第一章  生物電：大腦的語言

阿奇博爾德·維維安·希爾

（Archibald Vivian Hill）

1926

電子信號是大腦的語言。人們往往關(guān)注大腦如何開展記憶、情感、學習等復雜工作，但卻很容易忽略大腦進行的最重要的工作之一，即通過這些電子信號和強大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與全身交流。通過一些大膽的實驗，希爾證明了這種腦體合作才是一切研究的核心。

希爾首次演講后的第二天，報紙上便鋪天蓋地地出現(xiàn)了各種標題，質(zhì)疑其科學性。有的題目寫作《死蛙復生》或《死蛙奇觀》，還有的報道甚至把他比作魔術(shù)師。

事實上，這一奇跡的源頭不是魔術(shù)，而是一個相當血腥的實驗，即從一只剛死的青蛙身上取下一條神經(jīng)肌肉。希爾透露，實驗的奧秘在于只要將神經(jīng)保持在合適的環(huán)境中，它“可以在主人去世之后的一段時間內(nèi)”繼續(xù)保持活性，而實驗取用的是一條從背部下方延伸到腳的坐骨神經(jīng)。

希爾首先向孩子們展示了被夾子撐住的那條神經(jīng)及其連接的肌肉，然后用電流刺激神經(jīng)，這樣似乎能讓青蛙—至少是青蛙身體的一部分—蘇醒過來。這一操作一下就把孩子們吸引住了。《伯明翰每日公報》（Birmingham Daily Gazette）的一名記者寫道，“它的神經(jīng)和肌肉立即活蹦亂跳起來”。希爾說，因為動物死后神經(jīng)和肌肉還能繼續(xù)工作，所以這類實驗對我們了解人體的運作原理至關(guān)重要。

這次實驗揭示了神經(jīng)系統(tǒng)的一個基本特性，即利用電子信號進行交流。希爾說，神經(jīng)是連接大腦和身體其他部位的要道，以每秒400英尺的速度將電子信息傳送到不同的肌肉和器官，甚至快過飛機的速度。“我們所能感受到的一切，包括痛覺、觸覺、味覺、嗅覺、視覺、聽覺、溫度等，都源于這些神經(jīng)電波，而這些電波是由同時散布在體外和體內(nèi)的微型‘麥克風’觸發(fā)的。我們對這些信息的回復，即我們發(fā)送給肌肉的指令，也是波流。這些波流來自我們的神經(jīng)系統(tǒng)，而神經(jīng)系統(tǒng)則存在于我們的頭骨和脊柱內(nèi)，受到周全的保護”，希爾向我們解釋道。（雖然希爾并未明確提及，但大腦和脊髓統(tǒng)稱為中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其中脊髓將身體各處的信息傳遞到大腦。）

希爾說，你可以將這種信息交流系統(tǒng)想象成電話網(wǎng)絡(luò)，每條神經(jīng)由數(shù)百根細長的纖維組成，每根纖維的粗細只有人類頭發(fā)的十分之一。這些纖維有點像電話線，可以在體內(nèi)迅速傳送信息。“連接它們的‘中樞’是大腦和脊髓。”（舉個例子，一旦我們的皮膚被熾熱火焰灼燒到，就會立刻向大腦發(fā)送信號，這一“中樞”再把另一信號迅速傳送回手部肌肉，指示它離開熱源。）

講座通知（封面）

神經(jīng)并非人體內(nèi)交流的唯一方式。我們也依賴于血液中傳輸?shù)幕瘜W信號，但這些信號要慢得多，“如同用明信片取代電話”。這些較慢的信號可能是我們發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)的前身，被更原始的動物使用。“神經(jīng)系統(tǒng)逐漸進化，直到在人類身上實現(xiàn)了最高效率”，希爾解釋道，人類神經(jīng)系統(tǒng)如此高效還得益于我們是溫血動物。溫度越高，生命進程越快，這也回答了另一個謎題—為什么烏龜在陽光下比在陰涼處跑得快。

希爾又將目光從死青蛙轉(zhuǎn)移到了活生生的孩子身上。接下來，他在兒子大衛(wèi)的幫助下又進行了兩次實驗，結(jié)果令人嘆為觀止。首先，他證明了來自大腦的電子信號如何指導我們的肌肉運動。他將電流傳導到大衛(wèi)的尺神經(jīng)^[2]，沿著手臂進入手指，結(jié)果出人意料。一位記者在《埃克塞特和普利茅斯公報》（Exeter and Plymouth Gazette）上寫道：“他的小手指在抽搐……是普通人移動手指所能達到的最快速度的四到五倍。”

電流的重要作用在于，它是大腦和身體其他部位之間的信息載體。為了打消人們對這一結(jié)論的質(zhì)疑，希爾進行了迄今為止最具顛覆性的展示，由此為他的首次演講畫上了句號。在展示中，大衛(wèi)的妹妹波莉也來到了臺上，和大衛(wèi)站在一起。他們的父親希爾在他們身上接通了50萬伏電流，一串串紫色電火花從他們的四肢飛濺出來，讓觀眾們目瞪口呆。“可以清楚地看到他們滿臉都是對電擊的擔憂。年輕觀眾坐在那里，表情嚴肅”，幾家報紙隨后進行了報道，“但是11歲的大衛(wèi)·希爾微笑著走到桌前，他的舉止似乎在告訴觀眾，這根本沒什么。”

希爾向觀眾保證，實驗十分安全，因為他使用的是高頻電流，這種電流振蕩得非常快，體內(nèi)任何有害電流都會立即被逆轉(zhuǎn)。

希爾在熱烈的歡呼聲中結(jié)束了講演，他警告觀眾：“要確保電流是高頻電流，一千伏特的低頻電流足以殺死我們中的任何人。”在意識到這一實驗絕對安全后，孩子們簇擁在希爾身旁，渴望能親身嘗試這個實驗。媒體對這一實驗也印象深刻，第二天，一位《蘇格蘭人報》（The Scotsman）的記者這樣寫道：“所有圣誕童話劇的神奇魔法都無法與希爾教授的科學魔法相提并論。”

^{波莉和大衛(wèi)正在協(xié)助講演中的父親做電擊實驗}

由于肌肉是大腦中海量信息的受體，所以希爾第二場演講的主題重新回到肌肉。他說：“肌肉是由成千上萬條薄薄的膠狀肌纖維組成的。”每條肌纖維都與一條神經(jīng)纖維相連接。“神經(jīng)纖維傳導電信號給肌纖維使其工作。”當肌纖維接收到來自神經(jīng)纖維的電子信號時，肌肉就會收縮，或者繃緊，希爾解釋道，每一次電脈沖都會導致肌肉抽搐一次—即繃緊再放松。只要脈沖信號足夠連續(xù)，肌肉就會持續(xù)抽搐。

希爾又說道，肌肉抽搐一段時間后也會疲勞，從這個角度看，肌肉就像一塊電池，需要充電。大衛(wèi)再次上臺，通過一場與死青蛙的特殊比賽證實了這一觀點。正如肌肉會對大腦信號做出回應(yīng)一樣，肌肉也可以對人為的電擊產(chǎn)生反應(yīng)。希爾給大衛(wèi)的手臂和一塊青蛙的肌肉施加了微弱電流。他們的肌肉均開始抽搐，使得投射在屏幕上的聚光燈上下抖動，如此一來，觀眾就可以看清楚比賽狀況了：首先是青蛙的肌肉抽搐開始減弱，“但青蛙目前還不累。”希爾說。大衛(wèi)對希爾說：“我也不累。”與此同時，觀眾們?yōu)榇笮l(wèi)大聲歡呼。最終，青蛙的肌肉抽動開始衰竭，屏幕上的光亮也漸漸熄滅了。希爾解釋說，大衛(wèi)肯定會勝出，因為青蛙的肌肉沒有血液供應(yīng)，無法通過新鮮氧氣為其“充電供能”。

希爾說，這是心臟的職責，它是非骨骼肌中“最迷人、最重要”的肌肉。眾所周知，保持心臟跳動不需要有意識的思考，而是大腦在維持它的運轉(zhuǎn)，這將在希爾的下一個講座中展示。

希爾解釋說，有兩類神經(jīng)精準配合，控制心率。一種是大腦的迷走神經(jīng)，它發(fā)出信號以減慢心率。在我們的日常生活中，它無時無刻不在工作（尤其是在我們感到平靜和放松時）。然而，在處于緊張狀態(tài)或進行肢體活動時，另一種交感神經(jīng)系統(tǒng)就會接手，發(fā)出信號讓迷走神經(jīng)安靜下來，并加快心率。這一過程也會在我們神經(jīng)緊張或情緒亢奮時出現(xiàn)。“有些人知道，當他們突然被要求在聚餐后總結(jié)發(fā)言時，心率會急劇上升。”希爾說。（希爾確實領(lǐng)先于時代，而我們現(xiàn)在才意識到心臟和頭腦之間究竟是如何相互關(guān)聯(lián)的。大腦告訴心臟要跳多快，而心跳等身體內(nèi)部信號也會影響大腦。例如，研究表明，與自己心跳合拍的人在一起可以做出更明智的決定，情緒也更高昂，盡管他們本身并沒有意識到這一點。而那些恐懼癥患者如果能接受與心率同步的治療，則療效更好。心臟好像可以比大腦更早感知到周圍的一切，所以一些科學家認為這種傳遞給大腦的內(nèi)部信號可能是一種本能，由此為“隨心所欲”賦予了新的含義。）

任何一個受到驚嚇后心率加速的人都不會懷疑大腦和心臟之間的這種關(guān)聯(lián)。但為了證明這一點，希爾演示了一種新式設(shè)備—弦線檢流器，可以實時監(jiān)測心臟活動。心臟跳動時發(fā)出的電信號會讓一根細線同步移動，同時志愿者的心跳會被投射在觀眾面前—這是當時最先進的演示。

^{波莉正在測試弦線檢流器}

若能直接將人體神經(jīng)和肌肉運作方式公之于眾，那么未來會大有前景。希爾認為這可能會讓人最私密的情感一覽無余，例如面對心中摯愛時的悸動。這不禁讓觀眾和媒體浮想聯(lián)翩。

^{弦線檢流器在電流通過時可以通過磁力讓鏡子轉(zhuǎn)動，從而反射出脈沖式光束}

希爾說，即便是內(nèi)心再不為所動的人，他們的無意識反應(yīng)也會通過這些簡單儀器顯露出來。“如果你把一個年輕人接入電路，再讀一串年輕女士的名字，”他說：“你會發(fā)現(xiàn)，讀到某個或某些名字時，他的身體會立刻做出反應(yīng)，這些反應(yīng)會被儀器記錄下來，由此便可以獲悉各種秘密。”這種想法似乎尤為吸引報紙記者。“你在戀愛嗎？如果你在戀愛，但不想被別人知道，你應(yīng)該遠離希爾教授。因為在這位科學家教授面前，最溫柔的情感也將不再神圣。他發(fā)明了一臺機器，無論如何掩飾，你的情感狀態(tài)和戀愛對象都會暴露無遺。”第二天，《利物浦回聲報》（Liverpool Echo）的一名記者如是寫道。

另一位在《德比每日電訊報》（Derby Daily Telegraph）上撰寫女性專欄的記者則對這一實驗頗為擔憂。她說：“這一實驗為所有那些以能隱藏感情為傲的人敲響了喪鐘。”她還預測，如果希爾使用的這種設(shè)備得以普及，無論我們?nèi)绾闻Γ紵o法掩飾我們的真實感情。“提問者可能察覺不到，但儀器不會被欺騙。事實就是如此。”

正如希爾后來所展示的那樣，這些本能反應(yīng)除了能反映情緒狀態(tài)外，還可以控制軀體活動。我們并非總能有意識地察覺到這些信號，但這些信號讓我們保持警惕之心。為了說明這一點，在專門為講座制作的一部短片中，觀眾看到了希爾的嫂子—著名的俄羅斯芭蕾舞演員莉迪亞·洛波科娃（Lydia Lopokova）。短片還播放了一只黑貓，它從高處摔落，并在半空中對神經(jīng)信號做出反應(yīng)，以便翻轉(zhuǎn)身體，四肢著地［在科林·布萊克莫爾（Colin Blakemore）關(guān)于感官的講座中，這一場景被現(xiàn)場再現(xiàn)，見第97頁］。希爾說：“這只貓只有五分之一秒的時間來完成所有的復雜動作，這樣才能平安落地。”他強調(diào)，像這樣快速、協(xié)調(diào)的動作以及洛波科娃炫目的舞姿是通過大腦、神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉之間的復雜信號交流而完成的。

當然，并非只有著名舞蹈家（或貓科動物）才能經(jīng)歷類似的現(xiàn)象。“在任何緊急情況下，比如從公共汽車臺階上滑下來時，有意識的‘你’是最后才知道出事的人。當你意識到自己滑倒的時候，你所有的神經(jīng)和肌肉都已經(jīng)自發(fā)行動起來，盡其所能來挽救你。”希爾補充說，多虧了這些信號，即使是一只無頭青蛙也能繼續(xù)從背上抓取東西。

身體是如何編排這些無意識舉動的？希爾說：“這依賴于數(shù)以百萬計的信息沿著神經(jīng)來回傳遞，神經(jīng)才得以感知世界，并向肌肉發(fā)出命令。”最簡單的過程是，當信息通過感覺神經(jīng)，從人體感官進入神經(jīng)系統(tǒng)，并經(jīng)由脊髓傳送至大腦時，整個系統(tǒng)開始運作。隨后，大腦通過運動神經(jīng)向肌肉發(fā)送指令，告訴它們該做些什么。這些“交換過程”也向大腦發(fā)送信息，以使個體了解正在發(fā)生什么。當然，復雜的反射會涉及更多的信號和肌肉。

講座結(jié)束時，希爾向聽眾分享了自己對這一研究領(lǐng)域的驚訝和贊嘆，因為當時對于身體運作原理的探究正在飛速進步。

大多數(shù)小男孩和成年男人（女孩和婦女同樣可以如此）都愿意拆分機器，弄清楚它們的工作原理。這對人體來說是行不通的，還好有其他方法可以了解人體。徹底弄清楚人體運作機制尚不可得，但即使是我們已知的一些皮毛，也可以為高強度的體力活動增添樂趣，還可以使我們認識到肌肉活動的復雜性以及力量與耐力的本質(zhì)；這些探索和努力將有助于我們欣賞身體結(jié)構(gòu)與生俱來的美麗與神奇。

A.V.希爾的自述

1943年，希爾在圣誕系列講座的基礎(chǔ)上出版了一本書—《生命機器》（Living Machinery）。書中，他回憶了受邀舉辦講座的經(jīng)歷：

那時威廉·布拉格爵士（Sir William Bragg）邀請我做圣誕講座，我把家人叫到一起，征求他們的意見。他們毫不猶豫，認為我應(yīng)該接受邀請。我應(yīng)該講些什么呢？在這方面我只能靠自己。我11歲的兒子大衛(wèi)想到講座是在圣誕節(jié)后不久為年輕人舉辦的—那個時候到處喜氣洋洋，人們富足安康，因此他提出了唯一一條建設(shè)性建議—我應(yīng)舉辦一場以“味覺如何產(chǎn)生”為主題的演講。我很抱歉未能采納大衛(wèi)的建議，因為我擔心我很難就這一主題講上足足六個小時。而且我預計這一主題的實驗示范可能會令人不適。如果我以自己的家人為實驗對象來品嘗東西（很可能是好吃的），這可能會讓聽眾嫉妒、家人難做；如果我在全體觀眾身上演示實驗，則可能會讓皇家學會破產(chǎn)。”

檔案中的記錄

講座結(jié)束一個月后，希爾在《自然》雜志上發(fā)表了他在年輕聽眾中演講的反思。他說，這不是一項容易的差事，但許多喜歡把簡單事情復雜化的學者可以從面向年輕群體的講座中受益。“通過嘗試激發(fā)13歲的孩子的興趣，”他認為，“這些學者甚至很可能獲得這一領(lǐng)域相關(guān)專家的注意。”他補充道，與年輕人交談的另一個好處是，與成年人相比，他們更少受到驚嚇。“人類的身體是復雜而巧妙的機器，孩子們很容易就能夠接受這一點，他們會迫不及待地想弄明白身體內(nèi)部的運作方式。”