顾凡及：我们只窥测了人脑奥秘的冰山一角

7月27日，复旦大学生命科学学院的顾凡及教授做客第21期行知读书会，与现场观众一起分享脑科学研究的种种趣事。

大脑就如同镶嵌在人类身体上“小宇宙”，虽然只有三磅重量，却和浩瀚无垠的宇宙一样神秘、复杂。

谈功能：“整体论”与“功能定位论”之争

顾凡及首先从人脑的“整体论”与“功能定位论”之争开始谈起。他指出，探索人类心智的奥秘涉及到一个具体问题——当人们想做一件事时，是需要整个脑的参与，还是只要部分脑的参与就能实现？

事实上，这一争论肇始于18世纪末。当时有一位叫加尔的奥地利医生，通过广泛观察和经验积累发现，人的大脑由许多不同部位组成，不同的部位执行着不同的功能。

比如鼓着“金鱼眼”的人记忆力超群，颞骨突出的人喜欢虐待动物，诗人在写诗的时候喜欢摸头的部位和创造力有关……于是加尔认为，个人生理上的脑发育差异影响了个体心智的形成，并表现在颅骨的形状上。这最后一点人们现在知道是没有科学根据的。

此后，也有支持“整体说”的科学家通过“鸽脑实验”观察到，切割不同部位的脑子对鸽子行为并不产生显著影响。

直到法国医生布鲁卡通过对有语言问题的病人进行病例观察，和对尸体进行解剖才发现，大脑中某一区域受伤会导致语言表达机能的缺失，这说明人的大脑皮层是有功能定位的。德国科学家韦尼克则发现，有一种病人虽然会说话，却总是胡言乱语，这是由于大脑中某部分的损伤造成了严重的理解力缺失。后来人们把这部分大脑称为韦尼克区。

“如果说大脑皮层中的布鲁卡区控制着人类语言的表达能力，那么与之相对，韦尼克区则掌管着语言理解的技能。”顾凡及总结道，这两个例子充分证明了大脑的不同部位各司其职、分工合作，承担着不同的心智功能，但这并不意味着每一块脑区都孤立存在。

今天科学家一般倾向于认为，除了十分简单的功能可以定位到某小块脑区，绝大多数复杂的功能都需要若干脑区协同配合。

活动现场

谈结构：“网状学说”与“神经元学说”之争

随后，顾凡及向现场读者抛出了第二个问题，大脑结构是什么样的？是由一个个相对独立的细胞组成，还是一张彼此交通互联的“网”？关于这个问题，1906年诺贝尔医学奖的两位得主——高尔基和卡哈尔曾进行过针锋相对的激烈争论。

在此之前，科学家们一直没有找到很好的方法去观测神经系统的细胞结构，人们始终无法确认神经细胞的真实形态，由此也诞生了两个学说——网状学说和神经元学说。

网状学说支持者认为，神经系统中包含一个完整、连续的网状结构，中间不存在断点，也不存在任何“独立神经细胞”；而神经元学说的信徒则坚称，神经组织是由单一神经元组成，两个神经细胞之间通过突触彼此连接。

19世纪下半叶，意大利生理学家卡米洛·高尔基通过硝酸银染色法，第一次观察到神经纤维的走向。他将脑子固化后放入硝酸盐溶液，经过染色切片后发现，上面有许多花纹彼此连接，就类似心血管一样组成一张网，中间还有一些膨起的地方。从此，高尔基成为网状学说的领军人物。

另一位西班牙科学家拉蒙·卡哈尔自小喜欢绘画，受到作为医学院老师的父亲影响，他在医学绘图上展现了惊人的天分。在那个显微照相机还未诞生的年代，卡哈尔凭借高超的绘画能力将神经细胞的精细结构栩栩如生地记录下来。综合了其他发现后，他提出每个神经细胞都是独立存在的，神经细胞的轴突与其他细胞之间存在缝隙而非紧密连接。

一直到20世纪50年代电子显微镜问世以后，人们才最终确定神经元学说的正确性。但高尔基的说法也不完全错误，人体内的神经细胞的确是相互分隔的，但也有少数细胞彼此连通，分隔处有蛋白质将两个细胞打通，一个细胞中的物质可以流到另一个细胞中去。

顾凡及告诉现场读者：“科学上有时会有两个‘学说’打架的情况，好似不相容，但到最后往往会发现，一个占主导地位但另一个也不完全错。所以我们的头脑要保持开放，凡事不要太绝对。”

谈视错觉：你看见的东西不一定存在，只是大脑认为它存在

俗话说，眼见为实，人们通常会笃信眼前看到的就是真实存在。但诺贝尔奖得主弗朗西斯·克里克却给出了另一种解释，你看到的东西并不一定就是你看到的那样，而是你的大脑重新构建的结果。

“看”是一个主动的构建过程，人的大脑可以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。进化可以确保大脑在一般情况下成功完成此类任务。但情况并非总是如此。

顾凡及提到，心理学家之所以热衷于研究视错觉，就是因为视觉系统的部分功能缺陷，恰恰能为揭示该系统的组织方式提供某些有用的线索。也就是说，产生错觉也有好处，那就是使我们知道正常的视觉是怎么来的。

顾凡及谈到了幻觉与错觉的区别，他介绍说：“幻觉就是没有输入，没有任何刺激，但你的脑中好像看到有什么东西、听到什么东西，这是幻觉；而错觉是确实受到了某种刺激，只是人眼中看到的和真实的图景不一致。”

随后，他向现场观众展示了一系列会让大脑产生视错觉的图片，介绍了马赫带、赫尔曼格点、埃姆斯“魔屋”、卡尼萨三角等视觉奇观的生理成因。比如在两块明暗不同但每块内部亮度均匀的区域的边界处，观察者会感到在亮侧有一条特别亮的线；而在暗侧则有一条特别暗的线，这是由于视觉系统的神经细胞与神经细胞之间有相互抑制作用的缘故；

又比如在“魔屋”里，如果两个身高相同的人走向房间的左右两角，会产生明显的视觉高度差异，当一个人从屋后的一侧走向另一侧时，会产生身材在不断变大或缩小的错觉，这是因为“魔屋”后壁是倾斜的，而观察者由于视野的局限而误以为后壁两角离观察者距离一样，从而把离得近的人当作比离得远的人要高大得多。

谈记忆：记忆存放于整个大脑，还是某具体部位？

20世纪上半叶，美国科学家拉什利曾经利用小白鼠做实验，研究生物记忆究竟是存在于整个大脑还是脑中的某个部位。拉什利将小白鼠放入一个迷宫中，通过破坏鼠脑的不同部分观察小白鼠犯错误的概率。实验结果是，大脑被破坏的面积越大，犯错误越多，记忆性越差，由此认定记忆应当存放于整个大脑中，与其所在部位关系不大。

到了20世纪50年代，亨利·莫莱逊的病例彻底推翻了此前被广泛接受的研究结果。莫莱逊小时候在外玩耍，曾被自行车撞了一下，导致脑受损引发癫痫，医生认为癫痫的病灶出在颞叶内侧的海马体上，于是通过手术将两侧海马切除，但直接引发的后遗症就是他再也记不住任何手术后发生的事。

奇妙的是，他仍能学会新的技巧，比如在只能看到镜子里的手和五角星的情况下，把五角星描下来。人们通过莫莱逊的病例发现，人的记忆分为两种，一种是陈述性记忆（包括经历、知识和空间记忆），海马体受损会直接导致不能把短时的陈述性记忆转化成长时记忆；另一种是程序性记忆，就是技巧，而技巧的掌握与海马体的好坏无关。

无独有偶，莫莱逊的故事并非孤例，顾凡及还为现场观众讲述了失忆病人韦尔林的故事。

英国音乐家韦尔林在钢琴演奏上具有很高的造诣，但因为一次脑炎，损坏了大脑两侧的海马体。与莫莱逊类似，他将生病以后的事情全都忘记了，但仍然保持着高超的钢琴技巧。在日记中，他将自己每一时刻的状态都如实记录下来，每一次他都认为只有在写的时候自己才是清醒的，但他却不知自己曾经做出过无数次相同的判断。因此，他没有过去和未来，对于他来说——“永远是今天”。

顾凡及指出，人类脑科学的研究看似进展迅猛，实际只是窥测了人脑奥秘的冰山一角，“比起一百年前，我们的确知道的多得多了，但是我们不知道的比我们知道的还要多得多。脑科学是一个尚有待开发的大陆，等待有志者进一步探索。”