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第155章 大脑的 “精打细算” 与信息传递奥秘

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在全球科研多元化发展的浪潮里,华夏在偏向技术、工程和应用的学科领域一路高歌猛进,取得了令人瞩目的成绩。

然而,基础学科的探索却如同逆水行舟,相对薄弱。

但千万别瞧了基础学科,像脑神经工作机理这类研究,那可是理解求生意识等生命现象的关键密码,正悄然成为科学界聚焦的热点。

这不,关于脑神经工作机理与最自由能、意识产生诱因的研究,已在世界范围内如火如荼地展开。

夜幕笼罩着城市,灯光透过斑驳的树叶,洒在骁睿的窗前。骁睿坐在堆满书籍的书桌前,手中的笔无意识地转动着,对着电话那头的洛尘急切地问道:

“洛尘,你这基础学科的研究,和咱们现在探讨的求生意识,会不会有着千丝万缕的联系呢?就拿脑神经工作机理来,要是研究透彻了,不定能让我们从根源上重新认识生物的求生意识。”

此时的骁睿,眼神中满是对未知答案的渴望,脑海里不断翻腾着各种关于生命与意识的疑问。

洛尘在电话那头的书房中,手指轻轻敲击着桌面,沉思片刻后回应道:“骁睿,你这想法可太有前瞻性了。

从当下的研究趋势来看,脑神经工作机理和求生意识联系紧密。

想象一下,大脑就像一座超级智能城市,里面住着数十亿个‘居民’—— 神经元。

这些‘居民’通过像道路一样的突触连接在一起,形成了一张极为复杂的网络。

从专业角度讲,神经元通过突触连接形成的复杂网络即神经网络,其高效信息处理机制是大脑功能实现的基础。”

骁睿忍不住惊叹:“哇,原来大脑的结构这么奇妙!那这些神经元具体是怎么传递信息的呢?”

洛尘接着:“当生物感知到危险,就好比城市收到了紧急警报,这个警报(外界刺激)通过特定的‘道路’,被快速传递到城市的各个‘部门’(大脑区域)。

我们要是能搞清楚警报在传递过程中,各个‘部门’是如何被激活、又怎样协同工作,促使生物做出逃跑、防御等求生行为,那就能弄明白求生意识在大脑中是如何被激发和调控的了。

先给你讲讲这脑神经工作机理。

大脑里数量庞大的数十亿个神经元,通过突触实现电信号与化学信号的级联传递,就如同城市里的快递网络,神经元是各个快递站点,突触则是连接站点的运输路线,外界刺激就像寄件需求,信息通过这条‘快递路线’在大脑这个‘大仓库’里层层传递和处理。”

骁睿追问道:“那这个传递过程具体是怎样的呢?听起来好复杂。”

洛尘耐心解释:“一旦外界刺激传入大脑,信息便沿着这一通路层层推进。

比如,当眼睛看到危险场景,眼睛里的光感受器就像仓库的收货员,把光信号转化为神经冲动,然后通过视神经这条‘快递专线’,传递到大脑的视觉中枢这个‘信息处理中心’。”

骁睿突然坐直身子,眼睛一亮,好奇地插了一句:“等等,洛尘,那视觉中枢具体怎么处理这些神经冲动呀?是像电脑处理数据一样有固定的流程,还是更复杂些?”

洛尘清了清嗓子,继续:“在视觉中枢里,神经元依据复杂的神经编码规则对信息进行分析与处理,可不是像电脑那样简单的 0 和 1 的运算。

每个神经元就像一个智能处理器,它们根据自身的特性和连接关系,对传入的神经冲动进行筛选、整合。

而且大脑不同区域分工明确,额叶(主要负责高级认知功能,如决策、情感调控等)像城市的决策中心,颞叶(主管听觉、记忆等)则如同城市的信息储存库。

这些脑区通过神经纤维束相互连接,协同完成各种生理和心理活动,这就是脑神经工作机理的大致情况。”

骁睿眉头紧皱,脸上写满了困惑,连忙追问:“哇,太复杂了!那这和最自由能又有啥关系呢?洛尘,你再讲讲最自由能是个啥概念。我怎么也想不明白这两者之间的关联。”

洛尘耐心解释道:“最自由能原理在生物学领域那可是意义重大。

从物理层面来讲,自由能是系统可对外做功的能量。在生物体内,细胞和组织的各类活动都需要消耗能量,而大脑就像一个特别耗电的‘超级工厂’,遵循最自由能原则。”

骁睿惊讶地提高了音量:“大脑居然这么耗能,那它是怎么遵循最自由能原则的呢?难不成大脑也懂得‘节约用电’?”

洛尘笑着:“简单来讲,大脑就像一个精打细算的管家,在处理信息、维持神经活动时,会像管理家庭开支一样,尽可能高效地利用能量,减少不必要的浪费,保证整个身体‘家庭’的能量平衡。

比如,神经元在传递信号时,细胞膜上的离子通道就像管家手里精准的水龙头,会依据电化学梯度精准控制离子进出,以最的能量代价完成信号传递。”

骁睿疑惑地问:“电化学梯度是什么,它怎么影响离子通道控制离子进出的呢?这听起来太专业了,我感觉自己的脑袋都快跟不上了。”

洛尘详细解释:“从专业视角而言,电化学梯度是指离子在细胞膜两侧的浓度差以及电位差的总和。

离子通道会根据这个综合的电化学梯度,精准地决定哪些离子该进入或离开神经元。这种基于电化学梯度的离子通道调控机制,是维持神经元电生理特性稳定以及神经信号精确传递的关键所在。

就像有研究表明,在大脑进行复杂认知任务时,相较于耗能较高的随机神经活动模式,遵循最自由能原则的有序神经活动模式能使大脑能耗降低约 30% - 40%,同时保证信息处理的高效性 。

你想想,这是不是很神奇?大脑在悄无声息中就完成了这么精密的能量管理。”

...

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