大脑的发育——我们头上的“基建强国”

出品：科普中国

作者：王飞（神经科学博士）

监制：中国科普博览

自2000年起，每年的9月16日被定为“中国脑健康日”。随着人类健康意识的提高，脑健康也逐渐引起了大家的重视。然而，我们许多人其实并不了解这一核心器官，关于大脑的发育与功能，我们也是满脑疑问。

大脑：你真的了解自己身上的这个器官吗？

为什么人和人之间的智商差异会如此之大？拥有最聪明大脑的爱因斯坦，他的大脑真的比一般人的大脑要多出一块吗？

爱因斯坦

（图片来源：Veer图库）

其实，从解剖的角度来讲，人和人的大脑并不存在很大的差异。脑的运作受到精细调控和多重制约，以至于任何一个相对较大的差异都将是致命的。而我们每个人之间的差异，更多是大脑发育速度不同造成的。

有的人脑子长得快点，从小可能是小神童；而有的人脑子长得慢点，可能总是反应迟钝。

但无论是聪明的人，还是愚笨的人，他们的大脑发育都是一个漫长而复杂的过程，比现在人类社会的任何工业流程都要复杂且精细。

其实，我们的大脑也是一个“基建强国”。它的发展速度可以说是人体组织里最快的。下面我将说说大脑发育的四个特点，听完这四个特点后，大家来评价一下我们的大脑到底能不能赢得“基建强国”的称号。

发育漫长：总体时间长，进行项目多

首先，大脑发育的第一个特点就是漫长。注意，漫长不是慢，是总体时间长，进行的项目多。

与其他动物不同的是，人类的大脑需要经过近十几年的发育和学习的过程，才能成为一个独立的大脑。相比于生下来就会奔跑的小鹿，或者是刚孵出来就会唱歌的小鸟，我们人类真的是太“晚熟”了。

胎儿脑部发育

（图片来源：Veer图库）

我们都知道，人类的大脑是个多功能的器官，不仅要收集信息，还要支配运动。不仅有语言的发育，还需要思维的训练。

仅拿我们学习语言的过程就来举例，我们就可以感受到大脑发育的漫长过程。

婴儿在两个月时就开始咿呀学语，可是这仅仅是个开始，是大脑开始指挥肌肉进行发声。在今后长达数年的学习中，人类还需要记住很多的名词，知道它们的发音。可仅仅“蹦单词”是不够的，一个人要想准确地表达自己的想法，还得积攒很多的阅历，总结很多的经验。如果再想学会文字，与他人交流思想，从小学到中学数十几年的教育都不够。

在这漫长而复杂的大脑发育过程中，基因和环境这两个因素，时时刻刻在影响着每个独特大脑的形成。

DNA三维结构模型图

（图片来源：Veer图库）

从怀孕到出生，再经过十几年的发育过程，每个人经历的外界环境千差万别。大脑在每个阶段接收到的外界刺激也是不同的，这也就导致了我们每个人大脑的不同。

发育规模：小小脑袋里的巨大工程

其次，大脑发育的规模巨大。人脑的发育过程之所以十分漫长，就是因为人脑的发育是一项巨大的工程。这项工程和建造航空母舰，或者是载人登月计划来比，都有过之而不及。

虽然这一过程仅仅局限在我们小小的脑袋里，但是直到现在，还没有哪个国家能够模拟这项工程的百分之一。这项工程既涉及到细胞的分化，还涉及到细胞的迁移，不仅是不同结构的组合，还是复杂信息的控制。

简单来说，大脑的发育就像北方的一项传统艺术——吹糖人。

吹糖人

（图片来源：Veer图库）

胚胎上表面背侧的细胞层发育成一张饼，称为神经板。出生十四天时，神经板逐渐折叠成神经管。到了二十五天时，神经管像是被吹了气的糖人，出现了三个膨大的球，后面分别发育成前脑、中脑和后脑。

有了这些基本机构，剩下的就是精修了。前面膨大的地方被捏出一对小的突起，之后发育成眼睛。后面细长的管子逐渐发育成脊髓。脑和脊髓构成了中枢神经系统，外周神经系统则是由脑和脊髓发出的控制肢体和内脏运动的神经纤维。大脑向肢体发出数百条神经纤维，它们和肌肉、感受器建立联系。

胚胎发育过程

（图片来源：Veer图库）

直到胎儿出生的那天，大脑其实还在不停变动之中。脑的生长，在六个月时才达到成人的一半，一岁时达到百分之六十，两岁半时达到百分之七十五，六岁时达到百分之九十，直到十岁时才和成年人一样。

从一个受精卵细胞，到成年人大脑里的140亿细胞。这工程好比让全地球的人再去火星上建设一个新城，不仅每个人居有其屋，还得有交通运输、物资供应等。实际上，大脑的发育可比建一个新城要复杂多了。

发育剧烈：一到一百亿的飞跃

再次，大脑中细胞发育的另外一个特点就是剧烈，或者说是快。因为这一巨大工程的主要工作是在短短几百天里完成的。

人体任何一个器官的发育都没有脑的发育那么剧烈。在从受精卵到出生的十个月时间里，神经元的数目从“一”变成接近“一百亿”。

而且这不仅仅是数目的变化，这些神经元还需要相互连接，构建一个复杂的信息网络。这个网络甚至比现在的互联网都要复杂。试想一下，大脑中的神经网络就像我们每个人手里拿着几百部手机要和地球上所有的人不停地沟通，这是一幅多么壮观的景象啊！

神经元

（图片来源：Veer图库）

我们再来看一组数据，或许更加直观。

胎儿大脑中每一秒钟就会有四千多个神经细胞出现，而且在一平方厘米的范围内，每秒会有三万个突触连接形成。这个速度是现在任何互联网传播都达不到的。

其实从一个婴儿的成长也能看出来，短短几年时间，从对这个世界一无所知到像个“小大人”一样什么都懂。这可比现在的机器人学得快多了！

这里面信息的输入、智能的建立、结构的不断更新、大脑各种复杂功能的建立，都可以用“一日千里”来形容。

人脑中的神经网络

（图片来源：Veer图库）

大脑的发育还有个关键期，在这一期间，大脑快速发育，学习任何东西都更快。一旦错过了这个关键期，那我们学习同样的东西，获得同样的功能，就需要数倍的努力了。

在关键期内，大脑内发生巨大的变化，神经细胞树突棘发生了修剪，数量从不断上升变为下降。大脑内的细胞也不是一直增多的，还有一些细胞在发育过程中主动死掉了，这个过程称为细胞程序性死亡。

发育复杂：不断更新的强可塑性

最后，我们来看下大脑功能发育的另一个特点：复杂。

不要惊叹瑞士手表如何精密，在方寸之间就能放下数千个零件。也不要对跑车复杂的发动机大为震撼，它们与大脑的复杂性与精密度相比，只能算作一块大石头。

可以说，人类大脑是世界上最为复杂的机器，就连小小苍蝇的脑子，我们现在的巨型计算机都不一定是它的对手。

刚才我们说了，发育成熟的大脑里有大约140亿个神经细胞，而每个神经细胞上又有数百个突触，这些细胞通过突触和其他细胞进行沟通。

要完成一个简单的动作，往往需要数十个细胞的进行工作，神经细胞可以通过电信号或者化学信号来传递信息。数十个细胞形成一条环路，叫做神经环路。

连接的神经元环路

（图片来源：Science）

人类大脑里的神经环路，比电脑里的电路要多得多，而且每条环路还能根据环境的变化而进行变化。这样看来，我们的大脑又像一个城市里的道路网了，纵横交错、密密麻麻。

而更加让我们难以想象的是，大脑从小到大都在变化，这种大脑因外界环境的变化而产生改变的现象叫做大脑的可塑性。

也就是说，大脑会像塑料一样，被环境捏来捏去，会不断改变其结构和功能，进而完成不同的任务。

这就是为什么大脑比现在的任何机器都要复杂，因为人工的机器一旦被制造出来就很难再进行改变了，只能维持原有的功能。而我们的大脑一直在改变，结构也在发生改变，功能从而得到更新。

结语

通过了解大脑的发育，我们会惊叹其精细的过程，发育完全的大脑就像一个烧制完成的精美瓷器，不允许我们进行一点改动。

也可以说，我们每个人头上的大脑就是一个互联网，每天都有不计其数的信息在神经元之间交流，形成世界上最为复杂的网络结构。这样的杰作，不是任何人工制品能够媲美的，其构建过程中漫长、巨大、剧烈和复杂的程度足以使其称得上“基建强国”。