科學家回信|王波：人類大腦產生思想是已知最復雜生物學過程

編者按：2023年5月起，“學習強國”學習平臺與中國科學報社聯合發起“科學家回信”活動，邀請廣大讀者向自己心中向往尊敬的科學家、科技工作者提問、留言。活動啟動后，“學習強國”“科學網App”收到了讀者的踴躍留言。我們精選了讀者劉家寧的提問，請中國科學院生物物理研究所副研究員王波發出第七十三期手書回信。

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讀者劉家寧：前輩您好，請問人的大腦產生的思想是細胞之間的共同作用嗎？為什么會產生思想？

王波：首先，第一個問題的答案是確定的。大腦產生的任何活動，包括所有的生理和精神活動，都源自于一個明確的物質基礎——組成大腦的上百億個神經元和數量更多的支撐神經元的膠質細胞等的共同作用。

對于第二個問題，局限于目前人類對大腦工作機制的認識程度，當前還無法給出完整、準確的答案。大腦產生思想，或者說產生意識、產生思維、產生智慧，是已知的最為復雜的生物學過程。這一過程至少可以劃分為兩個部分：一個部分是大腦作為物質世界中的生物器官的生理和生化過程，主要涉及神經元細胞的放電和代謝，以及電信號在神經元之間的傳遞，神經網絡連接的建立與激活；另一個部分則是大腦活動最獨特的部分，即精神世界的形成和活動過程，我們稱之為大腦的認知功能。

大腦的認知功能活動包括：一、將物質世界的能量（信息），如聲音、光線、氣味、溫度等，轉化為神經元電信號并傳遞到特定大腦皮層進行初級加工的感覺功能，包括視覺、聽覺、嗅覺、味覺和體感；二、獲取物質世界屬性和特征并表達于大腦中的知覺功能，包括注意、記憶、情感等認知過程；三、建立大腦精神世界與物質世界進行交互作用的意識活動，最終產生我們既熟悉又陌生的復雜的思想過程。

大腦擁有約860億個神經元細胞，加之它們之間的突觸連接，數量可達101?之多，是已知銀河系恒星數量的1000倍。這860億個神經元細胞在無法想象的復雜網絡中利用電信號和化學信號進行信息傳遞，最終形成奇妙的思維和認知過程，從而指導我們的行為與決策。雖然還不能對該過程進行準確刻畫，但毋庸置疑的是，我們利用現有科學手段，可以觀察和記錄到大腦活動時產生的多種信號，如腦電波、微磁場，以及代謝引起的血流、氧氣和微量化學物質的變化，均反映了思想在大腦中的涌現和流動。

欲揭示大腦為什么和如何產生思想的奧秘，涉及多個前沿交叉學科領域的工作，包括神經科學、心理學、認知科學，甚至計算機科學、材料科學等。希望您持續關注對大腦的科學研究，更希望您加入對大腦的科學研究，一起探索我們每個人都擁有的星辰大海。