人类的大脑是个微型生物发电站

文／刘 勇

自然界中的很多生物自身能放电，比如说电鳗鱼在捕食的时候，其瞬间放电电压可达到350V。我们人类自身也有三种生物电，比如心脏跳动的时候会有生物电压产生叫心电，被医院用于测量心电图；运动时肌肉也能产生生物电，被用于运动技能的研究；与我们的行为、精神状态最紧密的当属脑电了，脑电被用于脑部疾病侦测，以及精神方面的认知行为疗法，用于增强我们的脑认知能力，改善身心的健康。

脑电是怎么产生的呢？我们需要从大脑的神经元讲起。

神经元长啥样

我们的大脑皮层中有多达800～1000亿个神经元。

神经元有两大组成部分，细胞体（直径约5-100微米）和围绕着细胞体伸展出来的组织（突起）。按其形状又分为树突和轴突两种。树突像沿着细胞体长出的树枝分叉一样，轴突则像一条长长的小辫子拖在细胞体上，长度从几微米至1米不等，有的甚至可从神经中枢延伸到我们的躯体中。

这1000亿个神经网元链接在一起，并组成不同的神经功能网络分布在不同的脑区，比如与我们视觉和听觉有关的视觉神经功能网络、听觉神经功能网络等。大约形成100万亿个链接关系，这种链接实际上是为了传递信号。

神经元之间是怎么传递信号的

一个神经元的轴突与另外一个神经元的树突进行“链接”，神经信号（神经冲动）经过轴突传递给下一个甚至多个神经元的树突，且这种信号传递是单向的。

需要强调的是，神经元之间的“链接”并不是物理意义上的树突与轴突贴合在一起，而是通过叫做“突触”的部位实现信息传递。轴突末梢与树突之间存在大约20-30纳米的间隙，叫做突触间隙。用显微镜观察轴突和树突链接的地方，可以在末端发现有一些呈球状或杯状膨大的组织，被称为突触，其由突触前膜、突触后膜、突触间隙组成。

突触前膜位于发送信息的神经元轴突的末端，内有囊泡、线粒体等物质，囊泡存贮着神经递质。

突触后膜位于下一个接受信息的神经元树突的前端，突触后膜表面有一些凸出的组织，被称为受体，受体是一些特殊的蛋白质，吸收神经递质。

突触间隙是突触前膜与突触后膜之间的间隙，存在Ca2+、Na+/K+等离子，神经递质也穿越其中。

突触后膜如何形成电位差

提到神经递质，相信很多人都听说多巴胺、肾上腺素、5-羟色胺等，多巴胺可以抑制人的冲动行为，肾上腺激素可以让人在遇到危险的时候快速反应。

当一个神经冲动沿着上一个神经元的轴突到达突触前膜，Ca2+进入前膜与囊泡结合，囊泡的裂口就会被打开，囊泡内的神经递质就释放到突触间隙中。间隙中的神经递质被下一个神经元树突（突触后膜）上的受体接受，并与其中的蛋白质发生化学反应，使得突触间隙中的某些带电离子可以进出突触后膜，从而在突触后膜上形成电位差（电压）。

理解了突触的组成部分及生理机制，我们就基本了解了脑电成因。由此可见脑电不是我们通常意义上的电线内的电流，而是在神经冲动沿着轴突传递的过程中，神经细胞先产生了生物化学反应，进而控制带电离子在后突触膜内外的流动，最后在突触后膜形成电位差。

脑电的应用

学术上的脑电分为多种类型，与测量神经元放电的位置及放电时刻有关，比如有动作电位、静息态电位、事件相关电位等，而公认的被用于医学及认知治疗领域的脑电就是“后突触电位”。

在医学上，医师通过监测脑电图作为诊断脑部疾病的重要参考。比如癫痫患者和病毒性脑炎患者的脑电图会夹杂一些非正常的“棘波”、棘慢波。

脑电除了用于诊断疾病，也被用于学生认知能力（核心素养）教育。比如“脑波拔河”就是一个脑电反馈训练项目，学生头戴脑波仪跟随训练系统的引导，与各种小动物开展注意力拔河比赛，只有调动大脑的主动注意意识才能战胜小动物，且每次训练都会形成评估报告，老师据此分析该学生的注意力状态。

另外，脑电也用于身心健康的调节，比如通过脑电系统，可以测量出焦虑水平、心理调适能力等，并提供个性化的训练课程，被用于辅助治疗考前焦虑、失眠障碍、应激障碍等问题。