只有半个大脑能正常生活吗?

Image copyright z
Image caption 图片来源:SPL

大脑中究竟有多少是我们真正需要的组织?最近几个月,新闻中报道的几件案例讲述了人们在大脑受损或部分丧失后的经历。这些关于大脑的案例不仅让人闻之震惊,而且揭示了一个更为深刻的事实——并不是我们不理解大脑的工作原理,而是我们完全误解了大脑。

今年早些时候,一名失去了小脑(大脑后部的一个独特结构)的女士的案例被公之于众。有人估计,人类小脑包含人类一半的脑细胞。在这个案例中,这位女士不是简单的脑损伤,而是整个小脑结构不复存在。

然而,她仍过着正常人的生活:从学校毕业,结婚,顺利怀孕和分娩后有了一个孩子。作为一个24岁的人,她的生活轨迹完全正常。

但是,她并非完全未受影响 — 她一辈子受到到行动不稳、笨拙的困扰。不过,缺少大脑中这样一个至关重要、即使最早的脊椎动物在进化时就不可或缺的一部分之后,她还能够行走活动,这本身就是件令人惊讶的事。要知道,在恐龙尚未灭绝的时候,连鲨鱼都有小脑。

Image copyright BBC World Service
Image caption 图片来源:SPL

不过这一案例指出了关于脑科学的一个可悲事实。虽然我们不大声宣告,但事实是,我们对大脑的基本理解存在很多空白。甚至对大脑一些最重要部位的功能,如小脑的功能,目前都尚无定论。此类罕见的案例曝露了我们在这方面的无知。

不时有人去医院作大脑扫描,结果揭示出不同人大脑之间惊人的差异。但是,对于能够观察到的人的行为,这些巨大差异的影响却微乎其微。

问题可能部分出在我们的思维方式。我们很自然地把大脑看作一件经过自然选择后的技术产品。在人类的技术产品中,结构和功能之间常常存在一对一的映射关系。如果我有一个烤面包机,加热由加热元件完成,时间由定时器控制,弹出功能由弹簧驱动。

Image copyright BBC World Service
Image caption (图片来源:Thinkstock)

这个小脑缺失的案例反映出大脑的机制并不这么简单。虽然我们喜欢谈论大脑区域 — 哪些控制视力,哪些提示饥饿感,哪些产生爱的感觉 — 但实际上这种区域并不存在,因为大脑并不是一件技术产品,它的任何功能都不只由一个对应部分控制。

再举一个最近的案例 — 一名男子的大脑里发现了一条绦虫。四年来,这条绦虫“从大脑的一边钻到另一边”,引发了各种各样的问题,如癫痫、记忆障碍和时常闻到怪异气味等。生物穿过大脑这件事听起来似乎并没有给他带来严重后果 — 如果大脑像人类设计的大多数技术产品那样运作,那这种情况就不可能发生。如果一条蠕虫从手机一边钻到另一边,手机肯定就报废了。

事实上,在早期的机电式计算机时代 — 20世纪40年代,一台计算机发生故障,经过多方调查,发现元凶是一只被困在一个继电器内的飞蛾上 — 这是史上第一起计算机“蠕虫”故障的真实案例。

对于大脑拥有的显而易见的韧性,解释之一是它具有“可塑性” — 根据经验来调整结构的能力。但另一条线索来自诺贝尔奖得主、神经学家杰拉德·埃德尔曼(Gerald Edelman)提出的一个概念。他注意到,生物功能常常由多个结构支持 — 单一的物理特性有多个基因编码,因此,任何单一基因的丢失都不会造成该特性的明显异常。他将这种通过多个不同结构来支持一个单一功能的能力称为简并性(degeneracy)。

大脑同样如此。大脑的重要功能并非指派给某一个脑区,而是由多个区域支撑 — 以一种大致相同略有差异的方式共同支持。如果其中一个区域发生故障,其他部分可以临危受命。

Image copyright BBC World Service
Image caption (图片来源:Thinkstock)

这有助于解释为什么认知神经科学家在试图划分不同脑区的功能时困难重重。如果你使用 “一个区域对应一个功能”或“一个功能对应一个区域”的简单思维法则来理解大脑,你将永远无法从结果和功能间纠缠不清的联系中解脱,为解开简并谜团设计出必要的实验。

小脑最为人熟知的功能是控制精确运动;但是大脑的其他区域,如基底节和皮层运动区也与肢体运动密切相关。认为不同脑区各司其职可能是一个伪命题,因为每个区域都可以做同样的事情。另一个证明重要生物功能大脑多个系统支持的例子是记忆。

如果你偶遇以前曾邂逅的人,你可能会记得他们为人友善,或者记得他们表现出友善的具体事件,或者只是模糊地回忆起对他们的正面印象 — 所有形式的记忆都告诉你,这个人值得信任,而这些记忆都由很多不同的大脑区域支持 — 它们服务于同一个目的,但方式稍有不同。

爱德曼和他的同事约瑟夫·盖里(Joseph Gally)称,简并性是一个“无处不在的生物学特性……是复杂性的一个特点”,并声称这是自然选择的必然结果。这解释了为什么大脑状况的异常不会造成想象中的灾难性后果,也解释了为什么在科学家看来,要尝试去理解大脑是如此令人困惑。

请访问 BBC Future 阅读 英文原文

(责编:郱书)

更多有关此项报道的内容