解锁大脑之谜

菲利斯·贾布尔

通过对大量不同物种的大脑进行解剖和分析，人类对大脑的一些固有的认知受到了颠覆，在“大脑汤”的帮助下，人类对大脑有了新的认识。

2012年6月的一天，在巴西圣保罗国际机场，苏珊娜·埃尔库拉诺一霍泽尔将两个沉重的行李箱吃力地放到安检仪的传输带上。箱子缓缓通过安检仪时.安检人员不禁睁大了眼睛：两个行李箱里装的，并非衣服、化妆品或别的什么日常旅行用品，而是20多个古怪的小包裹.每个里面都有一团悬浮于液体中的模糊物体。安检员怀疑埃尔库拉诺一霍泽尔试图将鲜奶酪走私入境——几分钟前就有两个人试图这样做，遂要求开箱检查。

“里面没有奶酪，只是大脑而已。”埃尔库拉诺一霍泽尔说。

她解释说，自己是一名神经科学家，刚从南非做完科学考察归来。在这次非同寻常但完全合法的行程中，她收集了长颈鹿、狮子、羚羊、猫鼬、鬣狗、角马和跳鼠等许多动物的大脑，将它们浸于防冻液里，准备带回她位于里约热内卢的实验室。最后，安检员在检查了她出示的—大叠许可及相关证件后将其放行。

埃尔库拉诺·霍泽尔如今是美国范德堡大学（位于田纳西州首府纳什维尔市）的一名教授兼研究员。过去12年间，她已经收集了130多个物种的大脑.既有老鼠、松鼠、鸽子等寻常物种的，也有古氏树袋鼠和袋獾等珍奇物种的。她有不少小蜜蜂的大脑，还有一头非洲象的大脑。如果条件允许，她倾向于将大脑整个取出，并在运输途中竭尽全力地加以保护。

大脑中蕴含着当今科学的诸多未解之谜。人类对于它的认识较为肤浅，未知的领域远远多于已知的领域：我们不清楚大脑如何产生意识：也不清楚睡眠及做梦的意义之所在：许多常见的精神疾病和神经错乱的病因仍然不明：记忆的物理形态是什么？对此我们所知甚少，我们依然未能破译神经系统的奥秘，即神经元网络是如何利用电信号和化学信号来储存及传送信息的。我们甚至都不知道人类大脑中究竟有多少细胞，只不过以前觉得自己知道。直到2009年埃尔库拉诺-霍泽尔将其一项重大发现公布，这一谜团才被解开。

在埃尔库拉诺·霍泽尔取得突破性发现之前，有一种关于人类大脑的说法被科学家、教科书和媒体记者反复提及，大致是说：体积大的大脑要优于体积小的大脑，因为前者能容纳更多的神经元。而比体积更重要的是大脑占身体的比率，最聪明的动物都拥有与其体型不相符的大脑袋，比如从人类的体型来看，人类大脑比预期的大了整整7倍，这是一个无可匹敌的比率。所以按照这种说法，人类在进化过程中一定发生了某种突变，导致大脑与身体的比例远大于其他物种，比聪明的类人猿及我们的灵长类近亲的也要大。这样一来，我们就成了动物王国里的“大头娃娃”，我们的头盖骨内足以容纳数万亿个脑细胞，这其中包括1000亿个电活性神经元，以及10至50倍于此的神经胶质细胞。

不过，通过对许多物种的大脑进行解剖和对比，埃尔库拉诺一霍泽尔发现，这个说法有着严重缺陷。她的发现，不但推翻了此前关于大脑的诸多假设和谬误，改写了涉及大脑构成的基本常识，还提出了迄今为止最为严谨，论据最为充分的人类大脑进化理论之一。

但她做研究的方式迥异于其他同行。她没有把活体生物的大脑连上电极或加以扫描，也没有将大脑组织切片后再小心翼翼地置于玻片中观察，更没有将大脑长期浸泡在福尔马林液中。相反，她将大脑搅拌成了糊状。那些她小心翼翼地包装后飞越了大西洋的大脑，最终都逃不了变为一瓶浑浊液体的命运，她则亲切地称它们为“大脑汤”。这一研究方法是其突破性技术的关键所在，能让我们了解大脑这个可以说是宇宙中最复杂的物体。在破坏大脑的同时，她也在重塑大脑。

早在攻读研究生学位之前，埃尔库拉诺-霍泽尔便被灌输了质疑一切的思想，因而不囿于各种已存的观点与论断。在巴西长大的她回忆说，父母总是强调，“不要轻信别人，不管对方多么受人尊敬……宁肯多问一句‘为什么？你是怎么知道这件事的？”不过，直到在欧洲取得神经系统科学的博士学位并于1999年回到里约之后，她才开始面对并纠正神经生理学界的谬误。

她没有进行博士后研究，而是在里约刚开放不久的生命博物馆觅得一份向公众普及大脑知识的工作。她最先做的项目之一就是调查公众对大脑的普遍认知，设置的问题包括“意识依赖于大脑吗？”“药物会让大脑发生生理变化吗？”等。调查结果让她大吃一惊：里约受过大学教育的人当中有六成都认为，人类大脑只被开发了10%。这是一个由来已久的谬论，实际上，人类大脑整体上一直很活跃，即便在我们昏昏欲睡或睡觉时照样如此。这让她如鲠在喉：这个广为流传的谬误从何而来，又是如何传播的呢？

她开始在研究论文和科普著作中寻根索源。一番详尽无遗的调查之后，埃尔库拉诺一霍泽尔断定：这种说法毫无科学根据。去年，她与内华达大学医学院的克里斯托弗·范·巴塞尔德教授共同发表了一篇论文，总结了他们的调查结果。根据该论文，在上世纪50和60年代，少数科学家在对小脑区域进行研究的基础上，提出了大脑中神经胶质细胞的数量约10倍于神经元数量这一说法。然而小脑区域的神经胶质细胞与神经元的数量比例恰好很高。

數十年来，研究人员以讹传讹，将这一说法推广到整个大脑。媒体记者则在报道中机械地照搬了这些数字。很快，这一错误说法就堂而皇之地出现在教科书和教育网站上。“我意识到.我们首先不知道人类大脑是怎么构成的，更不知道其它动物的大脑是怎么构成的，也不知道该如何将人类大脑与其他物种的大脑进行比较。”埃尔库拉诺一霍泽尔说。最终，她决定自己寻找答案。

几十年来，立体测量学一直是计量脑细胞数量的标准方法：先将大脑切片，然后将切片放置于显微镜下，计算出其中的细胞数量，再用这个数量乘以相关区域的体积从而得到一个估算数字。这种方法实施起来耗时又费力，适用于处理大脑中范围较小，且相对整齐划一的区域。但很多物种的大脑通常都很大，而且错综复杂，不适合采用这一方法。

埃尔库拉诺·霍泽尔从一份1970年代的研究报告中，发现了一个替代立体测量学的有趣建议：为什么不先测量大脑中的DNA总数，再用它除以平均每个细胞所含的DNA数量？这种方法的问题在于，从基因的角度来讲，神经元各不相同，而且基因组高度活跃，通过不断地自我拆解和重新组合来强化或压制某些基因。如此一来，测量DNA总数时即便出现微小的失误，也会使整个工作前功尽弃。不过这启发埃尔库拉诺·霍泽尔想出一个更好的方法：“将大脑溶解，但不是数DNA的数量，而是细胞核的数量。”细胞核内部含有细胞的基因组.每个细胞只有一个细胞核。“细胞核就是细胞核，你可以看得很清楚，不存在什么模糊不清的地方。”埃尔库拉诺·霍泽尔说。

2002年.埃尔库拉诺·霍泽尔从生命博物馆跳槽到里约热内卢联邦大学.在那里从事科技传播的工作，可以进出实验室并自由选择研究方向。她最初用老鼠大脑做实验，先用液氮冷冻老鼠大脑，再用手持式搅拌器把它们打成糊状。一开始由于操作不当，导致大块的结晶神经组织在实验室里四处飞溅。后来她把啮齿类动物的大脑浸泡在福尔马林液当中，此举可促进蛋白质交联，使细胞核的核膜变得坚固。接下来再将这些经过强化处理的大脑切成小片，用玻璃研钵及研杵将这些大脑切片连同强效工业肥皂一起捣碎。这个过程会溶解大脑中除了细胞核以外的所有生物成分，最后大脑就只剩下自由漂浮在几个小药瓶里的细胞核。

埃尔库拉诺·霍泽尔猛烈摇晃药瓶，使里面的细胞核均匀分布后，从“大脑汤”里取了一滴放到顯微镜的载玻片上。透过目镜，她看到球状的细胞核宛如哈勃望远镜拍出的照片——黑丝绒般的太空中，远方的星球熠熠生辉。埃尔库拉诺·霍泽尔从每个小药瓶中都数次取样，计算出其中的神经元和神经胶质细胞数量，再将数值与液体的总体积相乘，最后得出细胞总数。通过这种方法，埃尔库拉诺·霍泽尔取得了史无前例的成果。不到一天时间.她就精准确定了成年老鼠大脑内的细胞总数：2亿个神经元和1.3亿个神经胶质细胞。

在埃尔库拉诺·霍泽尔开展研究的早期，尤其是当她刚结束对老鼠大脑的研究，转向对灵长类动物的大脑进行研究时，同行们对她进行了强烈抵制。因为作为一个籍籍无名的年轻巴西科学家，她不仅提出了一种截然不同的大脑研究方式，还否定了流传数个世纪的传统智慧。不过随着越来越多相关数据的取得，人们开始打消对她研究的疑虑。加拿大阿尔伯塔省莱斯布里奇大学进化神经学家安德鲁·伊沃尼克便说：“毫无疑问，这种方法行之有效。它比传统的方法快数百倍或数千倍。这就意味着我们可以快速比较许多物种的大脑，看看到底是什么让人脑如此特别——或不特别。”

2016年时，埃尔库拉诺·霍泽尔已经前往范德堡大学工作。当我们走进她的新实验室后，首先映入眼帘的就是4个排成一排的白色大冰柜。她打开其中一个，露出了摆满特百惠盒子的架子。每个盒子上都贴着标有数字的胶带：19号盒、6号盒、34号盒……“这些盒子里装的是什么？”我问。“哦，各种各样的东西，”她回答道，“大约有200个不同的大脑，都是鸟类和哺乳动物的……在这里你可以看到各种食肉动物的大脑，有狮子、豹子、狗、猫、浣熊的，有鸵鸟的，有灵长类动物的，还有一群长颈鹿的——它们的脊髓也在这里，那脊髓足足有4米长。”

截至目前，埃尔库拉诺·霍泽尔已经发表了关于80多个物种的大脑研究成果。比对的物种越多，她的结论也越清晰：大多数关于大脑及其细胞成分的信条都是错误的。首先，体积较大的大脑并不一定比体积较小的大脑含有更多的神经元。她发现，有些物种的大脑特别密集，比起其他物种海绵似的大脑，在相同体积的脑组织中细胞的含量更多。一般来说，因为灵长类的神经元总体上比较小，所以它们的大脑比其它哺乳动物的要密集许多。尽管猕猴的大脑只比地球上最大的啮齿动物水豚的大脑稍大一些，但猕猴的神经元数量却是水豚的6倍多。鸟类似乎有着最密集的大脑，但它们的大脑都不怎么大。如果一只鸟的大脑能像西柚那么大，那它可以统治世界了。

“大脑汤”研究技术进一步揭示，人脑有860亿个神经元和差不多同等数量的神经胶质细胞，而非1000亿个神经元和数万亿个神经胶质细胞。这迥异于教科书和研究论文中经常引用的数据。而且人类肯定也不是拥有最多神经元的物种：非洲象的神经元数量3倍于人类的，达2570亿个。

而当埃尔库拉诺·霍泽尔把关注的焦点投向大脑皮层（大脑的最外层褶皱）时，她发现了一个令人震撼的差异：人类有160亿个皮质神经元，排在第二位的是猩猩和大猩猩，有90亿个，黑猩猩的则是60亿个。大象的大脑虽然比我们人类的大3倍.但大脑皮层里只有56亿个神经元。迄今为止，在地球上的所有物种当中，人类似乎拥有着最多数量的皮质神经元。

工具制造、解决问题、复杂的交流和自我意识等能力，此前曾被认为是人类独有的心智能力，如今都已被证实，在动物界存在的远比人们之前认为的要普遍得多。人类只是将这些能力发展到了一个空前的程度而已。埃尔库拉诺·霍泽尔认为，对于这种差异最简单的解释就是，人类大脑皮层神经元的数量是已研究过的其它物种的将近两倍。

即便如今我们人类的大脑皮质神经元比其他任何物种的都多，但这一差异性的真正意义依然不甚明确。要知道，大象的皮质神经元不足人类的三分之一，但大象是人类已知的最聪明的动物之一，会制造工具，能认出镜子中的自己，甚至对死亡也有某种程度的认知。同样，属于无脊椎动物的章鱼并没有大脑皮层，其大脑和触手内分别分布着不足1亿和3亿多个神经元，但这并不妨碍它成为最聪明的海洋生物之一。章鱼能够记住不同的人，打开结构复杂的谜题箱子，从“防脱逃”水箱中逃出。大脑极其微小的蜜蜂，则有着优于很多大脑更密集生物的协作与沟通天赋。

归根结底，简化论既是“大脑汤”技术的核心力量，也是此项技术的一大缺陷。将一个难以捉摸、错综复杂的生物实体转化为小小的一组数字，该方法使之前无法实现的研究成为可能，但与此同时，人类也可能高估这些数字的作用。

在其《人类的优势》一书中，埃尔库拉诺·霍泽尔强调了认知潜能和能力之间的差异。我们和20万年前的人类拥有几乎相同数量的神经元，所拥有的能力却天差地别。人类的智慧至少有一半不是源自生物学，而是源自文化——源自于我们所处时代的语言、传统和科技。文化，释放了大脑的潜能。

[译自美国《纽约时报》]