉GPCR的配体是明确知道的。对于剩下的那90%配体未知的嗅觉GPCR，科学家给它们起了个很有爱的名字：孤儿受体（orphan receptor）。而寻找它们配体的过程则被称为“脱孤”（deorphanization）。 　　实际上，孤儿受体并不是嗅觉GPCR所独有的现象，因为GPCR不仅仅只是感官探测器而已。除了视觉、味觉和嗅觉GPCR以外，在我们身体中很多其它细胞的表面也存在着GPCR。不过，这些GPCR的配体不再是来自外界的分子，而是来自我们体内的分子，比如大大小小的各种激素。然而，对于相当一部分GPCR，我们并不知道它们所接受的激素是什么。 　　从GPCR最初被人类所认识开始，孤儿受体就如影随形地相伴左右。1986年，科学家第一次发现了GPCR蛋白。最早被发现的是视觉GPCR，以及β肾上腺素受体。后者是我们的身体能够对肾上腺素做出迅即反应的根源之一。 　　此后于1987年被发现的第三种GPCR就是一种孤儿受体。不过仅仅过了一年，科学家们就找到了它的配体——5-羟色胺。如果你喜欢读心理学的科普文章，应该对这个奇怪的名字不陌生。在我们的神经系统中，5-羟色胺扮演着重要的角色。 　　随着上个世纪末人类进入了基因组时代，通过基因分析发现了大批的GPCR，却无法知道它们的配体，也就诞生了更多的孤儿受体。这其中就包括我们鼻子里的那三百多种嗅觉孤儿受体。 艰难脱孤路 　　相较之下，脱孤之路却是漫漫无期。从5-羟色胺之后，下一种成功脱孤的GPCR等待了七年之久。为了纪念脱孤的不易，这种新发现的配体干脆直接被命名为孤儿素。 　　为什么脱孤之路如此艰难呢？主要还是因为我们身体中的化学物质太多太复杂了。除了多肽、核酸、蛋白这些生物大分子，还存在着各种各样的有机或无机小分子。如果要找到与某种蛋白质相互结合的另一种蛋白质，科学家还有些办法，比如免疫共沉淀或者酵母双杂交。但如果要找到与某种蛋白质相互结合的小分子，科学家就真没有什么太好的办法了。更何况，我们甚至还不知道人体内所存在的全部小分子的种类。 　　对于嗅觉GPCR来说，事情变得更麻烦了。体内GPCR的配体至少还是身体内的物质，总算有个范围。嗅觉GPCR的配体则来自大自然，寻找起来更是无从下手。如果说寻找体内GPCR的配体就像是在游泳池里捞针，那么寻找嗅觉GPCR的配体则是真正的大海里捞针了。 　　不过，给孤儿受体脱孤也并不是死路一条。虽然没有一条捷径，但总还是有笨办法，那就是大面积排查。如此一来，就需要投入更多的人力、物力、财力，不是科研机构所能够负担的了。 　　好在，制药公司适时地加入了这场躲猫猫的游戏。随着1996年以后各大制药公司财大气粗的投入，孤儿受体脱孤的研究也正式进入了工业化的轨道，大大提高了速度。到目前为止，除了感官GPCR以外，我们体内的400余种非感官GPCR中，已经有多一半找到了相应的配体。 G联盟 　　制药公司为什么会对GPCR如此感兴趣呢？那是因为，在我们所吃的西药当中，相当一部分是给GPCR“吃”的。 　　对细胞稍有了解的人都知道，细胞膜是一道非常奇妙的屏障。一般的化合物很难穿透过去，包括各种药物在内。所以，很多的药物其实是结合于细胞表面的蛋白上来发挥作用。这些与药物结合的蛋白质被称为药物靶点，简称药靶。 　　GPCR是药靶之中最为重要的一大类。有些药物结合GPCR之后，细胞就得到了一个虚假信号，误以为GPCR结合到了相应的配体。我们称这种药物为激动剂。还有一些药物能够与GPCR紧紧结合在一起，阻挡真正的配体与GPCR结合，被称为拮抗剂。 【阻断β肾上腺素受体的心血管药物比索洛尔】 　　根据2006年的一项统计，市场上销售的超过两万种药物中，45%是作用于某种GPCR上。在华尔街评选出来的最具商业价值的20种药物当中，有12种是与GPCR结合的。比如前面提到过的β肾上腺素受体，能够阻断它结合肾上腺素的拮抗剂药物有四五种，年销售额总计高达200亿美元。 　　GPCR在制药公司眼中的重要性，由此可见一斑。每一家制药公司都希望能找到下一个可以大赚特赚的超级药物，GPCR无疑是最值得重视的药靶，而GPCR中的孤儿受体又无疑是GPCR中的处女地。谁能够率先为某种孤儿受体脱孤，谁就有更大的机会开发出以之为基础的新药。 　　中国在电子时代没能在世界上占据先机，那么生物时代呢？至少在GPCR相关的医药研发中，我们已经行动起来了。去年，国家专注于基础科技发展的“973”计划新确立了两个与GPCR相关的项目。其中之一的主要目标就是为GPCR中的孤儿受体脱孤。 　　受这个两个项目的带动，更多的资本和制药企业也投入进来，与研究机构共同组成了中国自己的GPCR研究及产业化体系——“国家级GPCR新药创制联盟”，简称“G联盟”。就在几天前，在太湖之滨的另一座美丽城市无锡，G联盟召开了启动会议，正式宣告成立。或许，让我们的身体里不再有孤儿受体的日子已经不远了。
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艺术与感官
热度 1 tonybean 2011-11-12 21:44
上帝创造人类，为了让人类不至于无聊，赋予人类两个体验艺术的感官：视觉与听觉。人们欣赏艺术作品，或通过眼睛（绘画、雕塑、摄影），或通过耳朵（音乐），或视听联用（电影、戏曲）。窃以为，用眼睛欣赏的和用耳朵欣赏的艺术是很不一样的。 绘画、雕塑等作品，可以从构图、色彩、意境等方面去欣赏（我对这类艺术没什么感觉）。每个人可能会有不同的评价标准，例如对毕加索的画，有人认为这是现实中不可能拍摄出来的，很特别，有人觉得这画的是神马东西啊！又比如穿衣服，有人喜欢追求怎么搭配才够吸引，有人觉得怎么穿都无所谓，够保暖和遮羞就行。再比如一个吧，情人眼里出西施，你们懂的。总之，用视觉欣赏的艺术没有统一的“好”与“不好”的标准或所有人比较一致的喜好；艺术家可能会有比较一致的评价，但不懂艺术的普通人可能怎么评价都有。 音乐作品，则只要播放出来，就立马能感受旋律悦耳程度、和弦协和程度，乐曲基本感情色彩也能很容易分辨个大概，而且是所有人会有比较一致的结果。而音乐家比普通人突出的是知道为什么好与不好，怎样变得更好等等。至于不同人对不同创作人或不同类型的音乐作品有喜恶之分，大多是因为心里喜爱或排斥那个人或那类型的作品，或者先入为主地觉得某一些作品是完美的，其他都比不上。 其实，眼睛看和耳朵听的艺术，分别是由两种波动作为载体的。眼睛接受电磁波的刺激，传到大脑产生视觉；人类能感受的波长范围是380-760nm，动物也差不多，是因为太阳光谱在这个范围最强，促使动物都在这个范围内进化。耳朵接受声波的刺激，传到大脑产生听觉；人类能感受的频率范围是20-20000Hz，但不同动物有较大的差别，鲸能听到次声波，蝙蝠更是能收发超声波，这可能是由于不同动物自身特征和生活方式不同，从而进化出差异的听觉能力。电磁波对人体基本不产生动力作用（宏观的），光从颜色（波长）搭配看一个作品好不好，不同人就会有不同的看法，何况其他更主观的内容。声波能使耳膜振动，从和声（频率）配置听一个作品，耳膜一振动就知道好不好了。电磁波是横波，除了传播方向，电场和磁场振动方向都和传播方向垂直的，加起来一共三维，看上去就很复杂，让人欣赏作品也有很复杂的结果。声波是纵波，在介质中传播时，振动方向和传播方向一致，加起来才一维，简单直接。 还有一种艺术形式，叫做文学。文学作品可以按照和视觉、听觉的相似关系，分成两大类。小说和散文就如同绘画和雕塑，读着这些作品，人脑中会出现一幅场景，但是不同人可能会有不同的景物，欣赏景物也就会有不同的评价。诗歌就如同音乐，读这些作品，只有“读”出来，才算真的读，因为诗歌之所以成为诗歌，是因为有格律性（平仄、押韵），否则只是一般文字分几行写罢了；而“读”出来的诗歌，就相当于唱出来了。 我觉得，偏感性的人会对绘画、小说散文等作品有很多的思考，而偏理性的人会对音乐或诗歌作品更有感觉。搞科研的人大多是偏理性的，大家是否更喜欢听音乐？而科学家兼艺术家的，我知道得较多的是兼诗人，比如苏步青，又如周其凤校长；而科学家兼美术师的不多吧，我知道的有摄影家曹大侠。 就扯着这么多吧，以上内容如有雷同，纯属独立创作。
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