大腦一日遊

Posted By Mr. Thursday

在提到「探索人類的大腦」以及「神經元與動作電位」之後,本篇要和各位簡單介紹一下人類大腦的構造。之所以要認識我們的大腦,出發點是在於人工智慧想要在機器上實現人類的智力。最早的方法,就是人類利用「反省思考」的能力,來發現自己。然而這個方法有時候會有些問題,舉例來說:小時後我們也許想要觀察,我們是怎樣子睡著的?我們怎樣子從清醒、變成睡眠狀態?結果隔天醒來,發現自己又沒有看到睡著的那一剎那了。因此,現在有各種觀察儀器出爐,像是磁核共振、電極錄下神經的電位變化、以及基因工程等方法。今天就重點介紹大腦一些重要的區域,並提供相關的圖片和影片,讓各位可以對我們的大腦,有個基本的印象了!下面是人類的大腦的示意圖:

 

大腦的區域

首先介紹一下大腦的區域。我們以前可能有學過,人腦分為大腦(cerebrum)和小腦(cerebellum)以及腦幹(brain stem) 。在上面的圖我們還可以看到藍色的部分,下方和脊椎相連的部分就是腦幹,中間藍色的部分有一個半橢圓形的地方,叫做胼胝體(corpus callosum),是連接左腦和右腦的主要部分。

大腦則是由灰質和白質所形成,大約劃分成四個葉(lobe):Frontal Lobe(額葉)、Parietal Lobe(頂葉)、Temperal Lobe(顳葉)、和Occipital Lobe(枕葉)。不管中文或英文,看完以後可能還是不大明白這四塊區域,因此先給各位下圖來對照(右邊是額頭的方向):

功能上來說:額葉(Frontal Lobe 紅色區域)掌管人類決策、計畫、和個性頂葉(Parietal Lobe 咖啡色區域)掌管身體知覺和空間知覺顳葉(Temperal Lobe 綠色區域)和聽覺、視知覺、以及記憶有關。枕葉(Occipital Lobe 黃色區域)則是有視覺訊號處理的區域。每個葉上面又有各個大腦皮質(Cortex)區域。以前我們可能學過有些區域負責知覺、有些區域負責運動,在19世紀的時候有一位德國的神經學家Korbinian Brodmann把皮質依照功能劃分成52個區域,我們只要大概看看有哪些區域就好,有興趣的讀者在詳細研究,下圖為Brodmann’s area

 藍色是視覺相關的區域,白色是和認知功能相關的區域,粉紅色是運動相關區域,值得一提的是,黃色和橘色是和語言能力有關的區域:Broca’s AreaWernicke’s Area。Broca’s Area如果有傷害,文法和組織複雜句子的能力會受到影響,Wernicke’s Area如果受傷,則語言的理解和意義的理解會有問題,造成說出來的句子有一些無意義的字出現。

舉例來說(Wikipedia所提供的例子)

Broca’s Area受傷的人可能會說的話

“Yes… ah… Monday… er… Dad and Peter H… (his own name), and Dad…. er… hospital… and ah… Wednesday… Wednesday, nine o’clock… and oh… Thursday… ten o’clock, ah doctors… two… an’ doctors… and er… teeth… yah.”

Wernicke’s Area受傷的人可能會說的話

I called my mother on the television and did not understand the door. It was too breakfast, but they came from far to near. My mother is not too old for me to be young.

除了上面大約的分類(四個葉)以及詳細的分類(Brodmann’s Area),還有人做了大腦主要的感覺皮質和運動皮質與身體部分的對應圖(homunculus):

 左邊是感覺皮質區域和身體的對應,右邊是運動皮質區域和身體的對應。我們可以發現到,臉部手掌手指,不管是感覺或是運動,都佔了比較大的部分,這也表示說,我們對於臉和手部的感覺比較敏銳細緻,運動的控制也是臉部和手部比較多。如果把這個比例作成原來身體形狀的模型,會發現我們其實有兩張大手掌,和相對比較小的身軀:

大腦皮質劃分這些(Lobe)和皮質(Cortex)區域,然後胼胝體、杏仁體(Amygdala: 掌管情緒處理)、海馬迴(hippocampus: 和長期記憶有關)、以及基座的部分(basal ganglia)和丘腦(Thalamus: 將訊息轉送給不同的大腦皮質區,也和植物人的清醒有關)。這就是我們神奇的大腦!

我們大腦是如此的複雜,當我們細看每一個神經細胞,動作電位和相關機制如此的複雜。當我們用大體的結構來看,也有如此多不同的部分要認識,而且不同區域之間還有一定程度互補的功能,讓我們的大腦可以禁的起輕微的傷害而繼續運轉。也許上面一堆名詞都無法一時記得,那麼看看圖片有個印象也好。只要以後提起大腦,我們有下列印象,就很好了!

  1. 大腦大約劃分成四的區域,四個葉(Lobe)
  2. 葉上面有好多個大腦皮質區(Cortex)負責各種功能
  3. 這些功能主要有「知覺」和「運動」以及人類獨有的「語言」能力
  4. 大腦皮質包在外面,中間還有演化上比較早出現的區域,像是有名的杏仁體(Amygdala),掌管情緒功能,在EQ那一本書中也有提到杏仁體。

對於有興趣研究大腦功能的人來說,如果要研究視覺,則枕葉( Occipital Lobe)就很重要。如果要研究人類記憶,則包在裡面的海馬迴(hippocampus)就很重要。如果是研究人類的計畫決定能力,則額葉(Frontal Lobe)就很重要。對於計算神經的研究來說,這一切也只是個開始,之後還有電腦模擬,並且要試著提出數學模型來解釋,人腦如何從架構上的複雜性變現出具有智力的行為了

最後提供一段影片,是Memphis University Hospital對一位腦部腫瘤的病人進行腦部手術
[googlevideo=http://video.google.com/videoplay?docid=6342788379330262056]
他們先清除掉病人的癌細胞,然後把一個裝有放射性的袋子放到病人腦部中作放射線治療。影片總共有1小時長。各位可以看到活人的腦部,以及手術室的氣氛。不管前面文字敘述各位有沒有了解或興趣,這個影片或許可以看看了!

參考資料

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