1000亿个神经细胞—大脑的化学世界

脑和神经组织总共不过占体重的1/40左右，但它们是体内功能最高级的系统，由它们所控制的生理功能也最多，因此成为一个十分复杂的科学课题。机体内，各器官、各系统的功能活动为什么能互相紧密联系又互相制约、互相协调呢？为什么在一定的外界环境条件下，机体能通过对功能活动的调整，取得内外环境的相对统一，运动和平衡的相对统一，从而保证机体更好地生活和工作？长期的研究工作已经证明，大脑和神经组织在这种调节机构中起着主导作用。大脑是人类一切活动的指挥部，人类的聪明才智，精神生活等都与脑中的化学有关。
     大脑和神经生化，已成为生命科学的前沿课题，也是现代生活化学的重要内容。成人脑和神经的化学组成，主要含蛋白质、脂类、水分和无机盐等。水分平均含量为78％；蛋白质约占神经组织总固体物的38～40％，其中包括多种球蛋白、核蛋白和神经角蛋白；脂类占神经组织固体物的半量以上，主要有磷脂、胆固醇、糖脂、含硫脂类等。脑中的脂不仅是细胞膜以及髓鞘的组成部分，更重要的是参与脑内各种功能的活动；无机盐主要为钾的磷酸盐和氯化物，亦含少量钠和其他碱性元素的盐类。不久前，美国的舍别尔教授应用最新的技术，即激光扫描显微镜，深入细致的研究了人脑的微细结构，发现人的大脑由1000亿个神经细胞组成，细胞的种类约有5000万种。在大脑细胞中，最重要的部分是胞体。每个胞体又生长出数目众多的突起部分——树突和轴突。大脑中所有的胞体的树突和轴突都交织在一起，就像一片片茫茫的林海。轴突的末梢还有许多突触，突触是一些小泡，彼此间有几微米的间隙隔开。突触里的小泡和突触与突触之间的空隙都充满着传递信息的化学物质。科学家们把这些能够传递冲动的化学物质叫做“神经递质”。
     到目前为止，已经发现的神经递质有30多种，如肾上腺素、去甲肾上腺素、5—羟胺以及肽等。胞体和树突有一层很薄的纤维膜，膜内外分别含有钾离子和钠离子。由于纳离子（Na+）的半径比钾离子（K+ ）的半径小，钠离子对水分子的吸引也比钾离子多。因此，钠离子与水的结合体的体积反倒比钾离子与水的结合体的体积大些。胞体和树突的纤维膜只能让钾的水合离子通过，而钠离子阻止在外边。从而造成膜内的钾离子比膜外的多，而膜外的钠离子比膜内的多。当它们受到外界信息刺激时，膜内外的化学环境立即发生变化，一部分钾离子穿过膜层流出膜外，膜外一部分钠离子也会迅速地渗入膜内。
     由于这两种带电离子浓度的改变，在膜的两边也就造成了一个小的电位差。当这个电位差足够大时，便会形成一个电脉冲，这个电脉冲会沿着树突刺激突触，这时，贮藏在突触末端液囊里的有机分子，如乙酷胆碱等就会喷射到突触之间的空隙里，并同空隙的有机分子形成乙酷胆碱复合物，将神经冲动传递给下一个大脑细胞的突触，一个接一个的传递。在大脑中，除了这些较小分子的神经递质外，还有许多信息密度较大的肽。肽分子上的每一个氨基酸就像一个英文字母，由几十个或100多个氨基酸组成的肽，就像几个英文句子。如果小分子的神经递质像电传打字机那样，一个字母一个字母地记录和传递信息的话，则肽是用录音机那样整段整段的传递。因此，大脑中化学信息的密度是相当高的，达到每立方厘米1012个信息单位。一个表面约5平方米，质量约1400克的人脑，其总信息量达1000万亿个信息单位。这就是大脑的化学世界！