顧凡及：我們只窺測了人腦奧秘的冰山一角

7月27日，復旦大學生命科學學院的顧凡及教授做客第21期行知讀書會，與現(xiàn)場觀眾一起分享腦科學研究的種種趣事。

大腦就如同鑲嵌在人類身體上“小宇宙”，雖然只有三磅重量，卻和浩瀚無垠的宇宙一樣神秘、復雜。

談功能：“整體論”與“功能定位論”之爭

顧凡及首先從人腦的“整體論”與“功能定位論”之爭開始談起。他指出，探索人類心智的奧秘涉及到一個具體問題——當人們想做一件事時，是需要整個腦的參與，還是只要部分腦的參與就能實現(xiàn)？

事實上，這一爭論肇始于18世紀末。當時有一位叫加爾的奧地利醫(yī)生，通過廣泛觀察和經(jīng)驗積累發(fā)現(xiàn)，人的大腦由許多不同部位組成，不同的部位執(zhí)行著不同的功能。

比如鼓著“金魚眼”的人記憶力超群，顳骨突出的人喜歡虐待動物，詩人在寫詩的時候喜歡摸頭的部位和創(chuàng)造力有關……于是加爾認為，個人生理上的腦發(fā)育差異影響了個體心智的形成，并表現(xiàn)在顱骨的形狀上。這最后一點人們現(xiàn)在知道是沒有科學根據(jù)的。

此后，也有支持“整體說”的科學家通過“鴿腦實驗”觀察到，切割不同部位的腦子對鴿子行為并不產生顯著影響。

直到法國醫(yī)生布魯卡通過對有語言問題的病人進行病例觀察，和對尸體進行解剖才發(fā)現(xiàn)，大腦中某一區(qū)域受傷會導致語言表達機能的缺失，這說明人的大腦皮層是有功能定位的。德國科學家韋尼克則發(fā)現(xiàn)，有一種病人雖然會說話，卻總是胡言亂語，這是由于大腦中某部分的損傷造成了嚴重的理解力缺失。后來人們把這部分大腦稱為韋尼克區(qū)。

“如果說大腦皮層中的布魯卡區(qū)控制著人類語言的表達能力，那么與之相對，韋尼克區(qū)則掌管著語言理解的技能?！鳖櫡布翱偨Y道，這兩個例子充分證明了大腦的不同部位各司其職、分工合作，承擔著不同的心智功能，但這并不意味著每一塊腦區(qū)都孤立存在。

今天科學家一般傾向于認為，除了十分簡單的功能可以定位到某小塊腦區(qū)，絕大多數(shù)復雜的功能都需要若干腦區(qū)協(xié)同配合。

活動現(xiàn)場

談結構：“網(wǎng)狀學說”與“神經(jīng)元學說”之爭

隨后，顧凡及向現(xiàn)場讀者拋出了第二個問題，大腦結構是什么樣的？是由一個個相對獨立的細胞組成，還是一張彼此交通互聯(lián)的“網(wǎng)”？關于這個問題，1906年諾貝爾醫(yī)學獎的兩位得主——高爾基和卡哈爾曾進行過針鋒相對的激烈爭論。

在此之前，科學家們一直沒有找到很好的方法去觀測神經(jīng)系統(tǒng)的細胞結構，人們始終無法確認神經(jīng)細胞的真實形態(tài)，由此也誕生了兩個學說——網(wǎng)狀學說和神經(jīng)元學說。

網(wǎng)狀學說支持者認為，神經(jīng)系統(tǒng)中包含一個完整、連續(xù)的網(wǎng)狀結構，中間不存在斷點，也不存在任何“獨立神經(jīng)細胞”；而神經(jīng)元學說的信徒則堅稱，神經(jīng)組織是由單一神經(jīng)元組成，兩個神經(jīng)細胞之間通過突觸彼此連接。

19世紀下半葉，意大利生理學家卡米洛·高爾基通過硝酸銀染色法，第一次觀察到神經(jīng)纖維的走向。他將腦子固化后放入硝酸鹽溶液，經(jīng)過染色切片后發(fā)現(xiàn)，上面有許多花紋彼此連接，就類似心血管一樣組成一張網(wǎng)，中間還有一些膨起的地方。從此，高爾基成為網(wǎng)狀學說的領軍人物。

另一位西班牙科學家拉蒙·卡哈爾自小喜歡繪畫，受到作為醫(yī)學院老師的父親影響，他在醫(yī)學繪圖上展現(xiàn)了驚人的天分。在那個顯微照相機還未誕生的年代，卡哈爾憑借高超的繪畫能力將神經(jīng)細胞的精細結構栩栩如生地記錄下來。綜合了其他發(fā)現(xiàn)后，他提出每個神經(jīng)細胞都是獨立存在的，神經(jīng)細胞的軸突與其他細胞之間存在縫隙而非緊密連接。

一直到20世紀50年代電子顯微鏡問世以后，人們才最終確定神經(jīng)元學說的正確性。但高爾基的說法也不完全錯誤，人體內的神經(jīng)細胞的確是相互分隔的，但也有少數(shù)細胞彼此連通，分隔處有蛋白質將兩個細胞打通，一個細胞中的物質可以流到另一個細胞中去。

顧凡及告訴現(xiàn)場讀者：“科學上有時會有兩個‘學說’打架的情況，好似不相容，但到最后往往會發(fā)現(xiàn)，一個占主導地位但另一個也不完全錯。所以我們的頭腦要保持開放，凡事不要太絕對。”

談視錯覺：你看見的東西不一定存在，只是大腦認為它存在

俗話說，眼見為實，人們通常會篤信眼前看到的就是真實存在。但諾貝爾獎得主弗朗西斯·克里克卻給出了另一種解釋，你看到的東西并不一定就是你看到的那樣，而是你的大腦重新構建的結果。

“看”是一個主動的構建過程，人的大腦可以根據(jù)先前的經(jīng)驗和眼睛提供的有限而模糊的信息做出最好的解釋。進化可以確保大腦在一般情況下成功完成此類任務。但情況并非總是如此。

顧凡及提到，心理學家之所以熱衷于研究視錯覺，就是因為視覺系統(tǒng)的部分功能缺陷，恰恰能為揭示該系統(tǒng)的組織方式提供某些有用的線索。也就是說，產生錯覺也有好處，那就是使我們知道正常的視覺是怎么來的。

顧凡及談到了幻覺與錯覺的區(qū)別，他介紹說：“幻覺就是沒有輸入，沒有任何刺激，但你的腦中好像看到有什么東西、聽到什么東西，這是幻覺；而錯覺是確實受到了某種刺激，只是人眼中看到的和真實的圖景不一致?！?/p>

隨后，他向現(xiàn)場觀眾展示了一系列會讓大腦產生視錯覺的圖片，介紹了馬赫帶、赫爾曼格點、埃姆斯“魔屋”、卡尼薩三角等視覺奇觀的生理成因。比如在兩塊明暗不同但每塊內部亮度均勻的區(qū)域的邊界處，觀察者會感到在亮側有一條特別亮的線；而在暗側則有一條特別暗的線，這是由于視覺系統(tǒng)的神經(jīng)細胞與神經(jīng)細胞之間有相互抑制作用的緣故；

又比如在“魔屋”里，如果兩個身高相同的人走向房間的左右兩角，會產生明顯的視覺高度差異，當一個人從屋后的一側走向另一側時，會產生身材在不斷變大或縮小的錯覺，這是因為“魔屋”后壁是傾斜的，而觀察者由于視野的局限而誤以為后壁兩角離觀察者距離一樣，從而把離得近的人當作比離得遠的人要高大得多。

談記憶：記憶存放于整個大腦，還是某具體部位？

20世紀上半葉，美國科學家拉什利曾經(jīng)利用小白鼠做實驗，研究生物記憶究竟是存在于整個大腦還是腦中的某個部位。拉什利將小白鼠放入一個迷宮中，通過破壞鼠腦的不同部分觀察小白鼠犯錯誤的概率。實驗結果是，大腦被破壞的面積越大，犯錯誤越多，記憶性越差，由此認定記憶應當存放于整個大腦中，與其所在部位關系不大。

到了20世紀50年代，亨利·莫萊遜的病例徹底推翻了此前被廣泛接受的研究結果。莫萊遜小時候在外玩耍，曾被自行車撞了一下，導致腦受損引發(fā)癲癇，醫(yī)生認為癲癇的病灶出在顳葉內側的海馬體上，于是通過手術將兩側海馬切除，但直接引發(fā)的后遺癥就是他再也記不住任何手術后發(fā)生的事。

奇妙的是，他仍能學會新的技巧，比如在只能看到鏡子里的手和五角星的情況下，把五角星描下來。人們通過莫萊遜的病例發(fā)現(xiàn)，人的記憶分為兩種，一種是陳述性記憶（包括經(jīng)歷、知識和空間記憶），海馬體受損會直接導致不能把短時的陳述性記憶轉化成長時記憶；另一種是程序性記憶，就是技巧，而技巧的掌握與海馬體的好壞無關。

無獨有偶，莫萊遜的故事并非孤例，顧凡及還為現(xiàn)場觀眾講述了失憶病人韋爾林的故事。

英國音樂家韋爾林在鋼琴演奏上具有很高的造詣，但因為一次腦炎，損壞了大腦兩側的海馬體。與莫萊遜類似，他將生病以后的事情全都忘記了，但仍然保持著高超的鋼琴技巧。在日記中，他將自己每一時刻的狀態(tài)都如實記錄下來，每一次他都認為只有在寫的時候自己才是清醒的，但他卻不知自己曾經(jīng)做出過無數(shù)次相同的判斷。因此，他沒有過去和未來，對于他來說——“永遠是今天”。

顧凡及指出，人類腦科學的研究看似進展迅猛，實際只是窺測了人腦奧秘的冰山一角，“比起一百年前，我們的確知道的多得多了，但是我們不知道的比我們知道的還要多得多。腦科學是一個尚有待開發(fā)的大陸，等待有志者進一步探索?！?/p>