□文/顧凡及

人類已經能夠打破原子，上天攬月，甚至發(fā)送航天器飛出太陽系，人類還能夠測定自己的基因序列，似乎無所不能，然而對于我們的腦是怎樣工作的，我們怎樣“看”，我們怎樣“聽”，我們怎樣“行動”，我們怎樣“想”，我們怎么會有意識，我們怎么知道自我……我們已經知道了不少，但是不知道的比知道的還要多得多。

似有定論但遠未接近真相的幾個問題

第一個問題：為了完成某個功能，究竟需要全腦參與，還是只要局部就行？

19世紀初，奧地利醫(yī)生弗朗茨· 加爾相信人不同的認知功能和性格特點是由不同腦區(qū)決定的，如果某種功能用得多，相應的腦區(qū)就會增大，對應于它的顱骨也會隆起。因此，他認為通過檢查顱骨的隆起情況就可以確定該人的性格，并把這個理論稱為顱相學。

加爾9歲時就注意到有同學對文字材料的記憶力超強，并且有一對像母牛一樣鼓起的眼睛。在他的印象中，有這樣眼睛的人往往都有很強的記憶力，于是他把這兩者聯(lián)系了起來。

長大以后，加爾把這個想法推廣到其他特點。盡管他的理論缺乏科學根據(jù)，也沒有實驗支持，從總體上說是錯誤的，但是他最先提出了腦功能定位的思想。

加爾的理論受到了實驗生理學家皮埃爾·弗盧朗的強烈反對。弗盧朗曾損壞了鳥腦皮層的不同部位，并沒有發(fā)現(xiàn)鳥的行為有什么特異性缺陷，因此，他認為動物的行為是由整個腦決定的。但他采用的實驗對象主要是低等動物，即使以高等動物作為實驗對象，用的也是非常幼小的動物。所以，他的實驗結果并不能最終支持他的觀點。

顱相學模型

支持腦功能定位假設的突破性證據(jù)，來自1861年法國神經解剖學家皮埃爾·布羅卡對一位名叫萊沃爾涅患者的研究。

萊沃爾涅是巴黎的一名鞋匠，21年前中過風，從此不能講完整的句子，而只會發(fā)“他”這個音。問他叫什么名字，他的回答是“他”；問他別的問題，他回答的依然是“他”，人們就把他稱為“他”先生。

布羅卡對萊沃爾涅進行了檢查，但僅僅6天之后，萊沃爾涅就去世了。隔天上午進行了尸檢，結果發(fā)現(xiàn)他左側腦的前部有損傷，左額葉大范圍軟化，并向后延伸到頂葉，向下延伸到顳葉，但是可清楚地看出軟化的原發(fā)部位在左額葉的中部。

布羅卡在當天下午舉行的人類學學會的學術會議上報告了這一病例，他堅定地宣稱：“所有一切都使我們相信，在這一病例中，額葉損傷是造成失語的原因?！?/p>

后來，他又對8名類似的病人進行尸檢，發(fā)現(xiàn)他們的左側額葉都有類似的損傷。

根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，1864年，布羅卡總結了一句有關腦功能的名言：“我們用左腦說話！”

他特別強調所發(fā)現(xiàn)的這個區(qū)域與顱相學所說的語言區(qū)域是不同的。此后，腦的這一部分就被命名為布羅卡區(qū)。而布羅卡的研究，也成為腦功能定位論再次崛起的契機。

但是，關于整體論與功能定位論之間的爭論并未平息。

第二個問題：大腦高級功能是由腦的特定部位還是整個大腦皮層決定的？

到了20世紀初，幾乎所有的學者都承認大腦皮層有某種程度的功能定位，但還是有人堅持大腦皮層的高級功能（如思維與記憶）需要整個大腦皮層的工作，對此不存在功能定位。

其中影響最大的，首推美國心理學家卡爾·拉什利關于記憶的研究。他讓大鼠學習在迷宮中尋找食物，然后研究大腦皮層損傷對完成此任務的影響。

拉什利發(fā)現(xiàn)，如果在學習前就損傷大鼠的大腦皮層，它需要通過更多次的學習，才能避開盲端取到食物。在另一組實驗中，拉什利先讓大鼠學會避開盲端直接取到食物，然后再損傷它的大腦皮層，結果發(fā)現(xiàn)此后大鼠經常會出錯。在最關鍵的一個實驗中，拉什利發(fā)現(xiàn)大鼠學習和記憶損害的程度與大腦皮層損傷的面積正相關，而與損傷的部位無關。他的工作對整體論是極大的支持。

但是，后來人們發(fā)現(xiàn)他的結論有問題，因為他損傷的大鼠大腦皮層的區(qū)域面積很大，影響到許多不同的感覺模態(tài)，而迷宮學習恰恰牽涉多種感覺模態(tài)。因此，單獨損傷某一模態(tài)并不足以阻止大鼠完成任務，因為別的模態(tài)可起到補償作用，只有當損傷面積很大而牽涉許多模態(tài)時，問題才明顯地表現(xiàn)出來。

拉什利對實驗事實做出的解釋不正確！但是，有一點他是對的，即學習和記憶并不只局限于皮層的某個局部小區(qū)域。

20世紀50年代，記憶研究的先驅、加拿大英裔神經科學家布倫達·米爾納對著名失憶癥病人的研究表明，腦深部的海馬體是把短期記憶轉化為長期記憶的關鍵部位，但是這只牽涉經歷和知識這樣的“陳述性記憶”，而與經過訓練獲得技巧的“程序性記憶”無關。這就徹底推翻了拉什利的觀點。

現(xiàn)在一般認為，只有非常簡單的功能才定位在腦的單個特定部位，絕大多數(shù)腦功能并不需要全腦的參與，但是需要多個腦區(qū)的協(xié)同工作。

雖然如此，兩種觀點之間的爭論至今還沒有完全平息，這主要反映在意識問題上。

目前，一個重要的爭論問題是意識的神經基質是什么。許多人認為是特定的腦區(qū)及其上特定的活動，這被稱為意識的神經相關機制。但是也有科學家認為意識需要全腦參與，參與量的多少反映了意識的程度。孰是孰非，還需要進一步研究。

第三個問題：腦僅僅是一個信息處理機構，還是能從外界刺激中提取“意義”的系統(tǒng)？

再舉一個例子，視覺是神經科學中研究得最多也最深入的一個領域。目前，人們通常把視覺系統(tǒng)看成某種信息處理系統(tǒng)，由簡單到復雜逐層抽提不同特征。但是，大家都熟知的視錯覺卻說明情況并不完全是這個樣子。

《庭院還是樓臺》這張圖片顯示的就是一種視錯覺，就是當把三維對象畫在二維平面上時，利用不同的線索暗示其局部所在的空間位置，由于不同的三維對象可以映射成同樣的二維投影，把這些投影連接起來，盡管在局部都能得到合理的解釋，但是從整體上來說可能自相矛盾。

例如，看圖的下半部，根據(jù)小柵欄的朝向可以判定這是一個庭院；看圖的上半部，根據(jù)小柵欄的朝向則可以判定這是一個樓臺，而那架梯子和那條繩子，以及上半部的天和下半部的草地更加強了對樓臺和庭院的認識。

但是這就帶來了一個矛盾，就是中間的那個正方形，從下半部看是庭院的路面，而從上半部看則是樓臺的底面，這似乎是矛盾的。要解決這個矛盾就只能認為它是翹起來的，所以，下半部是路面而上半部是樓臺底所構成的頂。如果你這樣認為，再去看它，就真的似乎有翹的感覺。

所以，“看”就不只是對輸入圖像抽提特征的問題，而是一個主動的構建過程。你的大腦可根據(jù)先前的經驗和眼睛提供的有限而模糊的信息，做出最好的解釋。

《庭院還是樓臺》顯示的就是一種視錯覺

科學家正是基于這些現(xiàn)象，得出腦不僅僅進行信息處理，而且還要根據(jù)其內在模型從外界刺激中提取“意義”的觀點。這是一個現(xiàn)在許多人都還沒有領會的嶄新觀點。

耗資巨大的腦計劃真的有用嗎

現(xiàn)在，世界科技大國都有自己耗資巨大的腦計劃，許多人把揭開人腦之謎的希望全部寄托在這些大計劃上。對此，筆者持保留態(tài)度，因為到目前為止，我們還沒有任何有關腦如何產生心智的科學理論框架，對此目標也缺乏實際可行的技術路線。對于腦這樣一個有著極多層次的超級系統(tǒng)，期望完全通過搞清楚每一個離子通道或是每一個神經元的每一個發(fā)放，由此逐層往上，最后揭開心智之謎，這種方法是否能完全奏效仍大有疑問。但是，筆者也并不否認這些腦計劃對推動腦研究的重大作用。

技術的進步往往打開新發(fā)現(xiàn)的大門。二十世紀二三十年代，放大器和示波器等電子技術的進步，開創(chuàng)了研究神經系統(tǒng)電活動的新時代；二十世紀末，正電子發(fā)射斷層掃描和功能性磁共振成像等腦成像技術，則開辟了認知神經科學的新時代。如今，美國和歐盟的腦計劃都把重點放到了研究腦的新技術開發(fā)上。當然，這并不等于說新技術就必然帶來科學的突破，關鍵還是要科學家對面臨的科學問題有清醒的認識，知道如何把這些新技術應用到這些問題的研究上去。

大計劃對腦研究的另一大作用是可以大規(guī)模、規(guī)范化地收集基礎數(shù)據(jù)，例如，人腦中神經細胞的分類、腦區(qū)分劃圖譜以至腦中神經元與神經元之間的聯(lián)結圖譜等，這些基礎數(shù)據(jù)可能為將來的突破打下基礎。

以筆者的管見，當前需要對腦研究所面臨的重大問題做一番梳理，尤其是那些對社會有重大意義而又有望在可預見的將來得到解決的問題。正如數(shù)學大師希爾伯特在1900年國際數(shù)學大會上提出了當時數(shù)學界所面臨的23個重大問題，這推動了以后很長一段時間里的數(shù)學研究。

如果能把全球頂級專家對腦研究重大課題的真知灼見匯集起來，進行深入的討論并達成某些共識，然后投入巨資，鼓勵和支持科學家，特別是對腦癡迷的年輕科學家，在這些重大問題上進行不懈的探索，也許可望在腦和心智研究上取得突破。

讓我們歡呼、迎接這一腦和心智研究的新時代吧！也期望有志的讀者能把自己武裝起來，參與這一宏偉的事業(yè)。