視覺大腦與語言大腦

在人類探索視覺皮質(zhì)的短暫歷史中，米切爾·格利克斯坦教授（Mitchell Glickstein）重點介紹了一批從不同角度研究視覺如何在大腦中進行運作的醫(yī)生。弗朗切斯科·真納里（Francesco Gennari）是一名18世紀在意大利帕爾馬求學的醫(yī)學生。他將大腦置于冰上進行解剖研究，由此“開創(chuàng)了腦結(jié)構(gòu)學這一新領(lǐng)域，即研究大腦皮質(zhì)結(jié)構(gòu)中的區(qū)域差異”。蘇格蘭神經(jīng)學家戴維·費里爾（David Ferrier）在尋找控制視覺的大腦區(qū)域時無意間發(fā)現(xiàn)了視覺引導的運動或運動機能。俄國研發(fā)出不會擊爆士兵頭骨的步槍之后，日本醫(yī)生井上達二（Tatsuji Inouye）得以記錄下子彈進出大腦的位置點，并計算出29名在1904—1905年日俄戰(zhàn)爭期間受傷的日本士兵大腦中視力受損的位置。幾乎是在同一時期，英國的神經(jīng)學家通過研究英國的受傷士兵得出了一張更易于理解的圖表。

大腦中與語言關(guān)系最為密切的兩個區(qū)域是以19世紀兩位神經(jīng)學家的名字命名的。他們分別發(fā)現(xiàn)了在大腦中發(fā)揮著獨特作用的兩個區(qū)域。一位是法國外科醫(yī)生保羅·布羅卡（Paul Broca）。布羅卡在治療一位失去語言功能（失語癥）的患者的過程中確定了大腦中語言中樞的位置，病人的大腦左側(cè)額葉存在病變損傷。這一發(fā)現(xiàn)在隨后的尸檢中得到了證實。這個大腦皮質(zhì)的特定區(qū)域因而被命名為“布羅卡區(qū)”。布羅卡區(qū)受傷的人通常能夠完全理解語言卻無法表達。另一位是波蘭神經(jīng)外科醫(yī)生卡爾·韋尼克（Carl Wernicke）。韋尼克在布羅卡研究工作的影響下也發(fā)現(xiàn)了類似的病變損傷，但是這一次它出現(xiàn)在顳葉后部。布羅卡區(qū)不僅與語言的生成即遣詞造句緊密相關(guān)，而且負責我們對諸如手勢、面部表情和肢體語言等非語言類表達的理解。布羅卡區(qū)靠近大腦指揮口部動作的運動皮質(zhì)，而主導理解語言的韋尼克區(qū)靠近聽覺皮質(zhì)。一個韋尼克區(qū)受損的人通常在理解上雜亂無章，因此即使能夠開口說話也說不明白。這些區(qū)域之間由一個不包含任何信息卻能夠?qū)⒁粋€人的語言表達與思考理解融合為思想的關(guān)聯(lián)束連接起來。人類的關(guān)聯(lián)束遠大于其他動物的關(guān)聯(lián)束。這一點恰好有助于解釋為什么人類具有復雜的語言表達及溝通體系。

人們還通過具有高度侵入性的實驗，例如將電極連接到人或動物的大腦的不同區(qū)域來準確認知大腦的運作過程。在其中一項實驗中，人們發(fā)現(xiàn)刺激大腦的一側(cè)會引發(fā)身體另一側(cè)的活動。兩位德國生理學家古斯塔夫·弗里奇（Gustav Fritsch）和愛德華·希齊希（Eduard Hitzig）在治療頭部受傷的士兵時，通過用電流刺激他們的后腦勺來探查究竟大腦的哪一部分會產(chǎn)生自主運動。他們之后在一條狗的身上重復了這項實驗。發(fā)現(xiàn)了運動機能的神經(jīng)學家戴維·費里爾在移除猴子的前額葉后，發(fā)現(xiàn)它們雖然運動技能未受影響，但是性情大變。（根據(jù)英國1876年出臺的《禁止殘酷對待動物法》，費里爾也成了第一位受審的科學家。）

奧利弗·薩克斯指出，大多數(shù)對大腦的研究源于大腦功能的不足或缺乏。有某種特定缺陷的病人讓科學家有了一探究竟的機會，而這種探究反過來讓人們得以了解大腦的功能。人類對大腦探究最著名的早期案例也許來自一位名叫菲尼亞斯·蓋奇（Phineas Gage）的鐵路工人。他不幸被一根金屬長棍從臉頰處刺入，貫穿而上，從頭頂上方穿出。盡管他奇跡般地活了下來，能看，能走，能說話，但是自此性情大變，滿嘴臟話，舉止粗魯。這或許就是人們了解大腦前額葉皮質(zhì)功能的第一扇窗口。2012年，也即蓋奇的案例出現(xiàn)160多年之后，加利福尼亞大學洛杉磯分校神經(jīng)成像實驗室的研究人員將高科技工具與110張蓋奇的虛擬頭骨圖像相結(jié)合，仍在努力挖掘?qū)е律w奇行為及情感功能喪失的背后原因，并試圖闡明它對腦損傷和退行性疾病（如癡呆）的影響。

隨著時間的推移，研究人員已能夠借助開發(fā)成功的工具在沒有侵入性手術(shù)的條件下觀察大腦內(nèi)部。腦電圖掃描（EEGs）、計算機軸向斷層掃描（CAT scans）和磁共振成像掃描（MRIs）已經(jīng)取代了正電子發(fā)射斷層成像（PET）的掃描技術(shù)。它們能夠生成高度精準的大腦圖像以用于診斷腦損傷、腦腫瘤、癡呆、中風等。顯示大腦活動的功能性磁共振成像（fMRI）又讓掃描技術(shù)往前邁了一步。

盡管如此，功能性磁共振成像仍有其局限性。我認為這項技術(shù)就如同一架飛機在一大片使用同一臺發(fā)電機的房子上空進行夜間巡邏。如果安裝有發(fā)電機的那棟房子被閃電擊中，那么一整片房屋都會陷入黑暗之中；如果安裝有發(fā)電機的那棟房子沒有被閃電擊中，那么其他的房子依然會燈火通明。也就是說，當我們依賴功能性磁共振成像技術(shù)時，我們將不可能知道“發(fā)電機”的準確位置，除非我們用電極擊中它。因此我們也無法確定究竟哪一個神經(jīng)網(wǎng)絡節(jié)點會開啟整個系統(tǒng)。

需要重點明確的是，人類對視覺的依賴程度遠高于對其他感官的依賴程度。研究表明，我們看到某物以及我們想象自己看到某物都會激活大腦枕葉（視覺皮質(zhì)）和顳葉的大片區(qū)域。這兩個區(qū)域加起來約占大腦的1/3，具備大量的功能。所有哺乳動物的初級視覺皮質(zhì)都位于距離眼睛最遠的后腦。我們至今仍不清楚它的位置為何如此靠后，或許這個位置有助于深度知覺的進化發(fā)展。

信息數(shù)據(jù)基本上存儲在大腦的三個位置。我覺得可以將之類比成你的手機、手機桌面和云盤來存檔詳細的視覺記憶。視覺信息通過眼睛進入大腦，并存儲在后腦的視覺皮質(zhì)及其他一些相關(guān)結(jié)構(gòu)中，其中包括一個夢境熱區(qū)。想象你正在使用自己的手機拍攝照片或視頻。你是想將它們存儲在你的桌面（中腦）并按類別進行歸檔（狗、家庭、樹木、視頻等），還是需要將它們上傳到云盤妥善保管呢？額葉皮質(zhì)會將所有的信息數(shù)據(jù)分門別類。這個過程與你決定如何整理自己的照片（選擇拖放至桌面還是上傳到云盤儲存）是一樣的。額葉皮質(zhì)自身并不儲存任何東西，但你會在那里安排自己的生活。這個過程被稱為發(fā)揮執(zhí)行功能。那么，信息在大腦中究竟是如何傳送的呢？讓我們再次進行類比，它的傳送路徑猶如高速互聯(lián)網(wǎng)、無線局域網(wǎng)或者撥號上網(wǎng)。

我多年來參與了不少的腦部掃描研究，每一次使用的都是最新的技術(shù)。作為一名科學家，我對探索自己大腦的未知領(lǐng)域一直懷有強烈的沖動，也一直試圖破解有關(guān)孤獨癥的一些謎團或更好地理解我到底是如何思考的。1987年，加利福尼亞大學圣迭戈分校醫(yī)學院的埃里克·庫爾謝納（Eric Courchesne）用當時最先進的磁共振成像掃描儀第一次掃描了我的腦部。這項當年的尖端技術(shù)能夠?qū)Υ竽X結(jié)構(gòu)進行精美、清晰的細節(jié)測量。當我看到那些圖像時，我連連驚呼道：“哇哦，這是一次去往我大腦中心的旅程！”它讓我理解了為什么我有平衡問題，因為我的小腦竟然比人類的平均值小了20%。另一次磁共振成像掃描則解釋了為什么我在服用抗抑郁藥物前焦慮水平會那么高，因為我的杏仁核（情緒中心）是平均值的三倍。

匹茲堡大學的沃爾特·施奈德（Walter Schneider）給我做的腦部掃描結(jié)果最是令我大開眼界。施奈德是彌散張量成像（DTI）這一新技術(shù)的發(fā)明人。這項技術(shù)能夠?qū)υ诖竽X不同區(qū)域間傳遞信息的神經(jīng)纖維束掃描成像。施奈德的研究由美國國防部資助，目的在于開發(fā)出一種可以用于診斷士兵頭部受傷情況的高清纖維束追蹤（HDFT）成像。比起當時的其他設備，這項技術(shù)不僅成像更清晰，還能區(qū)分出神經(jīng)纖維是在何處互相連接的，又是在何處互相交叉的。我的言語表達回路要比對照組的小很多，這也許能夠解釋為什么我從小語遲。但是，我的視覺成像結(jié)果異軍突起，比對照組的數(shù)值高出了400%。這就好比我的大腦里有一條巨大的干線將后腦的視覺皮質(zhì)與前額葉皮質(zhì)聯(lián)通了起來。這說明我是視覺思維者。

正是這些傳輸信息的線路使得大腦運行順利通暢，或?qū)е掳l(fā)育問題。舉例來說，盡管你的眼睛動來動去，但是你在閱讀時頁面上的文字并不會跳來跳去。這就要歸功于你大腦中的穩(wěn)定線路。它可以阻止頁面上文字的抖動跳躍。線路不暢則會導致視覺成像失真或帶寬問題，以及口吃、閱讀障礙和學習障礙。

需要再次強調(diào)的是，視覺思維并不是觀看這個動作本身。換句話說，每個人，只要不是盲人，每天都在觀看。視覺思維指的是大腦的工作方式，即我們感知世界的方式。盡管我們對大腦已經(jīng)進行了各種探究，但是迄今為止我們沒有得到關(guān)于視覺文件是如何被創(chuàng)建、存儲以及提取的完整信息。我們知道雖然視覺感知與心理意象使用的是大致相同的大腦結(jié)構(gòu)，但它們是截然不同的神經(jīng)現(xiàn)象。簡而言之，我們理解生理硬件的工作方式，卻對生理軟件的運行方式所知不多。

馬里蘭州貝塞斯達國家心理健康研究所的神經(jīng)科學家李秀賢（Sue-Hyun Lee）及其同事能夠區(qū)分出一個人在觀看某個物品時與在想象自己觀看某個物品時大腦不同的運作方式。這一區(qū)分讓人類對大腦的認知又往前邁了一步。當受試者被要求觀看普通物品的圖片時，功能性磁共振成像掃描會捕捉到信息流通過眼睛流入初級視覺皮質(zhì)的輸入點，進而向前移動到進行信息處理和存儲的中腦區(qū)域。當受試者被要求想象自己在觀看同樣的普通物品時，中腦區(qū)域會立刻被激活。也就是說，兩種信息流在大腦回路中的流經(jīng)方式是不一樣的。

在較早的一項研究中，一名30多歲的男子因頭部受傷而無法正常識別普通物品。當有人遞給他一杯咖啡時，因為他在桌上的一眾物品中無法識別出咖啡杯，所以他無法喝到咖啡。當他去吃自助餐時，他也無法識別琳瑯滿目的食物。在他看來，食物是一個個顏色鮮艷的色塊。當他對普通物品進行識別時，他錯將一把鉗子當作一個晾衣夾。但是，他能夠在想象中“看到”普通物品。掃描結(jié)果顯示他的大腦中負責處理視覺信息的枕顳區(qū)可能受到了損傷。類似的研究開始逐步揭示出我們的“想象之眼”實際上依賴的是與視覺皮質(zhì)并不相同的另一個信息處理器。

在更早的關(guān)于我們?nèi)绾嗡伎嫉纳窠?jīng)學研究中，開創(chuàng)性的研究集中在視覺思維者身上。在1983年發(fā)表的一篇頗具影響力的論文中，神經(jīng)心理學家莫蒂默·米什金（Mortimer Mishkin）描述了猴子大腦中兩條獨立的皮質(zhì)處理路徑，一條用于識別物品，另一條用于定位物品。2015年，西村和夫（Kazuo Nishimura）及其同事開展了一項與語言思維和視覺思維相關(guān)的大腦活動的研究。他們讓參與研究的受試者依次回憶日本的一座著名寺廟、十二星座的對應符號和一段個人的談話。在整個過程中，研究人員對受試者的神經(jīng)活動進行同步測量。他們發(fā)現(xiàn)，“一個人主觀視覺想象的‘生動性’與其大腦視覺區(qū)域的活躍性緊密相關(guān)”。腦磁圖（MEG）顯示視覺思維者會在執(zhí)行任務的過程中生成圖像，而語言思維者則更多地依賴自說自話。這項技術(shù)可以測量被激活的大腦區(qū)域的快速變化。

其他的研究似乎將視覺思維和語言思維這兩種不同的思維方式與大腦的左右半球聯(lián)系了起來。2019年，來自中國重慶的西南大學、研究創(chuàng)造性的認知神經(jīng)機制的陳群林教授與一位同事一起給502名受試者分配了4項任務：讓一只玩具象變得更好玩、畫出10個圖形、想出一個罐子的其他用途、觀看模糊的圖像并列出從中得到的想法。在整個實驗過程中，他們對受試者的大腦進行了磁共振成像掃描。腦部成像顯示，那些能夠輕松完成任務的視覺思維者的大腦右側(cè)的活動更集中，而那些難以完成任務的語言思維者的大腦左側(cè)的活動更集中。這些發(fā)現(xiàn)后來推動了日趨流行的右腦思維與左腦思維的說法。右腦與創(chuàng)造力相關(guān)，而左腦與語言和組織能力相關(guān)。美國神經(jīng)心理學家和神經(jīng)生物學家羅杰·斯佩里（Roger Sperry）因其對裂腦人的研究而獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。他認識到人們對左腦思維的偏向，同時承認我們總是傾向于“忽視非語言類表達的智力模式，其結(jié)果便是在現(xiàn)代社會中普遍存在的對右腦思維的歧視”。

隨著科學研究開始驗證視覺思維的存在，我也開始意識到將視覺結(jié)構(gòu)與語言結(jié)構(gòu)二元分離的方法過于簡單了。視覺思維與語言思維并非非此即彼、二元對立的關(guān)系，相反，它只是在描述我們每個人都落在其中的譜系的端點位置，一些人比起另一些人更靠近譜系的這一端而非另一端。事實上，陳群林的研究突出了大腦區(qū)域間的“半球平衡”對語言思維的關(guān)鍵作用。在不同類型的思維模式間清晰劃定界限并不容易，不論是針對大腦本身還是針對不同大腦所擅長的技能。你可能是一個擅長數(shù)學的語言思維者，也可能是一個愛寫詩的火箭科學家。

腦科學中的遺傳學研究則更為復雜。一些研究者假設讓腦容量變大的基因與導致孤獨癥的基因相關(guān)，這暗示著基因組的取舍：高智商的代價就是一些社交和情感能力的缺失。近來的基因測序研究表明，的確有很多基因都與孤獨癥有關(guān)。北卡羅來納州的兒童精神病學家卡米洛·托馬斯·瓜爾蒂耶里（Camillo Thomas Gualtieri）博士將這些基因稱為“微效基因”。這或許可以解釋為什么孤獨癥的癥狀范圍會如此之大，從有某些輕微特征到嚴重的人身殘疾。人類基因構(gòu)成的復雜性讓人類具備了廣泛的環(huán)境適應能力。然而，人類為之付出的代價就是少數(shù)人會有嚴重的殘障問題。

我們可以在天生失明者身上觀察到類似的基因組取舍現(xiàn)象。所有珍貴的大腦區(qū)域都會被重新用于執(zhí)行其他功能。約翰斯·霍普金斯大學的拉什·潘特（Rashi Pant）及其同事的一項研究發(fā)現(xiàn)，先天失明者會使用部分的視覺皮質(zhì)來回應數(shù)學方程式、簡單的是非題以及語義判斷，而后天失明者則不會。這一研究表明視覺系統(tǒng)和語言系統(tǒng)之間存在溝通渠道。

我發(fā)現(xiàn)能夠描述視覺思維如何運作的最佳例證之一，就是一些盲人通過回聲定位系統(tǒng)學習導航的過程。蝙蝠是回聲定位的高手。它們會發(fā)出高頻的尖銳叫聲，繼而通過周圍傳來的回聲來探測飛行途中的獵物和其他障礙物。回聲定位得以讓蝙蝠通過聲音“看”到物體。大約25%的盲人學會了通過嘴部發(fā)出碰擊音、打響指或敲擊手杖的方式進行回聲定位，而后運用自己的聽覺皮質(zhì)和改變了用途的視覺皮質(zhì)來“看”到周圍的物體。嫻熟的回聲定位者能夠探測出大型物品的形狀、運動軌跡和位置。大腦似乎可以適應使用聲音這一非視覺信息來執(zhí)行視覺感知任務。對非常年輕的人來說，大腦在改變用途方面體現(xiàn)出了極大的靈活性。另一項有意思的研究表明，當先天失明者進行代數(shù)運算時，他們的大腦會使用早期從未通過眼睛接收過信息的視覺皮質(zhì)。這一點在視力正常者的身上不會出現(xiàn)。換句話說，大腦一開始有相當大的一部分專門用于視覺思維，但是如果未獲使用，其他功能將取而代之。大腦是不會讓具有價值的功能區(qū)域閑置不用的。這項研究還表明大腦是為創(chuàng)造圖像而設計的。當我們的眼睛停止提供信息時，我們的大腦就會學習運用其他感官來創(chuàng)建圖像。

其中一個極端的例子就是馬修·惠特克（Matthew Whita-ker）。我第一次看到他是在電視新聞節(jié)目《60分鐘》上。在第24周便早產(chǎn)出生的馬修原本預計無法存活。然而，他頑強地活了下來，但因一種被稱為伴隨性視網(wǎng)膜病變的疾病而雙目失明。在他3歲那年，祖父送給他一架小小的電子琴。馬修很快便能上手彈奏，并能輕松唱出自己聽過的歌曲，譬如《一閃一閃小星星》。5歲那年，馬修成為紐約市菲絡緬·M.達戈斯蒂諾·格林伯格視障者音樂學校歷史上年齡最小的學生。他的老師在報告中指出，在聆聽音樂會上她參與演奏的德沃夏克鋼琴五重奏之后，第二天早上，馬修不僅能演奏出曲目的鋼琴聲部，還能演奏出其余4個弦樂聲部。馬修的足跡如今遍布全球，他專業(yè)演奏爵士樂。

研究藝術(shù)家與音樂家神經(jīng)網(wǎng)絡的查爾斯·利姆（Charles Limb）博士分別在馬修彈奏鋼琴、聆聽喜歡的音樂和聆聽一場沉悶的演講時，對他的腦部進行了掃描。當馬修聆聽演講時，他的視覺皮質(zhì)毫無反應，而當他聆聽自己喜歡的音樂時，他的整個視覺皮質(zhì)便開始活躍。利姆發(fā)現(xiàn)：“就好像他的大腦正在利用從未被視覺刺激過的那部分組織，或者說用那部分組織來幫助他感知音樂。”

過去幾年間，至少有12項新的腦部掃描研究將重點放在了視覺思維及其如何在大腦的不同區(qū)域被激活上。新一代掃描儀能夠更快速、更準確地檢測到被激活的大腦區(qū)域。話雖如此，由于檢測方法的不準確或不完整導致重復實驗變得困難，新一代的磁共振成像依然會產(chǎn)生偏差性結(jié)果。在我自己的研究領(lǐng)域，我也看到了一些重要的細節(jié)在研究方法部分是被遺漏的，譬如如何選擇受試者、如何挑選豬的品種或飼料的成分。就像在傾斜的滑槽中能看到斜射的陽光一樣，那些令人不安的細節(jié)會突然出現(xiàn)在我的腦海中。磁共振成像研究中出現(xiàn)的自相矛盾的結(jié)果也許就是由一些看上去微不足道的細節(jié)決定的，例如受試者得到提示的時機或被持續(xù)觀測的時間。此外，這種矛盾性也可能來自我們在研究工作中已經(jīng)看到的確認偏差，即大多數(shù)視覺測試是由心理學家設計進行的，而他們大多是語言思維者。當研究結(jié)果取決于究竟是誰在分析實驗的時候，結(jié)果自然會出現(xiàn)矛盾或偏差。一如我們將要探索的，空間可視化者與對象可視化者在以不同的方式看待這個世界。