题目

人脑中)生物电里怎么会有信息

提问时间：2021-04-08

答案

生物电是活组织的主要特性之一.人体某一部位受到刺激后,感觉器官就会产生兴奋.兴奋沿着传入经到达大脑,大脑便根据兴奋传来的信息发出指令；然后传出神经将大脑的指令传给相应的效应器官,从而产生相应的动作.这一过程传递的信息——兴奋,就是生物电.也就是说,感官和大脑之间的刺激反应主要是通过生物电的传导来实现的.事实上,不仅是神经冲动能传导电子,在人体里进行的几乎每个生理过程都与生物电有关,如心脏跳动、肌肉收缩、大脑思维等.
最早记录生物电现象的是18世纪末的意大利解剖医学家及物理学家路易·伽伐尼.有一次,当他在解剖一只青蛙时,发现当金属刀的刀尖碰到青蛙腿上外露的神经时,蛙腿发生了抽搐现象.于是,伽伐尼创造了术语“动物电”来描述这个现象,并由此认为肌肉活动是由电流或者是神经里的物质引起的.
生物电的科学解释是指生物细胞的静电压,以及在活组织中的电流,如神经和肌肉中的电流.生物细胞用生物电储存代谢能量,用来工作或引发内部的变化,并且相互传导信号.
生物学家认为,组成生物体的每个细胞都像一台微型发电机.一些带有正电荷或者负电荷的离于如钾离子、钙离子、钠离子、氯离子等,分布在细胞膜内外,使得细胞膜外带正电荷,膜内带负电荷.当这些离子流动时就会产生电流,并造成细胞内外电位差.
生物电通常都很微弱,比如,人的心脏跳动时,会产生1-2毫伏的电压,眼睛开闭时,会产生5-6毫伏的电压；读书或思考问题时,大脑会产生0.2-1毫伏的电压.当然,也有不少生物瞬间能产主非常大的电压,如前面提到的电鲶、电鳗等.
正因为通常状态下生物电的电压很低、电流也很弱,所以只有用精密的仪器才能测量到.直到20世纪初,荷兰生理学家威廉·艾因索维才在前人的基础上完善了用来测量生物电的电流计,研制出了第一台实用的心电图仪.
随着科技的发展,现在有了越来越精确地测量生物电的仪器.生物电测量在医学上的广泛应用大大促进了疾病的临床诊断,如用心电图仪测量心电图,用脑电图仪测量脑电图,它们在诊治疾病过程中起到了很重要的作用.
最近,生物学家“窃听”到了人体内一些部位的电活动“声音”,并发现以电场形式存在的生物电,在诸多生理过程中起着至关重要的作用,如胚胎发育、细胞分裂、神经再生和伤口修复等.但是,对它的探索却经历了一段曲折的历程.
对电场可能影响细胞行为的首次报道是在1920年.当时,丹麦科学家斯文·英格法发现外部电场引起了鸡神经元向一个特殊方向生长.后来,其他研究者也发现了类似的现象.但是,由于缺乏足够的记录技术,对这些现象一直没有恰当的解释.1940年,美国芝加哥大学的一名生物学家声称他重复做了斯文·英格法的实验,但并未发现那样的现象,由此得出结论是电场对细胞生长不产生任何影响.之后的一段时间里,生物电的研究进入了停滞状态.1981年,美国另一名生物学家也做了一个与斯文·英格法相似的实验.与斯文·英格法不同（他所用的实验材料是含有成千上万个细胞的神经元束）他只用一个蛙神经元进行实验,发现细胞生长的确受外部电场的影响.之后,无数次实验均证实外部电场影响细胞迁移方式、细胞生长等细胞行为.但是,因为实验中用的是外部电场,而不是生物体内的电场,所以并没有赢得多数生物学家的信服.
2002年,英国阿伯丁大学的科林·麦凯格发现了生物电在鼠角膜的修复过程中起到非同寻常的作用.在正常的角膜中,角膜上皮细胞泵出细胞内带正电荷的钠离子和钾离子,再泵出带负电荷的氯离子,由此产生了大约40毫伏的电压.但如果角膜上皮细胞破裂,电流从伤口流出,会产生每毫米大约40毫伏的电场,能在角膜的表面延伸半毫米.实验发现电场是通过影响周围的细胞来加速伤口愈合的.处于分裂活跃期的修复伤口的细胞能够通过电场来获取重要的空间信息,将修复细胞推向伤口处.如果取消这个电场,则细胞向任意方向进行分裂；如果人为加强这个电场的强度,远离伤口的细胞也会沿着电场平面开始分裂.同样,神经元也利用角膜的电场自我重建,他们发现角膜的电场能促进神经元向伤口生长.
然而,电场是如何影响细胞行为的?目前,科学家还没有揭开其中的奥秘.科林·麦凯格认为有两个可能：一种可能是电场吸引了细胞表面带有电荷的蛋白或脂肪；另一种可能是由于电压的改变,引起细胞膜上钙离子通道的开放,导致钙离子进入细胞内,钙离子反过来激话第二种信号分子,就这样信号沿着信号链一级级传递下去.
进行生物电场研究的科学家认为,他们的研究工作很有意义,特别在医学领域,如有助于发明加速修复的药物、帮助伤口愈合或神经再生的电疗法.或许,了解涉及生命过程的生物电将像当代分子遗传学推动其他科学进步一样,会开启重大的科学新天地.