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見證奇跡的時刻

一些歷史學(xué)家認(rèn)為，現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)的起源是從一根鐵棒穿過菲尼亞斯·P.蓋奇（Phineas P. Gage）的大腦開始的。這一悲劇性的偶然事件引發(fā)了一系列連鎖反應(yīng)，打開了人們對大腦進行嚴(yán)肅的科學(xué)研究的大門。對蓋奇先生來說，這根鐵棒是他悲慘命運的開始，卻為現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展鋪平了道路。

蓋奇的悲劇

這場事故發(fā)生在1848年，蓋奇當(dāng)時是美國佛蒙特州的一名鐵路工人。1848年9月13日是看起來平平無奇卻注定載入史冊的一天。和往常一樣，蓋奇來到工地上干活，準(zhǔn)備爆破堅硬的巖石。他一邊往鉆孔里填充炸藥，一邊轉(zhuǎn)過頭去看工友。他不知道的是，這是他一生中最后一個平常的時刻。

醫(yī)學(xué)記載的其他受害者幾乎都是以名字的首字母或化名被提起，但蓋奇不是：他的名字是神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域最著名的名字。

蓋奇是附近最好的工頭，技術(shù)過硬，認(rèn)真負責(zé)，人也很不錯。那年秋天，他和他的一隊人馬受雇于當(dāng)?shù)卣撠?zé)清理鐵路附近的硬質(zhì)黑巖。和往常一樣，蓋奇正在往巖石上的爆破孔中裝填火藥，然后用鐵夯輕輕將粉末夯實。這是一個精細的活兒，為了把火藥粉末壓實，蓋奇特意定做了一根鐵棍。這個鐵棍有一米多長，重達6千克，光滑得像一桿標(biāo)槍。

工人們正在把碎石塊裝載到運貨馬車上，他們顯然分散了他的注意力。對于蓋奇扭頭那個瞬間，大家眾說紛紜。有人說蓋奇扭頭時還在砸實火藥，鐵棍一下子砸到了堅硬的巖石上，引起了一個細小的火花。接下來的一切都不可避免：一點兒火星在黑暗里閃現(xiàn)，點燃了火藥，把鐵棍炸飛了。

悲劇的是，鐵棍擊中了蓋奇的左顴骨，徑直穿進了他的腦袋。鐵棍擊碎了他上顎的一顆臼齒，從他的左眼后擦過，并戳穿了大腦左額葉的下部，然后掀開頭骨，在他頭頂上方直直穿了出去，最終落到了幾十米開外的地方，以釘樁的姿勢筆直地扎在了泥土中，上面沾滿了鮮血和腦漿。

目睹這一幕的人被嚇呆了，他們眼睜睜地看著蓋奇的一部分頭蓋骨被掀掉了。然而更讓人驚愕的是，蓋奇居然沒有當(dāng)場死亡！他僅僅是在地上抽搐了一陣，沒過幾分鐘就能重新走路說話了。他全程意識清醒，還能在工友的攙扶下爬上一輛牛車，前往2000米之外的醫(yī)院。

接診醫(yī)生約翰·哈洛（John Harlow）博士提供了第一手資料。他在事故發(fā)生的那天下午6點左右見到了被掀翻一部分頭骨的蓋奇。哈洛博士看到蓋奇自己緩緩地挪進了房間，滿身是血地躺在了床上。接下來，像一名外科醫(yī)生通常的操作一樣，哈洛博士把蓋奇的頭皮剃干凈，清洗掉已凝固的血塊和腦漿，接著用手指從傷口兩端把頭骨碎片挑出。令人難以置信的是，整個過程蓋奇竟然連眉頭都不皺一下地保持清醒和理智，他甚至還盤算著兩天之后就要回去上班！

蓋奇的腦袋上纏滿了紗布，左眼球依舊突出了足足1厘米多。一個好消息是，他還能夠認(rèn)出前來探望的母親和叔叔。但沒過幾天，蓋奇的病情開始惡化，他兩頰浮腫，大腦隆起，開始胡言亂語。他的大腦被真菌感染，開始陷入昏迷狀態(tài)。親人們悲傷不已，甚至已經(jīng)為他定好了一副棺材。

然而幸運之神再一次關(guān)照了他。哈洛博士對蓋奇進行了緊急外科手術(shù)，穿刺鼻子以疏通傷口，同時摘除了蓋奇惡化嚴(yán)重的左眼球。術(shù)后危險情況依舊持續(xù)了數(shù)周，但最終，蓋奇的病情穩(wěn)定了下來，直到最后完全康復(fù)。

2009年，一張蓋奇的老照片被貼在社交媒體上，那是一個英俊自信的男人，盡管頭部和左眼受傷嚴(yán)重，但你能感覺到他在笑，對生活依舊懷抱希望。

這一事件發(fā)生后的數(shù)年里，蓋奇的親友們開始注意到他的性格出現(xiàn)了急劇變化。一個活潑開朗、樂于助人的人，變成了一個脾氣暴躁、易怒沖動且自私冷酷的人。雖然哈洛博士對蓋奇精神狀態(tài)的描述只有一百多字，但他確信蓋奇已經(jīng)莫名其妙地發(fā)生了一些變化：在事故發(fā)生前為人果斷，如今卻有點兒反復(fù)無常，經(jīng)常隨意變更計劃；之前通常尊重別人的意愿，如今卻在任何一家餐廳隨心所欲地發(fā)怒；之前很有禮貌，令人敬重，如今卻“間歇性地粗魯無禮，經(jīng)常爆粗口”。

哈洛博士總結(jié)了蓋奇的性格變化之后說：“蓋奇的智力和表現(xiàn)好像孩子一樣，卻有著一個強壯的人所擁有的野獸般的激情。他的理性和本能之間的平衡似乎遭到了破壞。”朋友們對蓋奇的評價則更加簡短扼要：“他不再是原來的蓋奇了。”

在被殘暴的脾氣折磨了12年后，蓋奇依舊難以逃脫悲慘的命運，他的健康狀況持續(xù)惡化，1860年2月癲癇發(fā)作，同年5月21日去世。

在他生前和死后，醫(yī)學(xué)和心理學(xué)權(quán)威人士對他進行了深入研究。去世幾年后，在哈洛博士的勸說和堅持下，經(jīng)他姐姐的同意，人們打開他的墓穴，取出他的頭骨和那根擊碎他頭骨的鐵棍。他的頭骨被保存在哈佛大學(xué)的醫(yī)學(xué)博物館里。哈洛博士對此頭顱做的詳細的X射線掃描已經(jīng)證實，鐵棍對前額后面被稱為額葉腦區(qū)的地方造成了巨大破壞。

這個令人難以置信的事故不僅改變了蓋奇的命運，也改變了科學(xué)的進程。蓋奇的遭遇成了神經(jīng)科學(xué)史上的經(jīng)典案例，因為這一事件說明，個體行為看似是由意愿決定，但最根本的決定因素還是生理機制。此前的主流思想是：大腦和靈魂是兩個獨立的實體。這一思想也被稱為二元論哲學(xué)。但越來越清晰的是，蓋奇的大腦額葉損傷引起了他個性的突然變化。接下來，這又引起了科學(xué)思維模式的轉(zhuǎn)變，人們開始猜想：也許是因為大腦的特定區(qū)域與一定的行為有關(guān)吧。

大腦有特定的功能分區(qū)

1861年，蓋奇去世后僅僅一年，來自法國的解剖學(xué)家和醫(yī)生皮埃爾·保羅·布羅卡（Pierre Paul Broca）更是用具體事實向我們驗證了“大腦的特定區(qū)域與一定的行為有關(guān)”這一論斷的正確性。

布羅卡是巴黎的一位醫(yī)生，在多年的行醫(yī)記錄中他記載了一個特殊的患者，這個患者除了有嚴(yán)重的語言缺陷外，其他一切似乎都正常。患者能夠認(rèn)識和理解語音，但他只能發(fā)出一個聲音：“他”。布羅卡醫(yī)生問他叫什么名字，他的回答是“他”；問他是什么時候開始失語的，回答還是“他”；甚至問他家里還有什么親人，得到的答案依然是“他”。由于他的病情過于怪異，周圍的人都稱他為“他先生”。

幾天之后，“他先生”不幸離世。布羅卡醫(yī)生對他的尸體進行了解剖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在“他先生”的左腦下方，有一塊大面積軟化、凹陷的區(qū)域，這是解剖其他生前語言功能正常的尸體時沒有出現(xiàn)過的現(xiàn)象。布羅卡醫(yī)生由此推斷，這片凹陷區(qū)域可能就是控制人說話的地方。

布羅卡醫(yī)生后來確認(rèn)有12個類似病歷的患者在這一特定區(qū)域都有大腦損傷。由此，布羅卡醫(yī)生得出了一個讓全世界都無比震驚的論斷：人類用左腦說話。今天，有額葉損傷且病灶通常在大腦左半球的患者，被認(rèn)為患有“布羅卡失語癥”。一般情況下，這種疾病的患者可以理解別人說的話，但什么話都說不出，或者在說話時丟掉很多詞。

從那以后，人們開始意識到，人類的左右腦可能負責(zé)著不同的任務(wù)，它們互相合作，各司其職。為了向提出這一偉大論斷的布羅卡醫(yī)生致敬，科學(xué)家把左腦中掌管語言學(xué)習(xí)的區(qū)域命名為“布羅卡區(qū)”。

不久之后，1874年，德國醫(yī)生卡爾·韋尼克（Carl Wernicke）記錄了有相反問題的患者。跟“他先生”相反，韋尼克醫(yī)生的患者能清楚地表達，但他們不能理解書面和口頭語言。這些患者往往能流利地說，語法和句法都對，但他們說話的內(nèi)容卻毫無意義。更令人驚訝的是，這些患者往往不知道他們是在胡言亂語。韋尼克醫(yī)生在對這類患者進行的尸檢中確認(rèn)，這些患者的大腦中距離左額葉不遠的地方遭受了損傷。

布羅卡醫(yī)生和韋尼克醫(yī)生所做的工作在神經(jīng)科學(xué)中是里程碑式的研究。他們確立了行為問題（如語音和語言障礙）與大腦特定區(qū)域的損傷之間的明確關(guān)系。

另一個突破發(fā)生在戰(zhàn)亂時期。歷史上，有許多宗教禁忌禁止人體解剖，這嚴(yán)重制約了醫(yī)學(xué)的進步。然而，在戰(zhàn)爭中，死于戰(zhàn)場的士兵數(shù)以萬計。在1864年普魯士與丹麥戰(zhàn)爭期間，德國醫(yī)生古斯塔夫·弗里奇（Gustav Fritsch）治療過很多頭部有傷口的士兵，碰巧注意到當(dāng)他碰到大腦的一個半球時，患者身體的另一側(cè)經(jīng)常抽搐。后來弗里奇醫(yī)生系統(tǒng)地證實，當(dāng)他用電刺激患者大腦時，左半球大腦控制身體的右側(cè)，反之亦然。這是一個驚人的發(fā)現(xiàn)，證明大腦基本上是“電性”的，而且大腦的特定區(qū)域控制身體另一側(cè)的一部分。

“小矮人圖”，人類身體“地形圖”

大腦與身體之間有電通路連接這個認(rèn)識，直到20世紀(jì)30年代才有了系統(tǒng)的分析。那時，美國的神經(jīng)外科醫(yī)生懷爾德·彭菲爾德（Wilder Penfield）開始治療癲癇患者，這些患者經(jīng)常出現(xiàn)驚厥和癲癇發(fā)作，有可能會危及生命。對他們來說，最后的選擇便是做腦外科手術(shù)，去掉部分頭骨和暴露大腦。因為大腦沒有疼痛感，患者可以在整個過程中有意識，因此彭菲爾德醫(yī)生在手術(shù)期間僅使用了局部麻醉。

彭菲爾德醫(yī)生注意到，當(dāng)他用電極刺激皮質(zhì)的某一部分時，身體的不同部位會回應(yīng)。他突然意識到，他可以在皮質(zhì)的特定區(qū)域和人體之間繪制一幅粗略的一對一對應(yīng)圖。他繪制的圖是如此準(zhǔn)確，以至于今天我們的教科書仍然幾乎原封不動地在使用它。在這張圖中，你可以看到大腦的哪一區(qū)域大致控制哪種功能，以及每個功能的重要程度。例如，我們的手和嘴對于生存是如此重要，因此大量的腦力是致力于控制它們的。

此外，彭菲爾德醫(yī)生發(fā)現(xiàn)通過刺激額葉的幾個地方，他的患者會突然清晰地回憶起遺忘很久的記憶。一個患者在腦外科手術(shù)中突然脫口而出：“我好像……站在高中的門口……我聽到媽媽在電話里交談，讓我的姨媽那天晚上過來。”彭菲爾德醫(yī)生發(fā)現(xiàn)他打開了埋藏在大腦深處的記憶。他在1951年發(fā)表了他的研究結(jié)果，這些結(jié)果使我們對大腦的了解發(fā)生了另一個轉(zhuǎn)變。

在將近20年的時間里，彭菲爾德醫(yī)生從400多例顱骨切開術(shù)中收集了大量數(shù)據(jù)。他重新構(gòu)建了患者所報告的身體感覺的順序，發(fā)現(xiàn)在改變對大腦刺激部位的過程中，觸覺發(fā)生的位置也在逐漸移動：開始是腳趾，接著是腳，再后來是腿、臀部、軀干、脖子、頭、肩膀、上臂、肘部、前臂、腰、手、每根手指、臉、嘴唇、內(nèi)口腔，最后是喉嚨和內(nèi)腹腔。當(dāng)對穿過大腦皮質(zhì)的橫截面進行繪制時，這一順序便展示出了人類身體的“地形圖”，后來它成為我們所知的感覺“小矮人圖”（Homunculus）——這幅在醫(yī)學(xué)文獻記錄中被復(fù)制次數(shù)最多的插圖之一（見圖1-1）。

令彭菲爾德醫(yī)生很滿意的“小矮人”與我們平時看到的任何正常人都沒有相似之處。“小矮人”被嚴(yán)重扭曲了，看起來很怪異。這種扭曲是被稱為“皮質(zhì)放大”發(fā)展過程的結(jié)果。皮質(zhì)過度放大現(xiàn)象代表了身體區(qū)域中機械性刺激感受器密度最高。這些感受器是一系列高度適應(yīng)的周圍神經(jīng)末梢，用于感知壓力、牽張等外部信號的神經(jīng)末梢結(jié)構(gòu)，負責(zé)將觸覺刺激轉(zhuǎn)化成電位，即大腦的語言。因此，“小矮人”的手指、手和臉，特別是口周和舌頭，是突出膨脹的。包括胸部和軀干的其他身體區(qū)域似乎收縮了，好像它們正在進行節(jié)食，雖然我們的大部分皮膚都存在于這些區(qū)域。手指、手和臉含有非常多的機械性刺激感受器，因此它們是我們最精良的觸覺器官。我們通常利用它們來創(chuàng)造有關(guān)周圍世界的觸覺圖像。這也是為什么當(dāng)一個物體摩擦我們的后背皮膚時，我們很難準(zhǔn)確辨別那是什么物體。

皮質(zhì)放大現(xiàn)象并非人類的特權(quán)。在過去70年所檢查的每一種哺乳動物中，我們發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象普遍存在。拿老鼠來說，“小矮老鼠圖”夸張表征了老鼠的胡須，其前爪的大小遠遠超過后爪。再比如半水生、卵生的澳大利亞哺乳動物鴨嘴獸，在軀體感覺皮質(zhì)的身體地圖中，它的喙就被過度放大了。

至此，我們簡單回顧了人類過去近200年歷史中對大腦認(rèn)知的標(biāo)志性事件。正是在這些醫(yī)生、科學(xué)家和無數(shù)遭遇不幸的普通人的大腦基礎(chǔ)之上，人類才構(gòu)建出了對自身大腦的基本認(rèn)識。這些知識大都在我們中學(xué)階段的生物課中出現(xiàn)過，在接下來的一章，我們不妨簡單回顧一下。