古今“頭腦特工隊”

章儀

從古至今，人類一直都很好奇智慧的起源，不斷有醫(yī)生、學(xué)者和科學(xué)家對人類智能提出追問并進行研究。從古希臘的名醫(yī)到現(xiàn)代腦科學(xué)，我們對人腦及神經(jīng)系統(tǒng)的認知都來自這個孜孜不倦、前赴后繼的“頭腦特工隊”。

古希臘和羅馬時期對腦的認識—腦科學(xué)的起源

“人類應(yīng)當知道，因為有了腦，我們才有了樂趣、欣喜、歡笑和運動，才有了悲喜、真?zhèn)?、絕望和無盡的憂思。因為有了腦我們才以一種獨特的方式擁有了智慧，獲得了知識。我們才看得見，聽得到，我們才懂得了美與丑、善與惡，我們才感受到了甜美與無味……同樣，因為有了腦，我們才會發(fā)狂和神志昏迷，才會被畏懼和恐懼所侵擾……我們之所以會遭受這樣的折磨是因為腦有了病恙……由于這一系列原因，我認為，大腦在一個機體中行使了至高無上的權(quán)利?！痹缭诠?世紀，古希臘著名的醫(yī)師希波克拉底就曾這樣在自己的著作《論神圣的疾病》中描繪了自己對大腦功能的見解。

希波克拉底認為大腦是感覺的器官和智慧的發(fā)源地，現(xiàn)在看來希波克拉底對于大腦功能的觀點基本正確，且可謂是非常先進的。然而在當時，他的觀點并未得到普遍的認可和支持。著名的古希臘哲學(xué)家亞里士多德固執(zhí)地認為“心臟才是智慧之源泉”，大腦只不過是一個“散熱器”，“火熱的心”、沸騰的血液在腦中進行降溫。他認為，如果大腦具備冷卻功能便可以解釋人的軀體為什么會處于合適的溫度。

古羅馬醫(yī)師蓋倫認同希波克拉底關(guān)于腦功能的觀點。作為一名為角斗士治療的醫(yī)生，他應(yīng)該目睹過不少因為大腦受到損傷而痛苦不堪的患者。同時，蓋倫還對動物進行過大量細致的解剖。他通過觀察羊的大腦和小腦，從它們結(jié)構(gòu)上的不同來推斷其各自的功能。蓋倫認為松軟的大腦是用來接收感覺的，較為堅硬的小腦則是支配四肢肌肉的。為什么蓋倫會有這樣的推測呢？他認識到形成記憶的關(guān)鍵是將感知“刻”在腦中，這一過程自然只能發(fā)生在松軟如豆腐的大腦上。

蓋倫用作推斷的依據(jù)是荒謬不堪的，但他的推論本身十分接近事實真相。實際上，大腦確實與感覺和認知有關(guān)，也是記憶存儲的地方；而小腦則是運動控制中樞。插一句有趣的題外話，縱觀整個神經(jīng)科學(xué)發(fā)展的歷史，從錯誤的依據(jù)中得出正確的一般性結(jié)論的例子并不少見。

那么，大腦又是如何感知周圍的環(huán)境并支配軀體運動的呢？蓋倫將羊腦切開，發(fā)現(xiàn)里面是空的，這些被稱作腦室的空心腔室里還有液體。在蓋倫看來，這一發(fā)現(xiàn)剛好吻合了當時極其流行的體液學(xué)說：機體的功能依賴四種重要的體液和這四種體液之間的平衡。大腦的一切功能都是通過體液的流動來實現(xiàn)的。

文藝復(fù)興到19世紀的突破

蓋倫關(guān)于腦的觀點延續(xù)了將近1500年。在隨后的文藝復(fù)興時期，法國解剖學(xué)家安德烈亞斯通過解剖被砍頭的罪犯的大腦，進一步補充了腦結(jié)構(gòu)方面的細節(jié)知識。同時，法國數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家笛卡爾還認為腦只是控制人類的行動，而人所擁有的獨特智慧是獨立于腦的，它通過松果體（腦內(nèi)的一個結(jié)構(gòu)）與腦相連，接收外部世界的感覺和指揮肢體行動。

盡管這么多年來，始終有人堅持相信“精神”和“腦”是分開的，但是隨著科學(xué)實驗的不斷發(fā)展，越來越多的證據(jù)證明了現(xiàn)代科學(xué)所持有的觀點—精神必有其物質(zhì)基礎(chǔ)，也就是腦。

進入17世紀后，有一些科學(xué)家掙脫了蓋倫腦室中心論，對大腦進行了更加客觀深入的研究。18世紀末，人們已經(jīng)可以剝離出完整的神經(jīng)系統(tǒng)，并且將人體的神經(jīng)系統(tǒng)分為外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)兩個部分。中樞神經(jīng)系統(tǒng)包括腦和脊髓，外周部分則遍布身體軀干的各個角落?？茖W(xué)家們還為在人腦表面觀察到的凹槽和凸起進行命名，稱為“溝”“回”。這使得大腦能以“葉”的形式組裝起來，從而實現(xiàn)了對大腦進行定位，也奠定了不同腦功能定位于不同腦區(qū)的基礎(chǔ)。

1823年，法國生理學(xué)家佛羅朗斯對上述猜測進行了驗證。他通過對多種動物進行實驗發(fā)現(xiàn)，損毀或者切除它們的小腦，會引起動物的運動障礙，從而證實了小腦在運動協(xié)調(diào)上的重要作用。法國醫(yī)生布洛卡曾遇到過一個特殊的病人，這位病人能夠理解別人的語言，也能正常理解文字并進行閱讀，這位病人的聲帶也沒有任何問題，卻無法說話。在這位病人死亡后，布洛卡對他的大腦進行了解剖，發(fā)現(xiàn)其左側(cè)額葉上有損傷。隨后布洛卡又發(fā)現(xiàn)了幾例相似的病例，因此他認為大腦的這一腦區(qū)專門負責語言的形成。隨后，越來越多的實驗為腦功能定位學(xué)說提供了可靠有力的支持，比如，德國生理學(xué)家赫爾曼發(fā)現(xiàn)大腦枕葉是視覺功能所必備的。

神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞—腦細胞的基本組成

我們都知道，生物體的所有組織與器官都是由細胞組成的，細胞的特殊功能和相互間的作用方式?jīng)Q定了器官的功能。大腦無疑是自然界中最精密復(fù)雜的器官。如果說大腦是復(fù)雜浩瀚的宇宙，那大腦中的細胞就是宇宙中的行星。

然而，在研究大腦細胞結(jié)構(gòu)的過程中，因為腦組織太軟、腦細胞直徑太小等問題，科學(xué)家們不得不克服重重困難。直到19世紀，德國神經(jīng)科學(xué)家尼斯爾發(fā)明的染色方法可以染出所有神經(jīng)元的核，腦科學(xué)的研究才有了新突破。

但是“尼氏染色”并不能讓我們清楚看到神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)。1873年，意大利組織學(xué)家高爾基利用鉻酸銀溶液染出了結(jié)構(gòu)清晰的神經(jīng)元。之后隨著電鏡的發(fā)明，由于其強大的超高分辨率，大腦內(nèi)細胞的結(jié)構(gòu)進一步被清楚展現(xiàn)。

大腦主要有兩種細胞組成：一類是神經(jīng)元，另一類是神經(jīng)膠質(zhì)細胞。大腦中的神經(jīng)元數(shù)千億計，它們之間通過龐大復(fù)雜又精致巧妙的連接，形成不同的神經(jīng)環(huán)路，進行多樣的信息傳遞，從而完成各種基礎(chǔ)或高級的人體功能。神經(jīng)元不同于其他細胞的結(jié)構(gòu)特點是，除了胞體外還有樹突和軸突兩類突起。通常樹突接收刺激信息并向胞體傳送，經(jīng)過胞體整合后通過軸突傳出。一個神經(jīng)元通常只有一個軸突，也有一些神經(jīng)元缺乏軸突，只有樹突。

神經(jīng)元的分類方式有很多種，通常是按照形態(tài)和功能對神經(jīng)元進行分類。

比如，根據(jù)軸突的長度分類，軸突細長可以延伸到胞體以外較遠區(qū)域的神經(jīng)元稱為高爾基Ⅰ型神經(jīng)元或者投射神經(jīng)元。大腦皮層中的錐體神經(jīng)元通常就有很長的軸突，能延伸到大腦的其他腦區(qū)。反之，神經(jīng)元軸突較短，只能延伸到胞體附近，稱作高爾基Ⅱ型神經(jīng)。

按照釋放的神經(jīng)遞質(zhì)不同（不同類型的神經(jīng)元突觸末梢中的突觸囊泡包含不同的神經(jīng)遞質(zhì)）可將神經(jīng)元分為膽堿能神經(jīng)元、單胺能神經(jīng)元、氨基酸能神經(jīng)元和肽能神經(jīng)元。比如，谷氨酸能的神經(jīng)元會在突觸前釋放谷氨酸，激活下一級神經(jīng)元。某些氨基酸能神經(jīng)元會釋放抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，抑制下一級神經(jīng)元。

大腦中神經(jīng)元的數(shù)量雖然已經(jīng)達到了千億級別，但是神經(jīng)膠質(zhì)細胞的數(shù)量則是神經(jīng)元的 10倍。那么，明明在大腦中神經(jīng)元才是起到傳遞信息、下發(fā)指令的作用，為什么膠質(zhì)細胞卻占據(jù)數(shù)量“霸王”的地位，看上去“反客為主”呢？

神經(jīng)元細胞主要起到了隔離、支持和提供營養(yǎng)給周圍神經(jīng)元的作用。根據(jù)目前的前沿研究來看，膠質(zhì)細胞應(yīng)該有著更為重要的對于神經(jīng)的調(diào)控作用，甚至在某些神經(jīng)疾病中也扮演著重要角色，只是關(guān)于神經(jīng)膠質(zhì)細胞更多、更為細致的重要功能還需繼續(xù)探索。

腦內(nèi)最多的神經(jīng)膠質(zhì)細胞是星形膠質(zhì)細胞，這些細胞填滿了神經(jīng)元的空隙。它的一個重要作用是調(diào)節(jié)細胞外的化學(xué)物質(zhì)。除了調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的作用，星形膠質(zhì)細胞還能嚴格控制一些物質(zhì)的細胞外濃度，保證神經(jīng)元的正常功能。

相對于星形膠質(zhì)細胞，少突膠質(zhì)細胞和施萬細胞的功能單一很多。這些膠質(zhì)細胞裹在部分神經(jīng)元的軸突上行成髓鞘，可以加快動作電位傳導(dǎo)。

大腦中還有一些其他的細胞，如室管膜細胞，它們是腦室的襯里，在大腦發(fā)育過程中引導(dǎo)細胞遷移。還有可吞噬死細胞或者退化的神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞留下的殘渣的“清道夫”—小膠質(zhì)細胞。

隨著時代和科技的進步，我們已經(jīng)能更清楚、更精準地了解大腦的一些工作方式。但如同一句悖論所說：“如果我們的頭腦簡單到可以被理解，我們就會蠢得無法理解它；反之如果我們聰明到能夠理解我們的大腦，它就會因為太過復(fù)雜而無法被我們揭示?！比祟愊胍婷靼状竽X的工作原理，找到真正的智慧之源，還需要漫長的時間進行探索。