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一次一个细胞:神经元、灰质与白质

把神经系统放大来看,你会发现它不是一张无缝的网,而是由无数独立细胞挤在一起。来认识神经元学说,并弄懂为什么成束的“电线”看上去是浅白色,而成群的细胞体看上去是灰色的。

是人群,不是一张网

想象你俯瞰一座挤满人的体育场。从远处看,人群像一整块铺开的彩色毯子。但走近一点,毯子就化成了成千上万个独立的人,每个人都有自己的座位,消息靠一只手传给另一只手。神经系统就和这片人群一模一样。可是在很长一段时间里,没人能确定这一点。

在十九世纪末,科学家把神经组织放到显微镜下,看到的是密得不可思议的一团乱麻,活像一张熔成一体的网——丝丝缕缕焊成了一整片。许多人相信,大脑真的就是一个连成一体的巨大团块。但真相是“体育场”那个答案:大脑是一片由独立细胞组成的人群,每个细胞都是一个微小的信号单元,叫做神经元。

神经元学说

胜出的那个想法,就叫神经元学说,它是现代脑科学的奠基性洞见。它认为神经系统由许多彼此独立的细胞构成,神经元之间靠把信号传过微小的缝隙来交流,而不是融为一体。每个神经元都是自己围起来的一个独立单元——是体育场里的一个人,而不是网里的一根线。

这场争论是怎么定下来的?西班牙解剖学家圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔用了一种奇特的银染法——它由他的对手卡米洛·高尔基发明——出于至今仍说不太清的原因,这种染色法只把切片里少数几个细胞染黑,其余的都留作看不见。于是,眼前不再是密不透风的乱麻,卡哈尔突然看到寥寥几个细胞干干净净地凸显出来,每一个都有清晰的起点和终点。它们没有相互融合。它们是一个个独立的个体。

放大来看的灰与白

现在再缩回去看。如果大脑是一片由细胞组成的人群,那么这些细胞成堆地聚在一起时是什么样子?每个神经元都有两个截然不同的部分:一个圆鼓鼓的细胞体(负责存活与决策的那部分),以及一条又长又细、把信号送出去的纤维,这条纤维常常裹着一层富含脂肪的白色鞘,让信号跑得更快。当你切开脑组织,这两个部分会堆积在不同的位置——而且它们颜色不同。

细胞体聚集的地方,组织看上去是粉灰色——这就是灰质,是做出决定的处理区。而富含脂肪的纤维成束聚在一起、负责把信号传向远方的地方,组织看上去苍白而有光泽——这就是白质,是把一个区域连到另一个区域的布线。灰质是办公室,白质是办公室之间的线缆。

  cell bodies (decide)        fibers (carry)
  ●●●●●●●●●●●●●           ═══════════════════
  ●  GRAY MATTER  ●  ───▶  ═  WHITE MATTER  ═
  ●●●●●●●●●●●●●           ═══════════════════
     pinkish-gray              pale & glossy
      "offices"                  "cables"
同样的神经元,分处两个区域:细胞体构成灰质,它们成束的纤维构成白质。

给这些细胞团起名字

细胞体并不是均匀铺开的;它们会聚成一个个局部的团块,就像人群里的一个个街区。解剖学家给这些团块起了名字——而有趣的是,名字只取决于这个团块待在哪里。同样的一团细胞,长在脑和脊髓里面是一个叫法,长在它们外面就是另一个叫法。

  1. 在脑或脊髓(中枢神经系统)里面,一团细胞体叫做核团——比如脑干深处的那些细胞团。
  2. 在中枢神经系统外面,完全同一种细胞团叫做神经节——就像沿着你脊柱排布的那些小小的中继站。
  3. 一束纤维也照样有这种“里外之分”:在中枢神经系统里面叫传导束,在它外面叫神经

这一切为什么重要

一旦你把神经系统看成一群独立细胞、分门别类地聚成团块与线缆,神经科学的其余部分就纷纷各归其位了。细胞体会聚成一个个有名字的团块,正是功能定位的物质基础——也就是那个发现:不同的工作(看、动、记忆)住在不同的、可以指认出来的地点,而不是同时弥漫在每一处。

又因为神经元是一个个分立的单元、靠把信号传过缝隙来交流,它们就能被接成一条神经环路——一支由细胞组成的小团队,专门干一件具体的活,比如在你还没感到疼之前,就把手从滚烫的炉子上猛地抽回来的那条回路。下一课,我们就来追踪这条回路。