从天才到疯子：人类认识脑科学的历史

转自：图灵教育

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大脑也许是我们生命中最重要的器官。而研究大脑并最终改造大脑也成为许多生命科学家毕生的追求。然而，对大脑的研究越多后我们发现，我们生活中的行为、疾病乃至种种不可控的反应，都可以归结到大脑之中。

每个人都有一次生命，以及一颗大脑，伴随我们度过整个一生。而人生中所有重要的目标，归根结底都要从改变大脑开始。我们虽然有自然的改变机制，但它的局限性令人失望。除了满足好奇心和求知欲以外，神经科学到底能不能为我们带来新的启发和技术，让我们改变大脑？

1955年，阿尔伯特•爱因斯坦逝世，他的身体被火葬，但他的大脑却没有。在尸检过程中，病理学家托马斯·哈维（Thomas Harvey）悄悄地取出了他的大脑，并且据为己有，后来他因此失去了普林斯顿医院的工作。在随后的几十年里，尽管他不停地从一个城市搬到另一个城市，但这240片大脑被他装在一个罐子里，始终不离身。到了20世纪80年代和90年代，哈维送了几片样本给几位学者，他们都想研究清楚一个问题，那就是天才的大脑到底有什么特殊的地方。

哈维已经称量过，爱因斯坦大脑的重量很普通，甚至比平均水平还低一点，因此大脑的尺寸并不能解释为什么爱因斯坦是个天才。1999年，桑德拉•维特森（SandraWitelson）和她的合作者们提出了一个新的解释。他们表示，从哈维提供的那些尸检时拍摄的照片来看，皮层上一个称为顶下小叶的区域非常大（这个区域是顶叶的一部分）。也就是说，爱因斯坦成为天才也许是因为他的大脑的某个部分格外大。爱因斯坦本人曾经说过，他经常用图形的方式思考，而不是用文字。我们已经知道，大脑的顶叶恰恰与视觉和空间想象有关。

造就天才的秘密

天才的大脑一直令人们着迷，这种传统由来已久。除了阿纳托尔•法郎士和阿尔伯特·爱因斯坦的大脑之外，19世纪的狂热人士还保存了另外一些杰出人物的大脑，比如著名诗人拜伦爵士和瓦特·惠特曼的，这些大脑至今仍被装在罐子里，放在博物馆的库房。“叹”和保罗•布洛卡，那个不能说话的患者和研究他的医生，在死后成了永垂不朽的伴侣，巴黎的一家博物馆将他们俩的大脑一起保存了下来，这件事总让我产生一种奇怪的兴奋感。神经解剖学家还保存了卡尔·高斯的大脑，就是那位史上最伟大的数学家。他们早在维特森解释爱因斯坦之前就曾经指出，高斯的顶叶比一般人要大，这可能是他成为天才的原因。

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爱因斯坦的大脑。

所以，研究特定脑区的尺寸，而不是整个大脑的尺寸，这种策略并不是什么新鲜事。事实上，这最早正是由颅相学家提出来的。1819年，颅相学之父弗朗兹•约瑟夫·高尔发表了《基于观察人与动物的头部构型以研究其智力与道德素质之可能性的普通神经系统及大脑的解剖与生理》，他认为每种心智“素质”都和与它相对应的皮层区域的尺寸有关。更玄的是，高尔提出，颅骨的形状能够反映其内部皮层的形状，因此可以用来判断一个人的素质。从此以后，颅相学家们走向江湖，他们给人预测孩子的命运，评估婚姻是否合适，以及筛选求职者，方法就是摸摸头。

高尔和他的学生斯普茨海姆提出了各个脑区所对应的功能，他们的依据是各种道听途说来的极端例子。比如某个天才的额头很大，那么智力就是由大脑的前部支配的。如果某个罪犯的头很宽，那就说颞叶是说谎的重要器官。通过这种不靠谱的方法，他们得到了十分荒唐的脑区功能定位。因此，到了19世纪下半叶，颅相学变成了一个大笑话。

今天，我们拥有了很多当初颅相学家梦寐以求的先进技术。我们不再使用摸头这种土办法了，通过磁共振成像，可以精确地测量皮层区域的尺寸。而且通过扫描很多人的大脑，研究者们收集了大量的数据以进行统计，不再依靠维特森研究爱因斯坦的大脑这一类零星的例子。那么，“后颅相学家”们又发现了什么呢？

他们发现，智商确实与额叶和顶叶的尺寸有一些关系，其相关性要比智商与全脑尺寸的相关性略大。这支持了之前的观点，也就是说，这两叶对智力尤其重要。（枕叶和颞叶主要是支配感官功能，比如视觉和听觉。）但令人失望的是，这种相关性仍然很弱。

但与颅相学不完全相同的是，这些研究不但把大脑分成不同的区域，而且把智力本身也分成不同的方面。我们身边就有这样的例子，比如某个数学天才的文笔不好，或者反之。现今的很多学者反对智商或者综合智力的叫法，认为这是一种过度简化。他们倾向于使用“多种智能”，而且这些智能分别与不同脑区的尺寸有关。伦敦出租车司机的右后海马体更大，这个脑区被认为与空间导航有关。音乐家的小脑更大，而且某些皮层区域也更厚。（小脑更大是很有道理的，因为小脑对于精细动作能力非常重要。）双语人士的左顶叶下方皮层比一般人更厚。

天才与疯子的一线之隔

虽然这些发现很令人兴奋，但别忘了，这些只是统计。如果仔细去看这些研究，你会发现这些脑区只是平均而言更大。对于个体而言，用脑区尺寸来预测某些能力仍然是无效的。智力上的差异也许会导致一些困难，但通常来说这并不是特别严重。另外一些心智变化才是真正可怕的苦难，而且对于社会也是巨大的麻烦。在工业化国家，每100人中就有6个人患有严重的精神障碍，而且在所有人中，有一半的人会在一生中的某些时候患有轻度的精神障碍。大部分精神障碍只能通过行为疗法和药物进行一定程度的治疗，还有很多在目前根本无药可治。为什么精神障碍如此难以战胜？

一种疾病的发现者，通常被认定为首先描述该疾病症状的人。1530年，意大利医生吉罗拉摩•法兰卡斯特罗（GirolamoFracastoro）不同寻常地通过一首叙事诗的形式，描述了“梅毒”，或者叫“高卢病”（这首诗的标题为SyphilissivemorbusGallicus）。他给这种病起的这个名字，源于神话传说中的牧羊人西菲利斯（Syphilus），西菲利斯因为遭阿波罗神降罪惩罚，成了第一个患此病的人。在他的3本拉丁文六步格诗中，法兰卡斯特罗描述了梅毒的症状，指出该病通过性行为传播，并且提出了一些疗法。

梅毒会导致难看的皮肤糜烂和身体损伤，一段时间之后，还会有更可怕的症状—精神错乱—随之而来。法国作家莫泊桑在他1887年的恐怖故事《奥尔拉》（LeHorla）中，虚构了一个超自然的生物体，故事的主人公饱受此物的折磨，先是身体生病，后来就是发疯：“我不行了！有人掠走并控制了我的灵魂！有人在操纵我所有的行为，我所有的动作，我所有的思想。我不再是我自己，对于自己所做的一切，我都只是一个被奴役的恐惧的旁观者！”主人公最终以自杀的方式结束了自己的苦难。这个故事颇有一些自传的色彩，因为莫泊桑本人在20多岁时患上了梅毒。1892年，他试图割喉自尽，未遂，被送至精神病院。次年，莫泊桑逝世，年仅42岁。

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保罗·高更自画像。

相传，著名画家保罗·高更和诗人查尔斯·波德莱尔也曾患梅毒。但我们没有确凿的证据，因为确诊一种疾病不能只靠症状。两个患有同样疾病的人可能会表现出不同的症状，而两个患有不同疾病的人也有可能表现出很相似的症状。要想诊断和治疗一种疾病，需要知道病因，而不仅是症状。引起梅毒的病菌在1905年被发现，随后不久就出现了第一批能杀灭该病菌的药物。这些药物对于早期梅毒有效，但对于已经侵入神经系统的梅毒病菌就无能为力了。1927年，德国医生朱利叶斯•瓦桥（JuliusWagner-Jauregg）获得了诺贝尔奖，因为他提出了一种奇特的疗法以治疗神经性梅毒。他除了给药之外，还故意使患者感染疟疾，疟疾导致的发烧可以杀死梅毒病菌，然后他再用药物治疗疟疾。在第二次世界大战以后，瓦桥的疗法被青霉素等一些叫作抗生素的抗菌药物取代。从此，梅毒不再是一种主要祸及大脑的疾病。

由感染导致的疾病相对比较容易治疗，因为我们有办法知道病因。但是其他疾病呢？比如阿尔茨海默病。它是一种常见的老年病，初期症状是失忆，随后发展成痴呆，各种心智能力全面减退。最后，患者的大脑萎缩，颅骨变成一个空荡荡的壳子。假如那些颅相学家今天还活着，他们肯定会说，阿尔茨海默病是由于大脑的尺寸减小而导致的，但是这个解释并不正确。在失忆并出现其他症状之后很久，大脑才开始发生萎缩，而且萎缩本身就是一种症状，而不是病因。萎缩是由于大脑组织的死亡导致的，那又是什么导致了这种死亡？

为了查找线索，科学家们检查了阿尔茨海默病患者的尸体解剖样本。他们在显微镜下发现，患者的大脑中布满了斑块和缠结。一般来说，脑细胞的异常与疾病之间的对应关系被称为神经病理。这些斑块和缠结一旦出现在大脑中，细胞将随之死亡，紧接着就会出现阿尔茨海默病的症状。现在一般用这些神经病理来定义阿尔茨海默病的特征，因为像失忆或痴呆等症状也有可能由其他疾病导致。科学家们目前还不知道到底是什么导致斑块和缠结发生积累，但是他们希望能通过减少这些神经病理来治疗阿尔茨海默病。

孤独感？也许不止于一种心灵体验

最棘手的精神疾病，就是那些目前还没有明确的神经病理的疾病。这种情况真的把我们难住了。这些疾病现在只能通过生理症状来定义，而且距离能够治愈还很遥远。它们有些会导致焦虑，比如恐慌症或强迫症，还有些会导致心情失控，比如抑郁症或躁郁症。其中最严重的两种，要数精神分裂症和孤独症。

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电影《搏击俱乐部》。

对于孤独症的症状，最清楚的描述方式就是直接的临床记录：

大卫在3岁时被诊断为孤独症。当时他无法注视他人，也不怎么说话，完全迷失在自我的世界中。他喜欢在蹦床上连跳几个小时，而且极其擅长玩拼板游戏。10岁时，他的身体发育正常，但心智仍然很不成熟。他有一张精致的脸庞，样貌很好看……他曾经并且仍然非常固执地坚持自己的喜好或厌恶……他母亲必须不停地满足他的各种突然的要求，稍有耽误，他就会勃然大怒。

大卫在5岁时学会说话。他现在在一家专为孤独症儿童开设的特殊学校里，他在那里感觉很快乐。他有一套固定的日程，从不间断……有些事情他能学得又快又好，比如他完全通过自学掌握了阅读。他现在能非常流利地阅读，但是无法理解他读的是什么意思。他还非常喜欢加法。然而，有些事情他学起来极其困难，比如在家庭餐桌上吃饭，或者穿衣服……

大卫现在12岁，他仍然不主动跟其他孩子一起玩。他在与不熟悉的人沟通方面存在明显障碍……他对别人的想法或兴趣从不让步，也不能接受别人的观点。像这样，大卫对于社会生活完全漠不关心，他始终生活在自己一个人的世界里。

这份病例提到了定义孤独症所需的三个症状：社交冷漠、交流障碍和行为刻板。这些症状在3岁之前出现，一般会随成长而减弱，但是大部分成年孤独症患者完全无法在没有监护的情况下生活。孤独症目前没有有效的治疗手段，我们更没有办法消灭它。

乌塔·佛莱斯（UtaFrith）用诗意的说法，称孤独症患者是“被囚禁在玻璃壳子里的漂亮孩子”。因其他疾病导致的残疾儿童可能会有明显的、令人心痛的肢体缺陷，但孤独症的孩子却不是这样，他们的外表看起来没问题，甚至格外漂亮。他们这样的外表可能会蒙蔽父母，使他们难以相信自己的孩子存在严重的问题。于是他们徒劳地努力想要打碎那个“玻璃壳子”—孤独症的社会孤立—把一个正常的孩子解救出来。但是，这些患有孤独症的孩子，其正常的外表之下，却藏着一颗异常的大脑。

被提到最多的一点异常就是尺寸。在1943年，美国精神病医生里奥·肯纳（LeoKanner）在他的代表性的论文中，首次定义了孤独症候群，同时他还轻描淡写地提到，在他的11个病例中，有5名儿童具有很大的头部。多年来，相关的学者们研究了大量孤独症患儿，发现他们的头部和大脑确实比平均水平更大—尤其是额叶，而额叶包含了很多与社交和语言行为相关的脑区。

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电影《美丽心灵》剧照

这是否意味着大脑尺寸是一个可以用来预测孤独症的指标？如果是，我们就可以自信地说，颅相学的思路至少在解释孤独症方面是靠谱的。但是，要小心，这里有一个很常见的统计谬误，即罕见类别。考虑某种特殊类型的少数人，比如职业橄榄球运动员，他们的体型明显大于平均水平，是否能够预测说，体型明显大于平均水平的人都是职业橄榄球运动员？这种预测规则可能在平衡样本集上是适用的，比如相等数量的橄榄球运动员和普通人组成的样本集，如果你把他们按照体型排序，可以得到比较准确的预测结果。但如果样本集是所有人，这时候你预测说凡是体型大的人都是橄榄球运动员，那么在多数时候你会预测错，这些人很可能是因为其他原因而很高、很壮、肌肉很多。同样，预测说所有大脑较大的儿童都有孤独症，这也是非常不靠谱的。有很多大块头不打橄榄球，也有很多脑袋大的人未患孤独症。

大脑的本质

媒体经常在报道中声称有某种方法，能基于一些大脑的特性来准确预测某种罕见的精神障碍。这些研究通常是雷声大雨点小，因为这种预测的准确性只存在于平衡样本集上。然而，如果你知道了一种病的病因，那它就可以被用以进行可靠的诊断，而且对所有人都适用。比如，很多感染性疾病就是这样，可以通过血液检查来找到致病的微生物。

精神分裂症与孤独症一样棘手，它通常在患者20多岁时发作，使其产生幻觉（最普遍的是幻听）、妄想（经常是觉得受到迫害），还有其他各种错乱的念头。这些症状一般统称为“精神异常”。这里有一份生动的第一人称叙述：

我已经不记得它是怎么开始的，当时我正坐在马桶上，突然感觉有一股肾上腺素涌上来控制了我。我的心跳特别快。不知道从哪里飘来一阵声音，我感觉仿佛置身于一个电视节目中，这个节目正在向全世界播放，一群摇滚歌星和科学家在节目里联合起来，要颠覆世界的统治（通过那些计算机、生物学、心理学，还有巫术仪式之类的东西）。当时就是这样的情况！

当时那些人正在宣布他们关于世界新秩序的目标和动机。我感觉自己正处于讨论的中心，周围全都是大量的摇滚歌星和科学家，但是我看不见他们，他们似乎隐藏在全世界的每一个角落。

这些精神异常会使患者感到恐惧，也会给周围的人造成惊吓和困扰。这是精神分裂症最明显的信号，但随之而来的，还有其他一些心智障碍。对精神分裂症的准确诊断还需要一些并发症状，比如意志消沉、情绪低落、少言寡语等。相比于之前所说的那些“积极”的精神异常症状，后面这些则可以说是精神分裂症的“消极”症状（这里所说的“积极”和“消极”并不是指价值上的判断，而是分别指异常想法的表达和情绪的缺乏）。我们可以通过药物来控制精神分裂症的精神异常症状，但这些药物并不能治愈这种疾病，因为它们对于那些消极症状没有什么效果。因此，大多数精神分裂症患者是没办法自主生活的。

与孤独症一样，对于精神分裂症患者的大脑异常情况，被提到最多的一点仍然是尺寸问题。磁共振成像结果表明，他们的全脑体积比平均水平略小，大概只小几个百分点。其中，他们的海马体要格外小一些，但差距也不是特别明显。研究者们还对他们的脑室系统成像，脑室是大脑内部的一系列充满液体的空洞和通道。结果表明，他们的侧脑室和第三脑室比平均水平要大20%。这些脑室是大脑内部的空洞，空洞变大，相当于大脑本身的体积减小。然而，尽管这些发现与孤独症有些不同，令人感到些许振奋，但是其统计上的相关性却与孤独症一样弱。如果通过大脑尺寸、海马体尺寸或者脑室的大小来诊断个体的精神分裂症，准确率将非常低。

阿尔茨海默病有明确的神经病理，即那些斑块和缠结。对于孤独症和精神分裂症，如果也能找到这样的神经病理，就会对改进治疗方法大有帮助。但是，在孤独症和精神分裂症患者的大脑中，我们却没有找到类似的“异物”累积，也没找到其他的指示细胞死亡或变质的信号与这两种疾病明确相关。新颅相学认为他们的大脑里面一定有什么异常的东西，但是我们却找不到。神经科学家弗莱德·普拉姆（FredPlum）在1972年沮丧地写道：“精神分裂症就是神经病理学家的坟场。”虽然研究者们在那之后找到了一些新的线索，但至今仍然没能取得真正的突破。

大多数人接受这个观点：心智的差异是由大脑的差异造成的。然而到目前为止，我们几乎还不能证明这一点。传统颅相学家试图通过检验大脑的尺寸和区域来寻找证据，但直到有了磁共振成像技术后，他们的策略才真正具有可行性。新颅相学确认了心智差异与大脑的尺寸在统计意义上确实有关系，在人群与人群之间表现出弱相关，但这种差异却仍然无法用来预测个体是不是天才，是不是孤独症患者或者精神分裂症患者。

理解大脑智力的本质，就能更好地改善教学方法，或开发其他的工具，使人们变得更聪明。总之，我们不仅想要了解这颗大脑，还想改造它。