本文内容来自北京市科学技术协会主办、北京科学中心承办、北京科技报社协办的首都科学讲堂。讲堂每周邀请院士专家开讲，传播科学知识、科学方法，弘扬科学精神、科学文化，促使公众全面、正确理解科学。
作为人体最重要的结构之一，大脑一直是科学家们不懈研究的重要领域。我们的行为到底受什么控制？新的灵感如何诞生，旧的记忆又储存在哪里？小小的果蝇作为实验动物和前沿的脑科学领域又有怎样千丝万缕的联系？历史上有哪些诺贝尔奖是与果蝇有关的？
本期首都科学讲堂邀请中国科学院生物物理研究所脑与认知国家重点实验室副研究员杨郑鸿，带领公众走近不一样的脑科学世界。
主讲嘉宾：
杨郑鸿
中国科学院生物物理研究所脑与认知国家重点实验室副研究员
眼见真的为实吗？
眼见真的为实吗？我们来看一下年获得最强视觉欺骗奖的一个非常著名的视错觉图片——施罗德的楼梯。
我们最开始看这个楼梯是从左上到右下，但当图片旋转了度之后，它的方向并没有颠倒！我们眨一下眼睛，它又变成了从左上到右下，就好像没有发生过旋转一样。是不是非常有意思？用很简单的方法激起了大脑的错觉，是一个典型的视错觉图片。
原理解释起来比较复杂，简单地说，就是大脑认为它是一个楼梯，但实际上它只是由黑线和白线组成的图案。这个图案在我们脑海中留下一个楼梯的印象，当图案旋转后，给大脑一个缓冲，它就回到了原来的印象。
除了视错觉，在生活中，还有很多我们大脑被欺骗的现象。那么问题来了：都说眼见为实，可是什么才是真正的“看见”呢？我看见的，真的就是现实生活当中的吗？
在回答这个问题之前，我们再来看两个非常有意思的病症：皮层盲和安东综合征。
皮层盲症状是上大学时候，教授讲授给我的，它完全地激起了我对神经科学和脑科学的兴趣，甚至让我走上了科研的道路。它有意思的地方在哪呢？顾名思义，皮层盲看不到东西。确实有这么一些病人，他们看不见东西。医院检查之后，医生发现这些人虽然盲了，但他们的视网膜、角膜、眼球结构、视神经等全都没有问题，但就是什么都看不见。
直到有一个医生发现，这些病人在面对“眼前”白纸上的复杂图案时（三角形、圆形和正方形），竟然有50%或者更大的概率，回答正确他随手指到的白纸上任意一个图案。
经过研究才发现，原来这些“盲人”并不是看不见，而是他们不知道自己能看见。他们的眼睛能够接受面前的图案的视觉信息，他们大脑的初级皮层也能接受到电信号。但是在他们大脑的高级皮层，却没有去对这些视觉信息进行处理反馈，即他们自己是不知道自己能看见的。但如果你让他们去回答的话，这些信号还是在大脑中留有一些痕迹，他们还是有极高概率回答正确的。
所以，从皮层盲现象来看，其实我们很难说清什么是真正的“看见”。
下一个病症叫做安东综合征。安东综合征和皮层盲的病人正好相反，他们是真的盲了，但是他们不知道自己看不见，却能表现得好像完全能看见一样。
如果你邀请患有安东综合征的病人一起看世界杯，他可能会和你积极讨论球传给谁了，谁进球了，你会发现他说的是完全错误的，但是他自己不知道其实他什么也没有看到。
关于这个病症，目前研究得还不是非常透彻，科学家们还不知道到底是大脑哪个神经出现了问题，但很大可能是视觉和意识语言相关的神经。这类人群看不见的这个情况，他们自己是无法在意识或语言表达层面接受的。
这是两个非常有意思的病症，解释了我们看见和看不见之间，其实是有比较模糊的关系的，并不是像我们第一时间认为的那样——看见了就是看见了，看不见就是看不见。
人类大脑每时每刻处理的信息实际上非常有限，只有注意力所在的地方，才是我们大脑进行处理的地方——你在意哪些事情，大脑才处理哪些事情。比如我们眼中真正注意到的东西，实际上比眼睛视野范围内的东西要少得多。以人类为例，高等动物常常会出现这样的“大脑节能”现象：如果所有信息都需要大脑进行完全处理的话，我们日常的注意力就会太分散了，很多工作我们就完不成了。所以，我们只需要把注意力放在需要这个认真对待的事物上就可以了。比如说写作业或者工作的时候，我们的注意力会专注在学习或工作上，而不用去考虑该进行怎么样的呼吸频率，身体血管要怎么收缩……这些都被“节省”掉了。所以，人类的意识也是一个非常重要的功能，是脑科学重点研究的方向。
带你认识脑科学
那么，到底什么是脑科学？脑科学研究的重点领域方向又是哪些呢？接下来让我们一起了解。
狭义的脑科学可以理解为神经科学，是对神经进行研究的一大类科学。研究的对象就是我们的大脑，重点内容包括了大脑结构以及大脑功能，就是大脑长什么样子，大脑神经之间是怎么连接的，我们都能用大脑来做什么，还有关于大脑产生的心智、意识等认知科学的研究。
功能上，大脑分为基础功能和高级功能。基础功能包括了我们对世界的感知和知觉——我们能看见、听见，能感受温度高低和其他人的触碰；包括了学习记忆——每天学习的新知识、身边朋友们的名字、回家的路线等；也同时包括了情绪、情感、注意、选择等感情及决策。
几乎所有的动物都具备基础脑功能，但还有一些高级功能仅限于高等动物的范畴。比如共情能力、同情心这些一般低等动物是不具备的，而一些高级猿类、人类才能做到“感同身受”。还有我们的意识和社会合作行为等也是比较高级的功能，可以进行自主学习，可以和小伙伴一起共同完成一件事情，也是高等动物行为的能力之一。
科学家们研究大脑的最终目的，就是去理解大脑是怎样工作的。我们可能了解大脑的很多功能，但它到底是如何运转的，我们几乎还不知道，或者说知道的非常少。
为了理解大脑怎么工作，脑科学研究领域中就有两个非常关键的问题。大脑皮层可以划分不同的脑区，大脑的不同脑区负责着不同的功能：有视觉皮层负责视觉，有嗅觉皮层负责嗅觉，还有负责运动、语言、情绪的。这些不同的功能，大脑是怎么一一实现的，是我们需要回答的第一个关键问题。
第二个关键问题是大脑的神经网络是怎样工作的，它的工作原理又是什么。什么是神经网络？就是说一个脑区之内单个神经元之间建立的连接。比如说负责视觉的脑区里有非常多的神经元，它们之间是怎样排列组合的，谁跟谁连着，谁在谁的旁边，相互间的信息又是怎么传递的。这是我们研究神经网络的一个层次。另一个层次是大脑不同脑区之间是怎么联系的，举个简单的例子，我们在运动时，负责运动的脑区要和人体哪个“部门”进行配合？首先，为了更好地运动，至少要和负责视觉的脑区进行配合。那么，这两个脑区之间是怎么配合的，它们之间的神经连接又是怎么样的，也是在脑科学中需要回答的另一个关键问题。
脑科学的研究方向有很多，概括来讲，当前重点研究方向分为两个。第一是如何预防和治疗大脑的疾病。比如自闭症、智力障碍、双向情感障碍，甚至精神分裂、阿尔兹海默症等。
第二个重要方向是人工智能。人工智能方向细分也有很多领域，比如我们希望计算机能具有像人类大脑一样的功能，甚至未来在某种程度上能够模拟代替我们的大脑。还有一个是脑机融合，把人脑和一部分的机器（可能仅芯片大小）进行结合，从而共同完成一些非常复杂的任务。大家可以想象一下，如果有一天，我的大脑中被植入一块芯片，它储存着世界上所有的物理、数学、化学公式，答题的时候我就可以像计算机一样，从芯片中调取相关记忆。
不知道大家听说过“三磅宇宙”吗？三磅的重量大约相当于三瓶矿泉水，这个重量也是人类大脑的重量。虽然仅有-克，它却是人类所有智慧的来源，像宇宙一样复杂浩瀚。而对大脑结构和功能的探索和了解，可以说将是人类认识自我和认识世界过程中最复杂的挑战之一了。
脑科学这个挑战，一直吸引着无数科学家去探索，也包括你们这些未来的小科学家去接踵而至地进行研究。
神奇的小生物——果蝇
下面，我们来认识一种神奇的小生物——果蝇。作为一个非常好的神经科学的模式生物，科学家们使用果蝇来研究脑科学。截至目前，实验室的“无冕之王”果蝇已经帮助科学家们共赢得了6次诺贝尔奖。
不知道大家观察过家里吃剩的水果没有？比如说隔夜的西瓜皮、香蕉皮上，有时候会萦绕着一些小飞虫，这些小飞虫大多数情况下就是果蝇。
和哺乳动物不大一样的是，果蝇雌蝇的体型会大一些，雄蝇的体型会相对较小一些，果蝇宝宝从一颗卵中诞生发育和长大。整个发育过程被称为变态发育。什么叫变态发育？就是和小蝌蚪长成小青蛙一样，果蝇小时候的样子和它长大以后的样子也完全不一样。
果蝇的幼虫形状有点像大米粒，但比大米粒还要小不少，体长仅1-2毫米。这时候的它没有翅膀，没有脚，也没有大眼睛，就是一个小虫子。经过3-4天的发育，它会变成一个*色的像大米粒一样的蛹。在蛹的时期，幼虫体内所有细胞都会消失，变成营养物质从而服务于二次发育，最后破蛹而出的才是我们见到的果蝇成蝇。
成熟的果蝇长啥样？它的身体分为头部、胸部和腹部；有6只足（腿），前中后共3对；还有一对翅膀。通过显微镜的放大图片，我们可以清晰地看到果蝇的五官。首先映入眼帘的就是它这一对无法忽视的大眼睛。它的眼睛上面细看有很多小的凸起，其实这每一个小的凸起都是一只单眼，一共有-只左右，组成了一对大的复眼。这个复眼，和我们有什么不一样？
人类视网膜正中间的细胞密度最高（成像最清晰），所以当我们想看什么东西，一定是从正前方的角度去盯着它看。除了