 實驗室的師兄畢業(yè)了，導(dǎo)師帶領(lǐng)大家為他慶祝。所謂慶祝，不過是坐在小酒館里吃吃喝喝，東扯西拉地閑聊。一群腦科學(xué)家，話題不由自主地繞回到學(xué)術(shù)上來。有人 提起人類目前無法解決的三大最基本哲學(xué)問題： 其一，關(guān)于“有”和“無”。如果一生二，二生三，三生萬物，那么一是怎么起始的呢？有可以生于無么？其二，關(guān)于“生命”。把生命體和非生命體區(qū)別開來的標 準是什么呢？或者說，這個黑白分明的標準是否存在？其三，哈，就是“意識”。大腦怎樣產(chǎn)生意識，我們又如何判斷一個有別于我們的機體具有意識？ 聽 到自己的研究領(lǐng)域位列三大難題之一，我們這些學(xué)生都面露得色。但是老板挺一挺身子，發(fā)出一聲長嘆：“呃～～～啊，我需要至少三杯酒之后才能開始談意識問 題。” 大伙哄笑起來，馬上心領(lǐng)神會——這是挑戰(zhàn)人類智慧極限的任務(wù)，也許耗盡一生都不會有很大進展。在這條路上找到自己的方向而不陷入絕望和盲目，是需要智慧 的。不是有詩云：
這種 興奮與無奈交雜的感覺，或遠或近地跟在每一個試圖刨根究底的人身后。試想百年前，人們也有許多關(guān)于大腦的爭論。我們相對于他們，多知道了一些什么呢？這些 知識離終極答案還有多遠？我們真的有根本性的進步么？就算是這些前瞻性的問題，答案也因人而異。就像一場浩瀚大洋上的迷航，你我各自尋找立足的礁石。現(xiàn)在 我愿把自己所在的經(jīng)緯和你分享，期待大家的視野能拼在一起，即使不能馬上找出一條航道，也多了一幅個人目力不能及的地圖。 我是一名生命科 學(xué)的逃兵，逃出了DNA、氨基酸、蛋白質(zhì)這些分子們的戰(zhàn)場，來到一個以大腦區(qū)域為單元的網(wǎng)絡(luò)世界。這種經(jīng)歷很奇妙，因為這兩個世界的教授們似乎水火不容。 如果一個分子神經(jīng)學(xué)家聲稱，某基因?qū)е履衬X功能紊亂，這不會引來同行的反感。我卻眼見研究大腦網(wǎng)絡(luò)的教授們眉頭皺成一團，嚴肅地指責分子生物學(xué)把世界過于 簡化。我也聽見手執(zhí)試管的老師對用磁場掃描大腦的同學(xué)們嗤之以鼻，說你們看到的大腦不同區(qū)域的相互作用，如果不追根溯源到細胞和分子，又如何解釋它的機理 呢？看起來，大統(tǒng)一理論不僅僅是物理學(xué)家的夢想。這些爭執(zhí)，也許只是同一頭大象的腳爪和鼻孔罷了，哪一派都不見得把握了全貌。權(quán)衡利弊，我決定當個騎墻 派。 專業(yè)的墻頭草最了解風是從哪邊吹的。每一種解釋，每一種思路，都有他們合理的源頭和立場。細看腦科學(xué)的歷程，紛繁甚于諸侯割據(jù)，每個 人站在自己的研究尺度上看見的機理都不一樣。這向我們透露了一個信息，我們談?wù)摰拇竽X，有著超乎想象的復(fù)雜度，而且是結(jié)構(gòu)和功能上的雙重復(fù)雜。剖開一個掛 鐘，我們可以弄明白它怎么擺動；剖開一個指南針，我們沒法從結(jié)構(gòu)上知道它為啥定在一個方向，但通過地球磁場的物理知識，還是能找到答案；剖開一條青蛙腿， 它的肌肉、骨骼、神經(jīng)、血管……精巧遠甚于掛鐘。而弄清了解剖結(jié)構(gòu)之后，還需要有電化學(xué)和物理知識才能明白刺激神經(jīng)為什么會引起它收縮反射。那么，剖開一 個大腦呢？迎面而來的是結(jié)構(gòu)和原理的雙重挑戰(zhàn)。 Youtube 有一個視頻，加州大學(xué)圣地亞哥分校的Nick Spizer 教授講神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育。說我們腦子里一共有多少個神經(jīng)細胞，唔，招一個世界上最好的博士生來數(shù)5年都數(shù)不清（可憐的博士啊）……估計在一千億個左右。記得 有本講銀河系恒星的書叫《千億個太陽》，真是一沙一世界，一腦一星系啊。每個細胞都向其他細胞發(fā)出連接或接收其他細胞發(fā)來的連接，平均每個細胞接收的連接 數(shù)在一萬個左右。如果把細胞分分類，能有一千多種；它們組成的大腦皮層能分出一百多個區(qū)。這么一大團緊密連接的“東西”擺在面前，如果是你，會怎樣著手研 究呢？是先看細胞的結(jié)構(gòu)特點，還是互相連接的機制，抑或不同腦區(qū)的特征？這個特殊的“東西”就像一個跨越微觀到宏觀尺度的大手腳架，每一層都有人在研究。 怪不得張愛玲老師說，生命是一襲華美的梯，上面爬滿了科學(xué)家。
如此一張神經(jīng)元的大網(wǎng)，我們沒法像那樣看一眼掛鐘就把它的運轉(zhuǎn)機制了然于 胸。也許可以從最基本的問題著手，尋找和感官、情緒、語言、記憶這些現(xiàn)象相聯(lián)系的大腦結(jié)構(gòu)？這一找就是幾百年。十九世紀的歐洲流行一門“顱相學(xué)”，由一個 叫做高爾（Gall）的德國人興起，風靡一時，他們還專門發(fā)明了測顱骨形狀的機器來賺錢。這些人秉持的觀念是，人頭骨可以按凹凸的特征來劃分出很多區(qū)域， 反映出你是啥性格啥智力，甚至啥體重身高。聽上去特偽科學(xué)吧，比星座還星座。可你別說，用這種分區(qū)的觀念來看待腦功能在當時是挺先進的。想想胃、肝、腎、 脾、心，大腦和它們相比也是一坨皺巴巴的器官，是什么特殊結(jié)構(gòu)讓它產(chǎn)生了意識呢？那個年代還沒誰知道大腦是神經(jīng)元組成的，這些功能分區(qū)就把它和別的內(nèi)臟器 官區(qū)別開來了。現(xiàn)代腦區(qū)功能的研究者仍然對細胞層面的機理不太感興趣，也許和這個領(lǐng)域的理論淵源有關(guān)。 撇開高爾的偽科學(xué)不談，十九世紀真 正的腦區(qū)功能研究來自醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，來自大腦受了損傷的病人。著名的例子有醫(yī)生布洛卡 （Paul Broca）的發(fā)現(xiàn)，以他名字命名的布洛卡區(qū)位于大腦前部，額頭左側(cè)的一個地方。這里受到損傷的病人會產(chǎn)生一種典型的語言障礙，他們能明白話語的意思，但 說出口的句子語法紊亂，讓聽者無法理解。相對應(yīng)的，醫(yī)生魏尼克 （Carl Wernicke）在大腦中后部，耳朵后面一點的地方發(fā)現(xiàn)了魏尼克區(qū)，這里受損的病人說話語法正常卻沒有意義，同樣讓聽者莫名其妙。這種“損傷-功能”的 研究思路，一直延續(xù)下來。二十世紀我印象最深的是鐵路工人蓋奇（Phineas Gage）的故事。他在25歲遭遇意外，被一根鐵棍從左顴骨下方穿進頭頂穿出。醫(yī)生切除了他前額靠近眼眶位置的腦組織，保住他性命。蓋奇丟了左眼球，其他 都康復(fù)得挺好，能像正常人一樣生活了，算得醫(yī)學(xué)奇跡。可他的脾氣變了，不再是溫和善良開朗勤勞的小伙子，而是一個嗜賭如命酗酒曠工滿口粗話的二流子。那塊 神奇的前額腦組織，從此引來無數(shù)好奇的目光。蓋奇之后最著名的病人要數(shù)H.M.了，他被切除的兩塊海馬組織，阻斷了所有新記憶的形成。
從 布洛卡區(qū)到海馬體，這些損傷病例為許多功能在腦組織中的定位提供了線索，同時也給人一種印象，似乎給大腦分區(qū)是合情合理的。找到了正確的分區(qū)，就能對號入 座對癥下藥地推出整個腦的工作原理。這讓人聯(lián)想到計算機。一個外星人來到地球，打開一臺電腦的機箱，看見了CPU、主板、內(nèi)存、硬盤、顯卡等等組合在一 起，那么他很可能分析出電腦的工作原理。在那個電腦還是時髦新玩藝兒的年代，腦科學(xué)家們確實這樣憧憬過。后來發(fā)現(xiàn)棘手的地方在于，大腦的運轉(zhuǎn)并不是一個區(qū) 負責一個功能那么簡單，不存在類似CPU和內(nèi)存的分工。證據(jù)是什么呢？嗯，終于說到了激動人心的腦成像技術(shù)。二十世紀九十年代，一種用磁場探測血液中氧含 量的方法出現(xiàn)在腦科學(xué)領(lǐng)域。人們早就知道神經(jīng)元是靠血管輸送葡萄糖來提供能量的，神經(jīng)元活躍消耗了能量，會引起血流量增加來補償。血流增高，含氧量也隨著 上去。那么探測到的含氧增加的區(qū)域，就是神經(jīng)活躍的區(qū)域。 設(shè)想我們在磁共振成像儀里讓一個健康人做和語法相關(guān)的測試。你猜猜會引起什么區(qū) 域的活躍？布洛卡？魏尼克？實際上，從來沒有實驗單單讓這兩個區(qū)活躍，所有的發(fā)現(xiàn)都有除此之外的腦區(qū)參與。語言功能是這樣，其他功能都是這樣。在腦損傷研 究中定義出來的部位，確實能在健康人的實驗中觀察到活躍，但它們從來不單獨作用，總是需要其他腦區(qū)的配合。同時，不同實驗中活躍的腦區(qū)也會有重合，這說明 有的腦區(qū)和多種功能相關(guān)。這又讓人聯(lián)想到當下一個時髦的玩藝兒——網(wǎng)絡(luò)。有人用圖論來研究腦區(qū)之間連接的特性，發(fā)現(xiàn)大腦中的網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、 人際關(guān)系網(wǎng)絡(luò)、物流網(wǎng)絡(luò)等等有類似的地方，都是一個“小世界” (small world)。小世界結(jié)構(gòu)能讓信息以高效率傳播，如果把大腦視作一臺處理外界輸入信息的機器，它具有這樣的特性并不出人意料。 可是，大腦 真的是一臺信息處理器么？有的研究者不喜歡這個類比。磁共振成像旨在尋找活躍腦區(qū)，圖論方法側(cè)重于連接的分布情況，兩者都很少提到時間。但人的意識活動明 顯是隨時間變化的，或者說變化停止就意味著思想消亡了。就算大腦功能的組成部分都被成功找到了，它們?nèi)绾戊`活應(yīng)變來形成充滿彈性的人類認知，是探索意識的 路上無法繞開的一個問題。面對這個問題，人們把目光投向了比磁共振歷史長得多的腦電波測量。通過放置在頭皮表面的電極，可以無傷害地得到各處電場的強弱變 化，這比血流量的變化率要高得多。人們從工程數(shù)學(xué)中借用了許多方法來分析這些變化的特性，看它們是怎樣和人類行為聯(lián)系起來的。這些研究者更喜歡把大腦叫做 “動力系統(tǒng)” （dynamical system），用比圖論更抽象但是更動態(tài)的觀念去接近那個“終極答案”。 任何現(xiàn)有的腦成像技術(shù)都 各有局限性，但科學(xué)家的字典里沒有“束手無策”這個詞。他們努力尋找整合不同測量方法的方案，如果還不行，還有狠招，建模。別小看這些“耍數(shù)學(xué)手腕”的模 型家，他們中的佼佼者，霍奇金 （Alan Hodgkin）和赫胥黎 （Andrew Huxley）曾憑著一組模擬神經(jīng)沖動電信號的微分方程獲得了1963年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。建模者都是基于已有知識，從自己的假設(shè)出發(fā)來設(shè)計方程的，當 方程結(jié)果與現(xiàn)實高度吻合，無疑為假設(shè)的可信度提供了有力的證據(jù)?；羝娼?赫胥黎模型得到人們肯定，不光是它“裝得像”，更因為它闡釋了細胞膜內(nèi)外的離子引 發(fā)神經(jīng)電沖動的機制。跟隨他們的步伐，后輩的研究者逐步把單個神經(jīng)元的模型拓展到許多神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)相互作用中去。他們面臨的挑戰(zhàn)同樣來自大腦網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜 性：想想你面對一千億個這樣的家伙吧，要怎樣簡化才能使模型可行又不失去關(guān)鍵的精髓呢？如果說實驗人員要突破的是技術(shù)，那建模者要砸碎的是邏輯和想象力的 局限。暫時突破不了呢，干脆，你還可以試著造一個大腦出來，邊觀察邊為模型找靈感，就像IBM的藍腦計劃那樣。
關(guān)于大腦的話題談起來就沒 邊，以后有時間咱再往深了說。連我這樣的小兵都看得出來，終極答案還遠沒到指日可待的程度。我也很想在有生之年聆聽某個智慧的聲音說出驚天大秘密，那一句 振聾發(fā)聵的“42”……看樣子指不上了。罷了，人生不如意十之八九，剩下十分之一得榨出油。作為浩浩蕩蕩的摸象大軍一員，在各種學(xué)科交叉的人群中找樂子是 很容易的事情。當看到實驗室的mm興奮地把自己打扮起來，穿梭在三萬人的神經(jīng)學(xué)年會會場，我能理解她逛“學(xué)術(shù)大商場”的心情。沒啥好沮喪的，就像認知哲學(xué) 家 Patricia Churchland 說的，今天人類沒弄明白的問題，并不意味著將來就沒有答案。 |
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