人脑之谜：待勘探的新大陆

□文/顾凡及

人类已经能够打破原子，上天揽月，甚至发送航天器飞出太阳系，人类还能够测定自己的基因序列，似乎无所不能，然而对于我们的脑是怎样工作的，我们怎样“看”，我们怎样“听”，我们怎样“行动”，我们怎样“想”，我们怎么会有意识，我们怎么知道自我……我们已经知道了不少，但是不知道的比知道的还要多得多。

似有定论但远未接近真相的几个问题

第一个问题：为了完成某个功能，究竟需要全脑参与，还是只要局部就行？

19世纪初，奥地利医生弗朗茨· 加尔相信人不同的认知功能和性格特点是由不同脑区决定的，如果某种功能用得多，相应的脑区就会增大，对应于它的颅骨也会隆起。因此，他认为通过检查颅骨的隆起情况就可以确定该人的性格，并把这个理论称为颅相学。

加尔9岁时就注意到有同学对文字材料的记忆力超强，并且有一对像母牛一样鼓起的眼睛。在他的印象中，有这样眼睛的人往往都有很强的记忆力，于是他把这两者联系了起来。

长大以后，加尔把这个想法推广到其他特点。尽管他的理论缺乏科学根据，也没有实验支持，从总体上说是错误的，但是他最先提出了脑功能定位的思想。

加尔的理论受到了实验生理学家皮埃尔·弗卢朗的强烈反对。弗卢朗曾损坏了鸟脑皮层的不同部位，并没有发现鸟的行为有什么特异性缺陷，因此，他认为动物的行为是由整个脑决定的。但他采用的实验对象主要是低等动物，即使以高等动物作为实验对象，用的也是非常幼小的动物。所以，他的实验结果并不能最终支持他的观点。

颅相学模型

支持脑功能定位假设的突破性证据，来自1861年法国神经解剖学家皮埃尔·布罗卡对一位名叫莱沃尔涅患者的研究。

莱沃尔涅是巴黎的一名鞋匠，21年前中过风，从此不能讲完整的句子，而只会发“他”这个音。问他叫什么名字，他的回答是“他”；问他别的问题，他回答的依然是“他”，人们就把他称为“他”先生。

布罗卡对莱沃尔涅进行了检查，但仅仅6天之后，莱沃尔涅就去世了。隔天上午进行了尸检，结果发现他左侧脑的前部有损伤，左额叶大范围软化，并向后延伸到顶叶，向下延伸到颞叶，但是可清楚地看出软化的原发部位在左额叶的中部。

布罗卡在当天下午举行的人类学学会的学术会议上报告了这一病例，他坚定地宣称：“所有一切都使我们相信，在这一病例中，额叶损伤是造成失语的原因。”

后来，他又对8名类似的病人进行尸检，发现他们的左侧额叶都有类似的损伤。

根据这些发现，1864年，布罗卡总结了一句有关脑功能的名言：“我们用左脑说话！”

他特别强调所发现的这个区域与颅相学所说的语言区域是不同的。此后，脑的这一部分就被命名为布罗卡区。而布罗卡的研究，也成为脑功能定位论再次崛起的契机。

但是，关于整体论与功能定位论之间的争论并未平息。

第二个问题：大脑高级功能是由脑的特定部位还是整个大脑皮层决定的？

到了20世纪初，几乎所有的学者都承认大脑皮层有某种程度的功能定位，但还是有人坚持大脑皮层的高级功能（如思维与记忆）需要整个大脑皮层的工作，对此不存在功能定位。

其中影响最大的，首推美国心理学家卡尔·拉什利关于记忆的研究。他让大鼠学习在迷宫中寻找食物，然后研究大脑皮层损伤对完成此任务的影响。

拉什利发现，如果在学习前就损伤大鼠的大脑皮层，它需要通过更多次的学习，才能避开盲端取到食物。在另一组实验中，拉什利先让大鼠学会避开盲端直接取到食物，然后再损伤它的大脑皮层，结果发现此后大鼠经常会出错。在最关键的一个实验中，拉什利发现大鼠学习和记忆损害的程度与大脑皮层损伤的面积正相关，而与损伤的部位无关。他的工作对整体论是极大的支持。

但是，后来人们发现他的结论有问题，因为他损伤的大鼠大脑皮层的区域面积很大，影响到许多不同的感觉模态，而迷宫学习恰恰牵涉多种感觉模态。因此，单独损伤某一模态并不足以阻止大鼠完成任务，因为别的模态可起到补偿作用，只有当损伤面积很大而牵涉许多模态时，问题才明显地表现出来。

拉什利对实验事实做出的解释不正确！但是，有一点他是对的，即学习和记忆并不只局限于皮层的某个局部小区域。

20世纪50年代，记忆研究的先驱、加拿大英裔神经科学家布伦达·米尔纳对著名失忆症病人的研究表明，脑深部的海马体是把短期记忆转化为长期记忆的关键部位，但是这只牵涉经历和知识这样的“陈述性记忆”，而与经过训练获得技巧的“程序性记忆”无关。这就彻底推翻了拉什利的观点。

现在一般认为，只有非常简单的功能才定位在脑的单个特定部位，绝大多数脑功能并不需要全脑的参与，但是需要多个脑区的协同工作。

虽然如此，两种观点之间的争论至今还没有完全平息，这主要反映在意识问题上。

目前，一个重要的争论问题是意识的神经基质是什么。许多人认为是特定的脑区及其上特定的活动，这被称为意识的神经相关机制。但是也有科学家认为意识需要全脑参与，参与量的多少反映了意识的程度。孰是孰非，还需要进一步研究。

第三个问题：脑仅仅是一个信息处理机构，还是能从外界刺激中提取“意义”的系统？

再举一个例子，视觉是神经科学中研究得最多也最深入的一个领域。目前，人们通常把视觉系统看成某种信息处理系统，由简单到复杂逐层抽提不同特征。但是，大家都熟知的视错觉却说明情况并不完全是这个样子。

《庭院还是楼台》这张图片显示的就是一种视错觉，就是当把三维对象画在二维平面上时，利用不同的线索暗示其局部所在的空间位置，由于不同的三维对象可以映射成同样的二维投影，把这些投影连接起来，尽管在局部都能得到合理的解释，但是从整体上来说可能自相矛盾。

例如，看图的下半部，根据小栅栏的朝向可以判定这是一个庭院；看图的上半部，根据小栅栏的朝向则可以判定这是一个楼台，而那架梯子和那条绳子，以及上半部的天和下半部的草地更加强了对楼台和庭院的认识。

但是这就带来了一个矛盾，就是中间的那个正方形，从下半部看是庭院的路面，而从上半部看则是楼台的底面，这似乎是矛盾的。要解决这个矛盾就只能认为它是翘起来的，所以，下半部是路面而上半部是楼台底所构成的顶。如果你这样认为，再去看它，就真的似乎有翘的感觉。

所以，“看”就不只是对输入图像抽提特征的问题，而是一个主动的构建过程。你的大脑可根据先前的经验和眼睛提供的有限而模糊的信息，做出最好的解释。

《庭院还是楼台》显示的就是一种视错觉

科学家正是基于这些现象，得出脑不仅仅进行信息处理，而且还要根据其内在模型从外界刺激中提取“意义”的观点。这是一个现在许多人都还没有领会的崭新观点。

耗资巨大的脑计划真的有用吗

现在，世界科技大国都有自己耗资巨大的脑计划，许多人把揭开人脑之谜的希望全部寄托在这些大计划上。对此，笔者持保留态度，因为到目前为止，我们还没有任何有关脑如何产生心智的科学理论框架，对此目标也缺乏实际可行的技术路线。对于脑这样一个有着极多层次的超级系统，期望完全通过搞清楚每一个离子通道或是每一个神经元的每一个发放，由此逐层往上，最后揭开心智之谜，这种方法是否能完全奏效仍大有疑问。但是，笔者也并不否认这些脑计划对推动脑研究的重大作用。

技术的进步往往打开新发现的大门。二十世纪二三十年代，放大器和示波器等电子技术的进步，开创了研究神经系统电活动的新时代；二十世纪末，正电子发射断层扫描和功能性磁共振成像等脑成像技术，则开辟了认知神经科学的新时代。如今，美国和欧盟的脑计划都把重点放到了研究脑的新技术开发上。当然，这并不等于说新技术就必然带来科学的突破，关键还是要科学家对面临的科学问题有清醒的认识，知道如何把这些新技术应用到这些问题的研究上去。

大计划对脑研究的另一大作用是可以大规模、规范化地收集基础数据，例如，人脑中神经细胞的分类、脑区分划图谱以至脑中神经元与神经元之间的联结图谱等，这些基础数据可能为将来的突破打下基础。

以笔者的管见，当前需要对脑研究所面临的重大问题做一番梳理，尤其是那些对社会有重大意义而又有望在可预见的将来得到解决的问题。正如数学大师希尔伯特在1900年国际数学大会上提出了当时数学界所面临的23个重大问题，这推动了以后很长一段时间里的数学研究。

如果能把全球顶级专家对脑研究重大课题的真知灼见汇集起来，进行深入的讨论并达成某些共识，然后投入巨资，鼓励和支持科学家，特别是对脑痴迷的年轻科学家，在这些重大问题上进行不懈的探索，也许可望在脑和心智研究上取得突破。

让我们欢呼、迎接这一脑和心智研究的新时代吧！也期望有志的读者能把自己武装起来，参与这一宏伟的事业。