神经学的发展史

摘要:现在我们知道人脑由十亿数量级的细胞构建而成,是已知宇宙中最复杂的结构。作为人类最重要的器官之一,大脑不仅承担着我们日常的认知功能,还控制着我们的情感、行为和决策。事实上,纵观史前时代和之后的历史,在大部分时间里,我们都认为心脏是产生思想和感受的基本器官,而不是

现在我们知道人脑由十亿数量级的细胞构建而成,是已知宇宙中最复杂的结构。作为人类最重要的器官之一,大脑不仅承担着我们日常的认知功能,还控制着我们的情感、行为和决策。事实上,纵观史前时代和之后的历史,在大部分时间里,我们都认为心脏是产生思想和感受的基本器官,而不是脑。在文明的早期,古代人认为心脏才是我们灵魂的居所,人们把一切精神活动都归于“心”的功能,是我们的记忆、智慧、情绪产生的地方。而大脑,就被当时的人们忽视了。

从科学的角度来讲,人的思维是由整个大脑产生的,也就是说人是用大脑想问题,不是用心想问题,难道是古人弄错了嘛?其实古人的认知不无道理。大脑的新陈代谢和思维运行需要血来支持,而心脏是负责给大脑供血的,所以心和脑之间的关系是供需关系,互相间密不可分。当心功能正常时,通常人的精力更充沛,思维更敏捷,头脑更清晰;当心功能异常时,除了心脏本身的不适,还会出现失眠、健忘等情况。

从人类最古老的书写作品中可以看出这一思想对古文化来说有多么重要。4000年前的《吉尔伽美什史诗》成书于现在的伊拉克,其中明确指出了情绪和感受发源于心脏。3200年前的印度吠陀梵文赞美诗《梨俱吠陀》中写道,心脏是思想的起源地。3000年前的象形文字夏巴卡石碑上描述了一个心脏主导的埃及神话。《圣经·旧约》中则提到,在古埃及人雕刻夏巴卡石碑的同一时期,犹太人认为人类和上帝的思想都源于心脏。2000年前中国的“医之始祖”《黄帝内经》上说:“心为君主之官,主神志。”又说:“生之来谓之精,两精相搏谓之神,随神往来者谓之魂,并精出入者谓之魄,所以任物者谓之心。”无论玛雅帝国、古印度、古埃及、还是华夏文明无不坚信情绪和思想源于心脏。

在中国传统医学中,脑的地位同样不如心。中医将五个最重要的器官称为五脏,分别是心、肝、脾、肺、肾。同样,中医理论中,情绪和大脑没有关系,而是分别与五脏相对应。《灵兰秘典论》曰:“心者,生之本、神之变也。”又曰:“心者,君主之官也,神明出焉。”“神明”,是古人对“意识”“意志”的别称,其“出于心”。古人视心为人体的主宰,将心比作一个国家的君主,称“心为君主之官”,为“五脏六腑之大主,为帝王,精神之舍也”。

中国人一直认为人体负责思考和情绪的器官是心。孟子说“心之官则思”。中国人常说:心想事成,忠心耿耿,一心一意,财迷心窍,随心所欲……古语有“相由心生,境随心转,命由心造”。《荀子》:“心居中虚,以治五官,夫是谓‘天君’”,“心者,形之君也,而神明之主也”。《史记·天官书》云:“心为明堂。”《礼记·大学》疏曰:“总包万虑谓之心。”从西周始,便有了无数与“心”有关的词汇。如,《尚书》所云“心力”,指智力与能力;《国语》所言“心安”,指意适无憾;《庄子》所讲“心死”,言沮丧不能自拔;《诗》曰“心曲”,说苦思深虑;《易》云“心病”,是忧虑而致病;《吕氏春秋》的“心得”,是感悟和体会,等等。

“心”也是中国传统文化中最核心的内容之一。道教讲究心性修养,佛教有《心经》,儒家有心学。“心”之地位如此崇高,源于其“主神明”。

古埃及人在艺术和科学上取得了辉煌的成就,但他们认为大脑是一个无用的器官,于是在给法老的尸身做防腐处理时把大脑扔掉了。古埃及人相信,当人死后,死神阿努比斯会审判死者的灵魂,而一个人的灵魂、思维、记忆都存在于心脏之中。死神阿努比斯会称量亡者的心灵,从而判断他身前是否有罪。埃及死神在称量死者的心脏,通过这种方法来评判死者生前是否有罪。因此,在制作木乃伊的时候,心脏会被保留在木乃伊之中。而大脑,古埃及人会用一根管子从尸体的鼻腔插入大脑,并把大脑吸出来丢弃掉。

古希腊哲学家亚里士多德认为心是意识的所在地,而他的导师柏拉图则声称这是大脑。亚里士多德认为大脑只是一种散热器,其作用是“冷却心脏的激情”。他解释说,人类大脑如此之大,是因为人类需要大的大脑来冷却他们温暖的心。也就是说,他还认为,比较复杂和理性的生物产生的热量要比简单的生物多(例如昆虫是最冷的,脊椎动物比较温暖,人类是最复杂的,因此也是最温暖的生物)。他那个时代的许多其他学者也认同他的信仰,直到加伦(罗马帝国时期一位著名的希腊医生),“心论”才被明确地转移到科学的边缘,尽管许多人一直认为人类情感的中心是在内心。即使在今天,我们仍然使用诸如“用心学习”、“破碎的心”等表达方式。

真正对大脑认知的是古罗马时期,盖伦通过解剖猪脑为大脑正名。古罗马时代的盖伦,他是西方医学之父,在西医中的地位和中医中的华佗类似。盖伦是古罗马时代的著名医学家由于当时的法律不允许解剖人类尸体,因此盖伦只能进行动物解剖。

在公元177年,也就是距今差不多1900多年前,他发表了一篇名为《关于大脑》的学术论著。在这篇文章中,他否定了古希腊人认为大脑仅仅是一个散热器的观点。他发现,动物的大量神经都是和大脑相连的,因此,大脑的作用应该与感觉、情绪、智力等有关。

盖伦解剖猪,引来了大量市民的围观,为了探究大脑的功能,他解剖了大量的猪脑。在解剖中他还发现切断猪的某一根神经之后,猪依然可以呼吸,但是确无法嚎叫。这根神经现在被称为喉返神经,也称作盖伦神经,用以纪念这位伟大的医学家。

其实心脏中心观符合我们的日常体会。在我们的感觉发生变化时,心脏跳动的节奏也会同时发生改变。愤怒、渴望、恐惧等强烈的情绪似乎聚集在我们的一个或多个内脏中,它们可以流遍我们的全身并改变我们的思考方式,就好像是通过血液传播的一样,或者简直就是血液的一部分。这就是“发自内心”这样的古老说法能够持续存在的原因:它们与我们对重要内心活动的感知相对应。就像太阳仿佛在绕着地球旋转的表象一样,日常经验也为我们相信思考源自心脏提供了简单的依据。

在强调脑的重要性的人物中,最具影响力的一个人是著名数学家、思想家、西方近代哲学创始人之一的笛卡尔就提出了著名的心身二元论。“我思故我在”这一经典语句就来自于他。笛卡儿经过富有远见的思考,认为盖伦是对的:大脑里确实有可以快速移动的“精气”,这些“精气”控制着人体的运动和各种思考。在他的理论中,“思”、“心”对应我们的大脑的认知与思考。笛卡尔认为,大脑的认知和身体有着非常本质的不同,并且认知和身体是分离的,也就是说大脑的认知是不受身体在物理世界的运动所影响,是独立存在的。

20世纪初西班牙神经解剖学家圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔提出的神经元学说,让脑科学研究开始进入了快车道。卡哈尔用以高尔基的名字命名的“高尔基染色法”对动物大脑染色后却惊奇地发现,大脑里的每一个细胞都是独立存在的。对无数生物的大脑做了难以计数的染色后,他系统性的阐释了大脑内的细胞不仅独立存在,相互之间的连接枢纽还是一个非常特化的结构,也就是后来被发现的突触(synapse)。

经过长时间的细致入微地观察和深入研究之后,他开创性地提出了神经元这一具有划时代意义的重要概念,也就是我们通常所说的“神经元学说(Neuron Doctrine)”。在此之前,神经科学界一直普遍认为神经网络呈现出一种连续不断的网状结构。然而,他却以敏锐的洞察力和独到的见解打破了这种传统观念。他指出,实际上神经网络并非如人们所想象的那样是一个毫无间断的整体,而是由众多相互独立的神经细胞个体所组成,而这些神经细胞就是我们所说的“神经元”。更为关键的是,这些神经元并不是孤立存在的,它们彼此之间通过特定的接触点紧密地连接在一起,从而构成了复杂而精妙的神经网络系统。后来,这个特殊的接触点因其在神经系统中的重要作用,被著名科学家查尔斯·谢灵顿(Charles Sherrington)赋予了一个专门的名称——“突触”。时至今日,突触已经成为了学术界广泛认可的神经信息在网络中传导时必须跨越的、且具备高度可塑性的关键结构。它就如同神经网络中的交通枢纽一般,对于确保信息的准确传递和高效处理起着至关重要的作用。

17至18世纪最伟大的科学进展是牛顿引领的物理学革命,科学家刚刚开始认识到庞大星球之间的神秘引力。而揭开大脑神秘面纱的,却是对自然界中另外一种力量——电的研究。到18世纪末,路易吉·伽伐尼、亚历山德罗·伏打等意大利科学家率先揭示了生物体中电的奇妙力量,他们甚至可以利用电让青蛙的肢体收缩。古老的“精气”终于被找到了,那就是生物电。类似于伏打电池这样的发明也让人类开始能够操纵简单的生物电,甚至可以用微弱的电流刺激动物的大脑,观察大脑被刺激后怎样让四肢发生运动。

英国的科学家艾伦·霍奇金和安德鲁·赫胥黎巧妙地使用一种乌贼发现了电传导的规律。他们选择枪乌贼的巨轴突系统作为研究对象,这样电极可以轻松地接触到神经纤维进行记录。在对枪乌贼细胞的放电情况进行仔细测量后,霍奇金和赫胥黎发现细胞放电的规律可以用一个简洁优美的方程式来解释,这就是著名的霍奇金-赫胥黎方程。这个方程式解释了神经元放电的基本规律。这个真正革命性的发现揭示了神经元放电的原理,基本上就是钠、钾离子的跨膜流动。这个发现同时也表明,生物学过程的底层规律仍然是物理学原理。自这个发现起,神经生理学作为一门新兴的学科,正式走进了科学的殿堂。

来源:永不落的红黑心

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