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大脑简史（1）-历史上的大事件

百家作者：人工智能学家 2019-07-24 11:47:18

来源：人机与认知实验室

能够上天入地，却不知道自己的大脑，笔者认为这是很多人的疑惑。随着科技的发展，我们能够延伸到的地方越来越多，无论是伸手不见五指的海底，还是扶摇直上九万里的浩渺星空，都已经出现了人类的踪迹，可是，每天陪伴我们的“大脑”，我们却不是很清楚。其实，这个最神秘的地方并不神秘，笔者就先从历史上的大事件来揭开大脑神秘的面纱。

1. 笛卡尔－我思故我在

笛卡尔是法国著名的哲学家、物理学家、数学家、神学家，一生成就硕果累累，笛卡尔是17世纪及其后的欧洲哲学界和科学界最有影响的巨匠之一，被誉为“近代科学的始祖”。

有的人可能有疑惑，笛卡尔又和我们的大脑有什么关系呢？关键就在于他的名言－我思故我在。

在笛卡尔的哲学中，怀疑是很重要的。“我们不能充分相信自己的感觉”。他认为‘我’是独立于肉体的，在思维上的东西，将思维与身体分离开。就像他的原话：这些人被组成，就像我们一样，有一个身体和一个灵魂。首先我必须描述人体自身；然后灵魂，再次对自己；最后出示这两个怎样必须被结合和统一起来构成类似于我们的人。

笛卡尔认为在人的大脑中有个部位叫松果体，它是灵魂的主要位子并且是我们所有想法的形成的地方。原因如下：（1）松果体是整个大脑中唯一的单体部位。我们用两只眼来看世界，两只耳朵来听世界，大脑的一切都是对称的，只有松果体例外，所以必须是共同感觉的源泉，是灵魂的主要位子（2）松果体小，轻，易于移动，脑垂体虽然小、不可分割和位于中线，因为它在大脑的外面和完全无法移动因此不是灵魂的位子，而小脑的突瓣（笛卡尔称为附属物）是不合适的候选因为它可分割成两半。

笛卡尔第二个有趣的观点是涉及记忆方面的。笛卡尔认为记忆可能不只存储在大脑半球，而且也存在松果腺和肌肉中。而且，他认为运动的形式有两种，一种是涉及到松果体，一种不涉及到松果体，即反射。由此可见，松果体在笛卡尔的哲学中占了相当重要的地位。有人开玩笑的说"如果笛卡尔今天还活着，他一定在负责研究医院的CAT和PET扫描机"。

我们今天明白，松果体是内分泌腺体，位于间脑脑前丘和丘脑之间。是人“生物钟”的调控中心，它能分泌褪黑色素，而褪黑素的分泌受光照影响，所以松果体的活动受光照影响强烈。

笛卡尔既不是第一个也不是最后一个写了关于松果体的哲学家，但他给松果体附加了比任何其他哲学家都更重要的东西。直到今日，松果体仍然在被科学家研究，甚至有完全献给它的杂志，《松果体研究杂志》。

2.颅相学

德国解剖学家弗朗兹·约瑟夫·加尔（Franz Joseph Gall）于1796年提出了颅相学，他认为人的心理与特质能够根据头颅形状确定。

加尔从小就喜欢观察人的外表（尤其是颅骨外表）同心理的关系。例如，他根据个人长期的个案观察，发现眼睛明亮的人，一般记忆力较好；头骨隆起的人，可能象征着贪婪的脑机能，是监狱中扒手的特征等。后来他归纳出42种人不同的功能。按照他的逻辑，看一个人是什么类型的人，只需要摸一下大脑的形状就可以了。

值得一提的是，加尔的颅相学从来没有获得学术界的认可，倒是老百姓很认可他的观点，在19世纪的民间，一度流传很广，直到20世纪初才慢慢绝迹。

3.盖奇－天上掉下的不都是苹果

不是所有从天上掉下的都是苹果，也不是所有被砸的人都是牛顿。1848年，菲尼亚斯·盖奇（Phineas Gage），一个铁路工人，在施工现场被一根铁棒击穿了大脑，铁棒从大脑前额穿进去，从头顶穿出来。盖奇当场晕倒，同事们立即叫来医生，令人惊奇的是，他不但没有死，还恢复了意识，几分钟后就离开了现场。

就当大家都以为盖奇奇迹般的康复的时候，盖奇显示出了和之前截然不同的性格，以前，菲尼亚斯是个愿意合作而友善的人，而现在他却变得专横、优柔寡断、傲慢、顽固、对旁人漠不关心，爱骂人，怀有敌意而且自私。他的同事都说：这不再是我们认识的盖奇了。最终，他离开了在铁路上的工作，到处游荡，最终成为集市上一个行为怪诞的人而了却了他的余生。死后，他的头颅被保留下来，经过后来的X射线证实，额叶脑区部分受到了巨大的破坏。

对于盖奇来说，这是一场彻头彻尾的悲剧，人生轨迹因此急转直下。可对于科学史来说，却是一件有意义的事情，它让人们逐渐思考，是不是大脑的某一特定部位受损会引起某些特定行为的缺失，这是科学思维模式的改变。

4.布罗卡和韦尼克

1861年，就在盖奇去世一年后，法国医生布罗卡（Broca）发现了特殊的现象，一个病人除了严重的语言缺陷外，其它似乎一切正常。他能够完美的认识和理解语音，但他只能发出一个音“tan”。病人去世后，布罗卡通过尸检发现在患者接近左耳的大脑区域，就是左颞叶的部位，出现了损伤，后来，他又做了大量的实验调查，发现大脑左侧颞叶特定区域受损的病人，都会出现与tan类似的症状，这个区域也被称为布罗卡区，这种病症被称为布罗卡失语症。

1874年，德国医生韦尼克（Wernick）描述了有相反问题的患者，能够清楚的表达，却不能理解书面和口头的语言，往往能够流利的说，却带有毫无意义的词和话，韦尼克进行尸检，发现距离左颞叶不远的区域受到了损伤，这个区域后来被称为韦尼克区。

布罗卡和韦尼克的工作是神经科学上里程碑式的发现，他们第一次明确行为障碍问题和大脑特定区域损伤的对应关系。

5.潘菲尔德的侏儒图

20世纪30年代，潘菲尔德（Penfield）医生开始治疗癫痫病，治疗的方法是脑外科手术，去掉部分头骨和暴露大脑。手术时，他注意到，当用电极刺激皮层的某一部分时，身体的不同部位会回应，他意识到，可以在皮层的特定区域和人体之间绘制一对一的粗略的对应图。今天仍然在原封不动的使用他绘制的对应图，在图中，你可以看到，大脑的哪一区域大致控制哪种功能，以及每个功能的重要程度。例如，我们的手和脸部在大脑的感觉皮层中占的面积很大，这说明这两个部位对于我们的生活是十分钟重要的。而我们的背部和腿部对应的感觉皮层面积很小。他在1951年发表了他的结果，这些结果产生了我们对大脑了解的另一个转变。

如果按照这个模型的比例来缩放的话，就会得到一个面部肥厚，手部强健，躯干瘦小的小矮人，又称侏儒图。

6.斯佩里的裂脑实验

美国神经生理学家罗杰·斯佩里由于对大脑半球研究的贡献，获得1981年诺贝尔生理学或医学奖。

他是治疗癫痫的医生，通过切除连接两个大脑半球的胼胝体，使他们不再沟通和连接身体左侧和右侧的信息。这通常停止反馈回路和癫痫发作。之后并没有明显的后遗症。但他注意到了一些异常。

有一个病人想用一只手拥抱他的妻子，却发现另一只手在做完全不同的事情，他递了一个钩子到她的脸上。还有一个人在晚上睡觉时难以入眠，认为他的另一只反叛的手会掐死他。

斯佩里在详细研究后得出结论：在一个单一的大脑内可能存在着两个不同的意识，他写道：左半球和右半球可能是同时有意识的，两种思维是不同的，思维的体验是平行运行的。

斯佩里通过大量的比较实验所取得的科学发现，突破了许多传统的理论，科学地解释了大脑功能的高度专门化。斯佩里的科学发现的重大意义体现在以下几方面。

一是确立胼胝体的传递功能，证伪“胼胝体无作用说”。胼胝体并不是像传统观点认为的那样，“只是脑的支持物”，而是起着两半球之间传递信息的决定性作用。这样，肼胝体在完整大脑中的作用终于由斯佩里弄清楚了。

二是发现了右半球优势功能，匡正右半球劣势观点。斯佩里及其同事对“分离脑”病人进行的一系列单侧性试验，表明大脑左半球长于语言和计算。大脑右半球虽不擅说写，但对语言和字义仍有相当的理解。它对空间的识别，对音乐、艺术、情绪的感知，则优于大脑左半球。

三是辩证地提出意识的分离和统一，反对右半球无意识的观点。

7.网格细胞与定位细胞

我们人类究竟是怎么知道我们所处的位置，又是怎么知道我们将怎么样去某个地方的呢？我们的定位机制究竟是怎样的呢？

1971年，约翰·奥基夫(John O´Keefe)发现了构成这一体系的第一个组成部分。他在大脑一个名叫海马体区域发现一种特殊的神经细胞，当实验小鼠在房间内的某一特定位置时其中一部分这样的细胞总是显示激活状态。而当小鼠在房间内的其他位置时，另外一些细胞则显示激活状态。奥基夫认为这些是“位置细胞”，它们构成了小鼠对所在房间的地图。

2005年，May-Britt Moser和Edvard Moser夫妇发现大脑定位机制的另外一项关键组成部分。他们识别出另外一种神经细胞，他们将其称之为“网格细胞”，这些细胞产生一种坐标体系，从而让精确定位与路径搜寻成为可能。他们随后进行的研究揭示了位置细胞以及网格细胞是如何让定位与导航成为可能的。

John O´Keefe以及May -Britt Moser 和Edvard Moser夫妇的发现解答了一个困扰哲学家和科学家们长达数个世纪的谜团——大脑究竟如何创建一个有关自身周围空间位置的地图？我们又究竟如何能够在复杂的环境中找到方向？

对位置的感知以及判断方向的能力是我们生存的基础。对位置的感知构成我们在环境中对自身所处地点的知觉。而在行进的过程中，我们将基于运动状态给出的距离判断与有关先前位置的信息结合了起来。

8.神经胶质细胞的新作用

神经胶质细胞的口碑不佳。胶质细胞虽有突起，但不具轴突，也不产生动作电位，它们并不像神经元那样传递电信号，在哺乳类，二者的比例约为十比一。一个世纪以来科学家忽略了大量存在的这类大脑细胞，只将它们当作维护日常工作的包裹物质来对待。

然而，新的成像方法终于给了科学家研究胶质细胞的机会，他们发现，在记忆和学习等重要的大脑功能中，神经胶质细胞起着关键作用。“这是个全新的领域。神经胶质细胞更为复杂和多样，并不像神经元，“他指出，“胶质细胞的作用不同于神经元，这意味着，我们必须了解它们。”

也许，人类大脑很多未解之谜就在这种曾被低估的细胞之中。

9.大脑并不是一成不变的

很久以前，人们认为大脑是一成不变的，人们认为大脑是从人很小的时候就已经停止发展，所以，可以认为是人终生不变的部位。

但是，人们通过生活和实验逐渐发现，实际情况并不是如此。

《跨国战争老兵杂志》曾经登过这样一个故事,有一位住在伊利诺伊州Jacksonville镇的老人,在医院工作时,常常细心地把截下的断肢包好,保证肢体的舒展。他说他认识的一个人因为截肢后幻觉肢剧痛不止,最后不得不把已埋下的肢体挖出来,使肢体平展。那以后,痛感消失了。

幻肢疼现象在各国民间均有出现，尽管肢体已经被截掉，但是截肢者仍然能感觉到那个已不存在的肢体在痒、痛、冷暖和扭转等，并且常常还能够按照人的意愿自由移动，和身体还有协调感，仿佛属于人体的一部分。

目前一种流行的说法是，大脑中有专门司职各个运动器官的皮层。举个例子，如果患者的手部被截去，那么随着大脑皮层的重组，司职面部的皮层就有可能会“侵占”原来手部的皮层，造成人们的感觉错觉，当刺激到面部时，就有可能会误以为手部还在，产生幻肢痛。这也从侧面上印证了大脑存在可塑性。

Gopnick等人在1999年描述神经元为增长的相互交流的电话线。诞生之后，一个新生儿的大脑收到许多来自婴儿感官的讯息。这感觉讯息必须设法被送回能将它处理的大脑。为此，神经细胞必须相互连接，把神经冲动传送到大脑。新生儿的基因指示一条路径让信息从一个特别的神经细胞去大脑的正确的地区。例如，视网膜的神经细胞将神经冲动传送到大脑枕叶主要视觉区，而不传送到脑中颞叶的语言产生区（韦尼克氏区）。这个基本的干线已经被建立，但是精确的从一个房子到另一个房子的连接线需要另外的信号。

在出生后的最初几年，大脑迅速生长。随着每个神经元成熟时，它发出多个分支（轴突，发送讯息，及数突，接受讯息），增加突触接触的数量和铺设挨家挨户，或者在大脑情况下，从神经元到神经元间具体的连接。出生时，在大脑皮质里的每个神经元有大约有2,500个突触。当一个婴儿2到3岁时，突触的数量大约是每神经元15,000个突触(Gopnick, et al., 1999). 这数量大约是平均成年人的大脑的两倍。当我们变老时，旧连接透过叫突触修剪的过程删除。

加拿大蒙特利尔大学科学家发现，大脑具有惊人的可塑性，正常情况下与眼睛相连的视觉信息处理与空间感知脑区，也能与声音信息形成重新连接，因此一些先天性失明的盲人能通过声音来感知空间，实现以耳代目.

蒙特利尔大学医学研究中心柯利根认为，这证明大脑具有惊人的可塑性，而可塑性是指大脑由于阅历经验变化而发生变化的能力。大脑中有专门的脑区用于空间处理，即使一个人刚出生就失明，他的大脑也非常灵活，可以让神经元周围的微环境发展变化，使神经元拥有并执行一些新功能。

来自伦敦大学国王学院的科学家们于2015年通过研究发现了一种新型分子开关，其可以帮助控制应对神经网络活性改变的神经元的特性，该项研究刊登于国际杂志Science上，相关研究表明大脑中的“硬件”是可协调的，而且对于理解基本的神经科学原理提供了一定帮助，也为后期开发治疗神经性障碍比如癫痫症的新型疗法提供了希望。