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編者按：2023年5月起，“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”學(xué)習(xí)平臺(tái)與中國(guó)科學(xué)報(bào)社聯(lián)合發(fā)起“科學(xué)家回信”活動(dòng)，邀請(qǐng)廣大讀者向自己心中向往尊敬的科學(xué)家、科技工作者提問(wèn)、留言。活動(dòng)啟動(dòng)后，“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”“科學(xué)網(wǎng)App”收到了讀者的踴躍留言。我們精選了讀者劉家寧的提問(wèn)，請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所副研究員王波發(fā)出第七十三期手書(shū)回信。
以求索之問(wèn)激發(fā)科學(xué)探討，以互動(dòng)回應(yīng)碰撞科學(xué)新知，“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”“科學(xué)網(wǎng)App”愿成為公眾與科學(xué)的信使，歡迎你進(jìn)入“向科學(xué)家提問(wèn)”小程序提問(wèn)、留言。
讀者劉家寧：前輩您好，請(qǐng)問(wèn)人的大腦產(chǎn)生的思想是細(xì)胞之間的共同作用嗎？為什么會(huì)產(chǎn)生思想？
王波：首先，第一個(gè)問(wèn)題的答案是確定的。大腦產(chǎn)生的任何活動(dòng)，包括所有的生理和精神活動(dòng)，都源自于一個(gè)明確的物質(zhì)基礎(chǔ)——組成大腦的上百億個(gè)神經(jīng)元和數(shù)量更多的支撐神經(jīng)元的膠質(zhì)細(xì)胞等的共同作用。
對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，局限于目前人類對(duì)大腦工作機(jī)制的認(rèn)識(shí)程度，當(dāng)前還無(wú)法給出完整、準(zhǔn)確的答案。大腦產(chǎn)生思想，或者說(shuō)產(chǎn)生意識(shí)、產(chǎn)生思維、產(chǎn)生智慧，是已知的最為復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程。這一過(guò)程至少可以劃分為兩個(gè)部分：一個(gè)部分是大腦作為物質(zhì)世界中的生物器官的生理和生化過(guò)程，主要涉及神經(jīng)元細(xì)胞的放電和代謝，以及電信號(hào)在神經(jīng)元之間的傳遞，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接的建立與激活；另一個(gè)部分則是大腦活動(dòng)最獨(dú)特的部分，即精神世界的形成和活動(dòng)過(guò)程，我們稱之為大腦的認(rèn)知功能。
大腦的認(rèn)知功能活動(dòng)包括：一、將物質(zhì)世界的能量（信息），如聲音、光線、氣味、溫度等，轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元電信號(hào)并傳遞到特定大腦皮層進(jìn)行初級(jí)加工的感覺(jué)功能，包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和體感；二、獲取物質(zhì)世界屬性和特征并表達(dá)于大腦中的知覺(jué)功能，包括注意、記憶、情感等認(rèn)知過(guò)程；三、建立大腦精神世界與物質(zhì)世界進(jìn)行交互作用的意識(shí)活動(dòng)，最終產(chǎn)生我們既熟悉又陌生的復(fù)雜的思想過(guò)程。
大腦擁有約860億個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞，加之它們之間的突觸連接，數(shù)量可達(dá)101?之多，是已知銀河系恒星數(shù)量的1000倍。這860億個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞在無(wú)法想象的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中利用電信號(hào)和化學(xué)信號(hào)進(jìn)行信息傳遞，最終形成奇妙的思維和認(rèn)知過(guò)程，從而指導(dǎo)我們的行為與決策。雖然還不能對(duì)該過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確刻畫(huà)，但毋庸置疑的是，我們利用現(xiàn)有科學(xué)手段，可以觀察和記錄到大腦活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的多種信號(hào)，如腦電波、微磁場(chǎng)，以及代謝引起的血流、氧氣和微量化學(xué)物質(zhì)的變化，均反映了思想在大腦中的涌現(xiàn)和流動(dòng)。
欲揭示大腦為什么和如何產(chǎn)生思想的奧秘，涉及多個(gè)前沿交叉學(xué)科領(lǐng)域的工作，包括神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)，甚至計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)等。希望您持續(xù)關(guān)注對(duì)大腦的科學(xué)研究，更希望您加入對(duì)大腦的科學(xué)研究，一起探索我們每個(gè)人都擁有的星辰大海。
責(zé)任編輯：賀治瑞
