人類的大腦是已知宇宙中最為復(fù)雜的結(jié)構(gòu),是生物進(jìn)化的最高產(chǎn)物。迄今,人們對(duì)大腦這個(gè)領(lǐng)域尚有許多未解之迷。探索大腦的奧秘,正日益引起人們的重視。
一、
17世紀(jì)英國(guó)解剖學(xué)家威利斯(Wills.T,1621一1675)是近代最早對(duì)腦進(jìn)行研究的學(xué)者,他追蹤了通向腦的神經(jīng),根據(jù)實(shí)驗(yàn)繪制了腦圖,把特定的功能分派給不同的腦區(qū)。18世紀(jì)瑞士生理學(xué)家哈勒(Ha-ller.A.von1708-1777)完成了有關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)功能的決定性發(fā)現(xiàn),他證實(shí)腦通過神經(jīng)接受感覺信息,并通過神經(jīng)傳送沖動(dòng)引起諸如肌肉收縮那樣的反應(yīng)。他推測(cè)所有神經(jīng)都到中央的接合站。
19世紀(jì)初維也納醫(yī)學(xué)家加爾(Gall.F.J.1758-1828)首先把注意力集中到腦表面的“灰質(zhì)”,他認(rèn)為既然皮質(zhì)的特定部位精神活動(dòng)的特殊性質(zhì)有關(guān),于是,他測(cè)推人腦特定部位的發(fā)達(dá)程度將反映一個(gè)人的性格或智力。他的學(xué)生和合作者施普茨海姆(Spurzheim1776-1832)對(duì)加爾的頭蓋說進(jìn)行了增補(bǔ)和修訂,創(chuàng)用了顱相學(xué)(phrenology)這一名詞。
法國(guó)生理學(xué)家弗盧朗(Flourens.M.JP.1791-1867)強(qiáng)烈反對(duì)顱相學(xué),他認(rèn)為心理功能不是依賴于腦的特殊部位,腦是作為整體而發(fā)揮其功能的。
正當(dāng)加爾與弗盧朗兩派爭(zhēng)執(zhí)不下時(shí),法國(guó)外科醫(yī)師布洛卡(Broca,P.P.1820-1880)于1861年獲得了一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)。他證實(shí)了腦額葉病變是失語癥的原因。并提出“我們用左大腦半球說話。,不久,其他作者也報(bào)告并支持了這個(gè)觀點(diǎn)。
19世紀(jì)后期,由于發(fā)明了神經(jīng)組織固定法和染色法,以及神經(jīng)組織學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)的不同區(qū)域是由不同細(xì)胞成分組成的,感覺區(qū)是由顆粒細(xì)胞組成,運(yùn)動(dòng)區(qū)是由錐體細(xì)胞組成。由此推想,不同的結(jié)構(gòu)意味著它們具有不同的功能。
19世紀(jì)后半葉到20世紀(jì)電生理學(xué)與腦外科學(xué)的發(fā)展,為探索腦的奧秘提供了兩把鑰匙。1786年意大利學(xué)者伽伐尼(Galvani.L.1737-1795)發(fā)現(xiàn)生物電現(xiàn)象,此后學(xué)者們證實(shí)一切生命活動(dòng)都伴隨著電現(xiàn)象。1870年間,德國(guó)的弗里奇(Fritsch.G)和希齊格(Hitzig.E)以直流電刺激狗腦的右半球前額區(qū),狗的左腿出現(xiàn)運(yùn)動(dòng),當(dāng)刺激狗腦的左半球前額區(qū),狗的右腿出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于埋藏在大腦兩半球下面的間腦,前述的方法則難以深入了。瑞典生理學(xué)家赫斯(Hess.W.R.1881-1973)發(fā)明了微電極技術(shù),即是用極為精細(xì)的金屬絲作電極,插入貓腦內(nèi)尚待研究的部位,待動(dòng)物傷愈合,在清醒的狀態(tài)下,用弱電流來刺激動(dòng)物間腦的下丘腦。赫斯通過大量的實(shí)驗(yàn)研究,畫出了間腦各部控制機(jī)能的代表點(diǎn)。
本世紀(jì)50年代,加拿大的彭菲爾德(Penfield.W.G.1891-1976)及其同事在蒙特利爾神經(jīng)研究所對(duì)大腦進(jìn)行了廣泛的研究。彭菲爾德用電流刺激大腦皮層的不同部位,繪出了大腦皮質(zhì)感覺區(qū)和運(yùn)動(dòng)區(qū)的機(jī)能定位圖。圖中肢體所占的比重與人體實(shí)際器官的大小是不一致的,而是與使用程度成正比。
人們逐步揭開了大腦皮層各部位的功能。但是,仍然有很大一部分皮質(zhì)部位沒有明晰的分工和顯而易見的功能。有明確功能的投射區(qū),僅占大腦皮質(zhì)的四分之一區(qū)域,人的頂腦有四分之三以上屬于聯(lián)絡(luò)區(qū)?？傊?/span>,大腦皮層的機(jī)能遠(yuǎn)較我們最早發(fā)現(xiàn)的功能定位來的復(fù)雜。學(xué)者們指出,人腦與其它靈長(zhǎng)類在腦結(jié)構(gòu)上的差別,是人腦存在有“聯(lián)絡(luò)區(qū)”,聯(lián)絡(luò)區(qū)能分析來自外界的信息,并能促進(jìn)學(xué)習(xí),這些都是屬于人類所特有的優(yōu)越性。
腦科學(xué)的發(fā)展,使一些學(xué)者相信大腦既有分工,又有合作,即使象動(dòng)一下食指那樣簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng),也需要幾百萬個(gè)布滿在腦的兩半球上的神經(jīng)細(xì)胞的和諧合作和腦各部分的積極參與。 近年來用正電子層析攝影技術(shù)研究大腦時(shí)發(fā)現(xiàn),如看一種顏色,聽一首樂曲,大腦的許多區(qū)都同時(shí)參與工作。許多實(shí)驗(yàn)證明,腦的定位不是絕對(duì)的,而是相對(duì)的,可以變化的。
二、
麻醉技術(shù)和腦外科手術(shù)的發(fā)展,為解開大腦之迷打開了方便之門。1933年耶魯醫(yī)學(xué)院的富爾頓(Folton)和雅各布森(Jacobson)開始用猩猩作實(shí)驗(yàn)。他們對(duì)兩只名叫貝基和露西的猿猴作實(shí)驗(yàn),開始切除每一只猿的一個(gè)半球的前額區(qū),手術(shù)后它們的反應(yīng)仍然和以前一樣。后來,他們又把每只猿的另一半球前額區(qū)切除了,這時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重大變化,即是原來這兩個(gè)黑猩猩在未切除額葉前,若做了錯(cuò)誤的選擇而得不到食物時(shí),往往會(huì)出現(xiàn)大吵大鬧,自從切除了兩側(cè)額葉后,從此就不再發(fā)脾氣了。1935年他們把這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果在倫敦醫(yī)生會(huì)議上報(bào)告后,立即引起來自里斯本的神經(jīng)學(xué)家莫尼茲(Moniz.A.E.)的興趣。當(dāng)即提出:“為什么不認(rèn)為這項(xiàng)外科手術(shù)對(duì)解脫人的憂慮狀態(tài)是可能的呢?”同年莫尼茲得到了神經(jīng)外科醫(yī)生利馬(Lima.A.)的合作,在葡萄牙對(duì)50個(gè)無望的精神病人作了手術(shù)。他們切斷了前額區(qū)與腦干丘腦中心之間的通路,因?yàn)楸磺懈畹氖前踪|(zhì)纖維,因此稱之為前額白質(zhì)切除術(shù)。不管這項(xiàng)手術(shù)的治療機(jī)理是什么,嚴(yán)重的精神病患者經(jīng)手術(shù)治療,變成了近似馴服的人。但是,有些病人發(fā)生了有害的人格改變,出現(xiàn)自私,不關(guān)心道德責(zé)任,粗魯?shù)呐e止和情緒,以及不能預(yù)見行動(dòng)的后果。戰(zhàn)爭(zhēng)和事故也提供了成千上萬的腦外傷病人,切除腫瘤和其它患病額葉組織也給外科醫(yī)生提供了手術(shù)的機(jī)會(huì)。醫(yī)生們發(fā)現(xiàn)額葉受傷者缺乏想象和分析判斷能力,這類病人一旦遇到新的情況,往往缺乏應(yīng)變能力。他們對(duì)抽象事物缺乏推理能力,缺少個(gè)性和自由意志等特性。額葉雖然不執(zhí)行感覺和運(yùn)動(dòng)機(jī)能,但是,它在很大程度上參與了每一個(gè)復(fù)雜的行為過程?；蛟S它承擔(dān)了最高行政機(jī)構(gòu)的作用。
20本世紀(jì)50年代,美國(guó)加利福尼理工學(xué)院的斯佩里(Sperrs.R.W.1913一)取得了重大進(jìn)展。斯佩里開始時(shí)用貓與猴子作實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,成功地將連結(jié)動(dòng)物大腦兩半球的神經(jīng)纖維全部切斷,建立了裂腦動(dòng)物的模型。在斯佩里裂腦動(dòng)物手術(shù)的啟發(fā)下,洛杉磯神經(jīng)外科醫(yī)生博杰(Bogen.J)與沃格爾(Vogel.P)試用切斷大腦聯(lián)合拼服體的方法來治療癲痛患者。結(jié)果卻得到了意想不到的效果。兩半球的癲癰發(fā)作頻率和強(qiáng)度都有明顯的下降。經(jīng)過割裂腦手術(shù)治療的病人,在普通行為方面,即會(huì)話、智力、長(zhǎng)時(shí)間記憶、人品、氣質(zhì)、運(yùn)動(dòng)機(jī)能、人際關(guān)系等方面,似乎看不出有什么特殊的異常。斯佩里設(shè)計(jì)了一套特定的實(shí)驗(yàn),他采取單獨(dú)刺激分別送到大腦分隔者左右兩半球去進(jìn)行觀察。當(dāng)人們把湯匙放在裂腦人的右眼前或右手時(shí),他們都能確認(rèn)和描述它,也能讀出呈現(xiàn)在右眼的信息和完成計(jì)算問題。反之,當(dāng)同一信息給左側(cè)時(shí),他們就不能以口頭或書面作出反應(yīng)了。另一個(gè)有趣實(shí)驗(yàn)是,他們把“帽帶”(hatband)這個(gè)詞閃現(xiàn)在屏幕上,但這個(gè)詞的兩部分,其中“帽”(hat)映在左視界,“帶”(band)映在右視界?；颊咧髟V見到了單詞“帶”。很明顯,患者在詞語聯(lián)系上,其右半球設(shè)有“帽”詞的印象。當(dāng)間裂腦人是那種“帶子”時(shí),他卻不能給予明確的回答。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)里,要求裂腦人寫下他見到的一切,在箱內(nèi)他用左手寫一單詞,“帽子”但因他看不見,信息達(dá)不到控制語言能力的左半球,使人迷惑不解的是他能寫但不能進(jìn)行口頭回答。令人印象深刻的還有左半球不能處理幾何圖形,慣用右手的裂腦人用左手雖不熟練,確能精確地描寫簡(jiǎn)單的立體圖像。
斯佩里的實(shí)驗(yàn)研究,證明裂腦人有兩個(gè)意識(shí)中心,左右兩半球各有其獨(dú)立意識(shí)界、感受界、情緒界和記憶界。斯佩里闡明了左半球具有言語機(jī)能、演繹推理、抽象思維、數(shù)學(xué)計(jì)算、概念形成能力。斯佩里對(duì)過去盛行的左半球優(yōu)勢(shì)的觀點(diǎn)提出了不同的看法,他發(fā)現(xiàn)了許多較高級(jí)的功能集中在右半球,如形象的學(xué)習(xí)與記憶、圖形感覺、空間感覺、聽覺印象和理解音樂的能力,其它還包括短暫的視覺記憶和辨認(rèn)面容等能力。
通過斯佩里的研究,證明大腦兩半球具有高度專門化功能,兩半球不僅有分工,而且是互補(bǔ)的。裂腦人固然有兩個(gè)精神,但正常人只有一個(gè)精神。他指出,意識(shí)和自我意識(shí)在正常情況下是統(tǒng)、的,在結(jié)構(gòu)與功能上也都是統(tǒng)一的。只有在解剖刀把兩個(gè)腦半球的聯(lián)系切斷后,人的精神才一分為二,產(chǎn)生了兩種精神。斯佩里認(rèn)為意識(shí)是大腦的多元結(jié)合體,他反對(duì)把意識(shí)歸結(jié)或還原為神經(jīng)事件,大腦中的生理、化學(xué)、物理運(yùn)動(dòng)。這一系列的發(fā)現(xiàn),為我們了解大腦的更高級(jí)功能提供了七個(gè)全新的輪廓。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)都有重要的意義、
三、
生理學(xué)推測(cè)神經(jīng)沖動(dòng)的電特征是神經(jīng)內(nèi)的化學(xué)變化所引起和傳播的。,英國(guó)生理學(xué)家霍奇金(Hodgki,A.L1914一)、赫克斯利(Huxley.A.F.1917一)采用精細(xì)的電生理技術(shù),他們把微電極插入到槍烏賊的巨神經(jīng)纖維中,直接測(cè)量到細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差。他們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞的放電,是離子通過細(xì)胞膜的運(yùn)動(dòng)造成的。當(dāng)神經(jīng)被刺激時(shí),膜外的鈉離子流入到細(xì)胞內(nèi),于是就產(chǎn)生了一個(gè)微小的電位,這就構(gòu)成了神經(jīng)沖動(dòng)電脈沖,沿著神經(jīng)纖維把這種神經(jīng)沖動(dòng)傳遞出去。神經(jīng)沖動(dòng)的傳遞類似接力賽跑,由一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞通過突觸傳遞給另一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞。生理學(xué)家發(fā)現(xiàn),突觸傳遞消息是通過化學(xué)物質(zhì)作為媒介而實(shí)現(xiàn)的。本世紀(jì)30年代英國(guó)生理學(xué)家戴爾(Dale,H.H.1575-1965)證實(shí)副交感神經(jīng)節(jié)后末梢與其所支配的平滑肌、心肌、腺體接點(diǎn)之間,是通過它所釋放出來的乙酞膽堿(Ach)傳遞信息的。神經(jīng)與骨骼肌接點(diǎn)上,也是借助神經(jīng)末梢釋放乙酞膽堿實(shí)現(xiàn)的。而交感神經(jīng)末稍則釋放去甲腎上腺素來傳遞信息的。這種釋放出來的物質(zhì)稱之為介質(zhì)或遞質(zhì)。由此證實(shí)神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息時(shí),是通過一系列極為迅速的化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。大腦內(nèi)的化學(xué)傳遞物質(zhì)一旦發(fā)生變化,就可以影響到大腦的思維活動(dòng)。人們發(fā)現(xiàn)精神分裂癥的患者,腦內(nèi)多巴胺(DA)過多,而帕金森氏病是腦內(nèi)多巴胺減少。多巴胺是腦神經(jīng)沖動(dòng)最重要的化學(xué)傳遞物質(zhì),這種物質(zhì)能幫助控制軀體運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)中樞管理身體的肌肉。又如急性抑郁癥是由于腦內(nèi)的“單胺”物質(zhì)分解所引起的。在衰老的腦內(nèi),各類神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)生改變,如乙酞膽堿在衰老和老年性癡呆患者的腦內(nèi)減少十分明顯,特別是在大腦皮層和海馬區(qū)的細(xì)胞死亡,導(dǎo)致合成的酶活性下降。Ach是中樞參與學(xué)習(xí)和記憶的重要遞質(zhì),因此,老年人記憶力下降、思維遲鈍,這可能與腦內(nèi)乙酞膽堿含量有關(guān)。且老年人腦內(nèi)合成去甲腎上腺素(NA)的酶不斷減少,而分解多巴胺、去甲腎上腺素的酶卻不斷增加,因此影響了老年人的學(xué)習(xí)和記憶能力,造成老年人腦功能的失調(diào)與機(jī)能減退。
美國(guó)心理學(xué)家羅森茨韋克(Rosenz-wieg.M.)和他的伯克利城加利福尼亞大學(xué)的同事們,做了一系列學(xué)習(xí)期間腦變化的實(shí)驗(yàn)研究。他們馴養(yǎng)了兩群不同的試驗(yàn)鼠,一群放在單調(diào)重復(fù)貧乏無味的環(huán)境中,另一群則生活在生氣勃勃豐富多彩的環(huán)境里。后一群試驗(yàn)鼠在大腦皮質(zhì)的厚度以及腦重上有驚人的增長(zhǎng),同時(shí)在腦的化學(xué)結(jié)構(gòu)上也發(fā)生變化。美國(guó)伊諾斯大學(xué)神經(jīng)解剖學(xué)家格里諾(Greenough.W.)同他的合作者們發(fā)現(xiàn),在實(shí)驗(yàn)室里,經(jīng)八周學(xué)習(xí)訓(xùn)練后在鼠的大腦皮質(zhì)中出現(xiàn)了那種形成突觸的新神經(jīng)分析。另一群未經(jīng)類似訓(xùn)練的鼠就顯露不出這種新變化。要構(gòu)成新的突觸,就需要合成蛋白質(zhì)和核糖核酸(RNA)分子。大量證據(jù)表明,這些分子都是在學(xué)習(xí)期間在大腦里生成的。許多科學(xué)家認(rèn)為,知識(shí)就是含儲(chǔ)在腦的蛋白質(zhì)或核糖核酸內(nèi),新的信息貯存在蛋白質(zhì)和RNA按次序構(gòu)成的神經(jīng)元中。瑞典生理學(xué)家海登(Hydeny.H.)創(chuàng)用了一種技術(shù)從腦中分離出單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞,分析其RNA的含量。他發(fā)現(xiàn)大鼠處于被強(qiáng)制學(xué)習(xí)某種技巧的情況下,腦細(xì)胞RNA的含量明顯增加,它比通常方式下生活的大鼠要高12%,表明RNA與記憶學(xué)習(xí)可能有關(guān)。但是,美國(guó)弗萊克斯納夫婦(lFexner.L.B.和Flexner.J.B.)使大鼠學(xué)走迷宮,然后注射一種能干擾由RNA形成蛋白質(zhì)的物質(zhì)“嘌呤霉素”,大鼠便忘掉它們所學(xué)的東西,但大鼠腦內(nèi)RNA依然存在,而是蛋白質(zhì)分子不能形成。這種方法可使大鼠短時(shí)間的記憶忘掉,但不能使“長(zhǎng)時(shí)間的記憶”忘掉,科學(xué)家們的研究,證明學(xué)習(xí)和記憶與某些化學(xué)成分有關(guān)。美國(guó)得克薩斯州的貝勒大學(xué)醫(yī)學(xué)院的學(xué)者應(yīng)用大鼠作實(shí)驗(yàn),一般鼠的習(xí)性都是喜暗怕光的,他們的實(shí)驗(yàn)是每當(dāng)大鼠走進(jìn)暗室就給予電擊,當(dāng)大鼠吃過多次苦頭之后,教會(huì)了它們對(duì)黑暗產(chǎn)生恐懼。從這些鼠腦中提取到一種多肽類的物質(zhì),這是由14個(gè)氨基酸組成的單鏈化合物,他們把這種物質(zhì)給從未經(jīng)過訓(xùn)練的小鼠注射,注射前這些小鼠有70%時(shí)間呆在暗處,注射后呆在暗處的時(shí)間下降到只有10%,而且大多數(shù)小鼠根本拒絕進(jìn)入暗區(qū)。學(xué)者們認(rèn)為在大鼠腦內(nèi),通過集裝一氨基酸鏈,把電擊所建立的對(duì)黑暗的恐懼“編碼”組裝進(jìn)氨基酸分子,就象字母構(gòu)成了“詞”一樣,把這種信息從某一動(dòng)物傳遞給另一動(dòng)物。因此,他們認(rèn)為,有朝一日人類了解了腦的學(xué)習(xí)和記憶的化學(xué)過程,人類就可能制造出提高學(xué)習(xí)與記憶的藥物。
上述這些實(shí)驗(yàn),只能說明學(xué)習(xí)和記憶,與某些物質(zhì)有關(guān),但是,它并不能在簡(jiǎn)單的分子水平上解釋大腦中記憶的全部機(jī)制與過程。
自1924年德國(guó)精神病學(xué)家伯杰(Bergre.H.1873一1941)測(cè)得腦電圖以后,人們企圖通過腦電波來檢測(cè)人的思維活動(dòng)內(nèi)容。1964年美國(guó)心理學(xué)家克萊因斯Clynes.M.)根據(jù)腦電波型,能說出此人注視的顏色。英國(guó)神經(jīng)生理學(xué)家沃爾特(Walter.W.G)研究出所謂“期待波”,當(dāng)受試者推想到他將接受一種引起思想或行動(dòng)的刺激時(shí),這種波型便出現(xiàn)了。美國(guó)密蘇里大學(xué)的研究人員已能把一部分腦電波翻譯成詞,并能鑒別出27個(gè)詞的腦電圖形。美國(guó)斯坦福研究所研制出一種人-機(jī)對(duì)話,能識(shí)別人的意志的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),被稱為生物控制或自動(dòng)生物控制通訊系統(tǒng),可監(jiān)測(cè)和識(shí)別隨著人的語言而發(fā)生的腦電波信號(hào)曲線,一旦識(shí)別了這些曲線,就能用來控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的操作。這種系統(tǒng)的存儲(chǔ)方式是將右、左、上、下、近、遠(yuǎn)、停等字念一遍,當(dāng)識(shí)讀對(duì)象念出每個(gè)字時(shí),他的腦電波信號(hào)曲線就記錄和存儲(chǔ)在一種計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)。斯坦福的研究人員指出,腦電波象指紋一樣,每個(gè)人對(duì)每個(gè)字都有一個(gè)獨(dú)特的腦電波曲線。研究工作者預(yù)期若教會(huì)電子機(jī)辨認(rèn)英語詞的40個(gè)基本音素的腦電波波型,這樣“當(dāng)駕駛員需要了解某一數(shù)值(如高度)時(shí)他的肺子里只需這么一想,在屏幕上就會(huì)顯示出來了”。這是他們預(yù)期達(dá)到的近期目標(biāo)。
耶魯大學(xué)德爾加多(Deigado.J.M.R.)用無線電訊號(hào)傳遞電的刺激,引起動(dòng)物走、爬、打哈欠、睡眠、交配、情緒轉(zhuǎn)移等實(shí)驗(yàn),最引人注目的是使一個(gè)兇猛的公牛很快地平靜下來、小跑或停住。
20世紀(jì)八十年代研制成的正電子層析攝影術(shù)(PET),可使大腦活動(dòng)以彩色圖象顯示出來。通過PET可以測(cè)定腦內(nèi)特定的感覺,運(yùn)動(dòng)或精神活動(dòng)有關(guān)情況,例如確定主管說話、舉手等動(dòng)作的區(qū)域。在研究記憶方面,讓被實(shí)驗(yàn)者把熟悉的課文和生疏的課文各讀一篇,用PET掃描進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)在讀兩種課文時(shí),大腦活動(dòng)的部位各有所不同。那么能否通過腦電波來釋讀更復(fù)雜的抽象思維?大腦活動(dòng)有電的運(yùn)動(dòng)形式,但是,人的思維活動(dòng)不能僅僅歸結(jié)為電的運(yùn)動(dòng)形式。因此,企圖通過腦電活動(dòng)來完全掌握人的思維活動(dòng),看來是不現(xiàn)實(shí)的。
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