大腦簡史（1）-歷史上的大事件

能夠上天入地，卻不知道自己的大腦，筆者認為這是很多人的疑惑。隨著科技的發展，我們能夠延伸到的地方越來越多，無論是伸手不見五指的海底，還是扶搖直上九萬里的浩渺星空，都已經出現了人類的蹤跡，可是，每天陪伴我們的「大腦」，我們卻不是很清楚。其實，這個最神秘的地方並不神秘，筆者就先從歷史上的大事件來揭開大腦神秘的面紗。

1.笛卡爾－我思故我在

笛卡爾是法國著名的哲學家、物理學家、數學家、神學家，一生成就碩果累累，笛卡爾是17世紀及其後的歐洲哲學界和科學界最有影響的巨匠之一，被譽為「近代科學的始祖」。

有的人可能有疑惑，笛卡爾又和我們的大腦有什麼關係呢？關鍵就在於他的名言－我思故我在。

在笛卡爾的哲學中，懷疑是很重要的。「我們不能充分相信自己的感覺」。他認為『我』是獨立於肉體的，在思維上的東西，將思維與身體分離開。就像他的原話：這些人被組成，就像我們一樣，有一個身體和一個靈魂。首先我必須描述人體自身；然後靈魂，再次對自己；最後出示這兩個怎樣必須被結合和統一起來構成類似於我們的人。

笛卡爾認為在人的大腦中有個部位叫松果體，它是靈魂的主要位子並且是我們所有想法的形成的地方。原因如下：（1）松果體是整個大腦中唯一的單體部位。我們用兩隻眼來看世界，兩隻耳朵來聽世界，大腦的一切都是對稱的，只有松果體例外，所以必須是共同感覺的源泉，是靈魂的主要位子（2）松果體小，輕，易於移動，腦垂體雖然小、不可分割和位於中線，因為它在大腦的外面和完全無法移動因此不是靈魂的位子，而小腦的突瓣（笛卡爾稱為附屬物）是不合適的候選因為它可分割成兩半。

笛卡爾第二個有趣的觀點是涉及記憶方面的。笛卡爾認為記憶可能不只存儲在大腦半球，而且也存在松果腺和肌肉中。而且，他認為運動的形式有兩種，一種是涉及到松果體，一種不涉及到松果體，即反射。由此可見，松果體在笛卡爾的哲學中佔了相當重要的地位。有人開玩笑的說"如果笛卡爾今天還活著，他一定在負責研究醫院的CAT和PET掃描機"。

我們今天明白，松果體是內分泌腺體，位於間腦腦前丘和丘腦之間。是人「生物鐘」的調控中心，它能分泌褪黑色素，而褪黑素的分泌受光照影響，所以松果體的活動受光照影響強烈。

笛卡爾既不是第一個也不是最後一個寫了關於松果體的哲學家，但他給松果體附加了比任何其他哲學家都更重要的東西。直到今日，松果體仍然在被科學家研究，甚至有完全獻給它的雜誌，《松果體研究雜誌》。

2.顱相學

德國解剖學家弗朗茲·約瑟夫·加爾（Franz Joseph Gall）於1796年提出了顱相學，他認為人的心理與特質能夠根據頭顱形狀確定。

加爾從小就喜歡觀察人的外表（尤其是顱骨外表）同心理的關係。例如，他根據個人長期的個案觀察，發現眼睛明亮的人，一般記憶力較好；頭骨隆起的人，可能象徵著貪婪的腦機能，是監獄中扒手的特徵等。後來他歸納出42種人不同的功能。按照他的邏輯，看一個人是什麼類型的人，只需要摸一下大腦的形狀就可以了。

值得一提的是，加爾的顱相學從來沒有獲得學術界的認可，倒是老百姓很認可他的觀點，在19世紀的民間，一度流傳很廣，直到20世紀初才慢慢絕跡。

3.蓋奇－天上掉下的不都是蘋果

不是所有從天上掉下的都是蘋果，也不是所有被砸的人都是牛頓。1848年，菲尼亞斯·蓋奇（Phineas Gage），一個鐵路工人，在施工現場被一根鐵棒擊穿了大腦，鐵棒從大腦前額穿進去，從頭頂穿出來。蓋奇當場暈倒，同事們立即叫來醫生，令人驚奇的是，他不但沒有死，還恢復了意識，幾分鐘後就離開了現場。

就當大家都以為蓋奇奇蹟般的康復的時候，蓋奇顯示出了和之前截然不同的性格，以前，菲尼亞斯是個願意合作而友善的人，而現在他卻變得專橫、優柔寡斷、傲慢、頑固、對旁人漠不關心，愛罵人，懷有敵意而且自私。他的同事都說：這不再是我們認識的蓋奇了。最終，他離開了在鐵路上的工作，到處遊盪，最終成為集市上一個行為怪誕的人而了卻了他的餘生。死後，他的頭顱被保留下來，經過後來的X射線證實，額葉腦區部分受到了巨大的破壞。

對於蓋奇來說，這是一場徹頭徹尾的悲劇，人生軌跡因此急轉直下。可對於科學史來說，卻是一件有意義的事情，它讓人們逐漸思考，是不是大腦的某一特定部位受損會引起某些特定行為的缺失，這是科學思維模式的改變。

4.布羅卡和韋尼克

1861年，就在蓋奇去世一年後，法國醫生布羅卡（Broca）發現了特殊的現象，一個病人除了嚴重的語言缺陷外，其它似乎一切正常。他能夠完美的認識和理解語音，但他只能發出一個音「tan」。病人去世後，布羅卡通過屍檢發現在患者接近左耳的大腦區域，就是左顳葉的部位，出現了損傷，後來，他又做了大量的實驗調查，發現大腦左側顳葉特定區域受損的病人，都會出現與tan類似的癥狀，這個區域也被稱為布羅卡區，這種病症被稱為布羅卡失語症。

1874年，德國醫生韋尼克（Wernick）描述了有相反問題的患者，能夠清楚的表達，卻不能理解書面和口頭的語言，往往能夠流利的說，卻帶有毫無意義的詞和話，韋尼克進行屍檢，發現距離左顳葉不遠的區域受到了損傷，這個區域後來被稱為韋尼克區。

布羅卡和韋尼克的工作是神經科學上里程碑式的發現，他們第一次明確行為障礙問題和大腦特定區域損傷的對應關係。

5.潘菲爾德的侏儒圖

20世紀30年代，潘菲爾德（Penfield）醫生開始治療癲癇病，治療的方法是腦外科手術，去掉部分頭骨和暴露大腦。手術時，他注意到，當用電極刺激皮層的某一部分時，身體的不同部位會回應，他意識到，可以在皮層的特定區域和人體之間繪製一對一的粗略的對應圖。今天仍然在原封不動的使用他繪製的對應圖，在圖中，你可以看到，大腦的哪一區域大致控制哪種功能，以及每個功能的重要程度。例如，我們的手和臉部在大腦的感覺皮層中占的面積很大，這說明這兩個部位對於我們的生活是十分鐘重要的。而我們的背部和腿部對應的感覺皮層面積很小。他在1951年發表了他的結果，這些結果產生了我們對大腦了解的另一個轉變。

如果按照這個模型的比例來縮放的話，就會得到一個面部肥厚，手部強健，軀幹瘦小的小矮人，又稱侏儒圖。

6.斯佩里的裂腦實驗

美國神經生理學家羅傑·斯佩里由於對大腦半球研究的貢獻，獲得1981年諾貝爾生理學或醫學獎。

他是治療癲癇的醫生，通過切除連接兩個大腦半球的胼胝體，使他們不再溝通和連接身體左側和右側的信息。這通常停止反饋迴路和癲癇發作。之後並沒有明顯的後遺症。但他注意到了一些異常。

有一個病人想用一隻手擁抱他的妻子，卻發現另一隻手在做完全不同的事情，他遞了一個鉤子到她的臉上。還有一個人在晚上睡覺時難以入眠，認為他的另一隻反叛的手會掐死他。

斯佩里在詳細研究後得出結論：在一個單一的大腦內可能存在著兩個不同的意識，他寫道：左半球和右半球可能是同時有意識的，兩種思維是不同的，思維的體驗是平行運行的。

斯佩里通過大量的比較實驗所取得的科學發現，突破了許多傳統的理論，科學地解釋了大腦功能的高度專門化。斯佩里的科學發現的重大意義體現在以下幾方面。

一是確立胼胝體的傳遞功能，證偽「胼胝體無作用說」。胼胝體並不是像傳統觀點認為的那樣，「只是腦的支持物」，而是起著兩半球之間傳遞信息的決定性作用。這樣，肼胝體在完整大腦中的作用終於由斯佩里弄清楚了。

二是發現了右半球優勢功能，匡正右半球劣勢觀點。斯佩里及其同事對「分離腦」病人進行的一系列單側性試驗，表明大腦左半球長於語言和計算。大腦右半球雖不擅說寫，但對語言和字義仍有相當的理解。它對空間的識別，對音樂、藝術、情緒的感知，則優於大腦左半球。

三是辯證地提出意識的分離和統一，反對右半球無意識的觀點。

7.網格細胞與定位細胞

我們人類究竟是怎麼知道我們所處的位置，又是怎麼知道我們將怎麼樣去某個地方的呢？我們的定位機制究竟是怎樣的呢？

1971年，約翰·奧基夫(John O′Keefe)發現了構成這一體系的第一個組成部分。他在大腦一個名叫海馬體區域發現一種特殊的神經細胞，當實驗小鼠在房間內的某一特定位置時其中一部分這樣的細胞總是顯示激活狀態。而當小鼠在房間內的其他位置時，另外一些細胞則顯示激活狀態。奧基夫認為這些是「位置細胞」，它們構成了小鼠對所在房間的地圖。

2005年，May-Britt Moser和Edvard Moser夫婦發現大腦定位機制的另外一項關鍵組成部分。他們識別出另外一種神經細胞，他們將其稱之為「網格細胞」，這些細胞產生一種坐標體系，從而讓精確定位與路徑搜尋成為可能。他們隨後進行的研究揭示了位置細胞以及網格細胞是如何讓定位與導航成為可能的。

John O′Keefe以及May -Britt Moser 和Edvard Moser夫婦的發現解答了一個困擾哲學家和科學家們長達數個世紀的謎團——大腦究竟如何創建一個有關自身周圍空間位置的地圖？我們又究竟如何能夠在複雜的環境中找到方向？

對位置的感知以及判斷方向的能力是我們生存的基礎。對位置的感知構成我們在環境中對自身所處地點的知覺。而在行進的過程中，我們將基於運動狀態給出的距離判斷與有關先前位置的信息結合了起來。

8.神經膠質細胞的新作用

神經膠質細胞的口碑不佳。膠質細胞雖有突起，但不具軸突，也不產生動作電位，它們並不像神經元那樣傳遞電信號，在哺乳類，二者的比例約為十比一。一個世紀以來科學家忽略了大量存在的這類大腦細胞，只將它們當作維護日常工作的包裹物質來對待。

然而，新的成像方法終於給了科學家研究膠質細胞的機會，他們發現，在記憶和學習等重要的大腦功能中，神經膠質細胞起著關鍵作用。「這是個全新的領域。神經膠質細胞更為複雜和多樣，並不像神經元，「他指出，「膠質細胞的作用不同於神經元，這意味著，我們必須了解它們。」

也許，人類大腦很多未解之謎就在這種曾被低估的細胞之中。

9.大腦並不是一成不變的

很久以前，人們認為大腦是一成不變的，人們認為大腦是從人很小的時候就已經停止發展，所以，可以認為是人終生不變的部位。

但是，人們通過生活和實驗逐漸發現，實際情況並不是如此。

《跨國戰爭老兵雜誌》曾經登過這樣一個故事,有一位住在伊利諾伊州Jacksonville鎮的老人,在醫院工作時,常常細心地把截下的斷肢包好,保證肢體的舒展。他說他認識的一個人因為截肢後幻覺肢劇痛不止,最後不得不把已埋下的肢體挖出來,使肢體平展。那以後,痛感消失了。

幻肢疼現象在各國民間均有出現，儘管肢體已經被截掉，但是截肢者仍然能感覺到那個已不存在的肢體在癢、痛、冷暖和扭轉等，並且常常還能夠按照人的意願自由移動，和身體還有協調感，彷彿屬於人體的一部分。

目前一種流行的說法是，大腦中有專門司職各個運動器官的皮層。舉個例子，如果患者的手部被截去，那麼隨著大腦皮層的重組，司職面部的皮層就有可能會「侵佔」原來手部的皮層，造成人們的感覺錯覺，當刺激到面部時，就有可能會誤以為手部還在，產生幻肢痛。這也從側面上印證了大腦存在可塑性。

Gopnick等人在1999年描述神經元為增長的相互交流的電話線。誕生之後，一個新生兒的大腦收到許多來自嬰兒感官的訊息。這感覺訊息必須設法被送回能將它處理的大腦。為此，神經細胞必須相互連接，把神經衝動傳送到大腦。新生兒的基因指示一條路徑讓信息從一個特別的神經細胞去大腦的正確的地區。例如，視網膜的神經細胞將神經衝動傳送到大腦枕葉主要視覺區，而不傳送到腦中顳葉的語言產生區（韋尼克氏區）。這個基本的幹線已經被建立，但是精確的從一個房子到另一個房子的連接線需要另外的信號。

在出生後的最初幾年，大腦迅速生長。隨著每個神經元成熟時，它發出多個分支（軸突，發送訊息，及數突，接受訊息），增加突觸接觸的數量和鋪設挨家挨戶，或者在大腦情況下，從神經元到神經元間具體的連接。出生時，在大腦皮質里的每個神經元有大約有2,500個突觸。當一個嬰兒2到3歲時，突觸的數量大約是每神經元15,000個突觸(Gopnick, et al., 1999). 這數量大約是平均成年人的大腦的兩倍。當我們變老時，舊連接透過叫突觸修剪的過程刪除。

加拿大蒙特利爾大學科學家發現，大腦具有驚人的可塑性，正常情況下與眼睛相連的視覺信息處理與空間感知腦區，也能與聲音信息形成重新連接，因此一些先天性失明的盲人能通過聲音來感知空間，實現以耳代目.

蒙特利爾大學醫學研究中心柯利根認為，這證明大腦具有驚人的可塑性，而可塑性是指大腦由於閱歷經驗變化而發生變化的能力。大腦中有專門的腦區用於空間處理，即使一個人剛出生就失明，他的大腦也非常靈活，可以讓神經元周圍的微環境發展變化，使神經元擁有並執行一些新功能。

來自倫敦大學國王學院的科學家們於2015年通過研究發現了一種新型分子開關，其可以幫助控制應對神經網路活性改變的神經元的特性，該項研究刊登於國際雜誌Science上，相關研究表明大腦中的「硬體」是可協調的，而且對於理解基本的神經科學原理提供了一定幫助，也為後期開發治療神經性障礙比如癲癇症的新型療法提供了希望。