爱因斯坦的大脑之秘
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时间:2004年12月28日
来源:江南时报
1951年2月,爱因斯坦到美国波士顿的麻州综合医院接受最新的脑电图仪(EEG)检验。研究人员测出他的脑电图(俗名“脑波”)背景值之后,就请他思考科学问题,让仪器描绘出他大脑的活动模式。爱因斯坦在心里解一元二次方程式,仪器指针就剧烈地上下震荡,研究人员正在赞叹自己竟然有幸目睹绝世天才脑子的活动情形,指针忽地平静下来。
研究人员立即上前问他正在想什么,仪器居然侦测不到。爱因斯坦回答道,他听见了雨声,才想起雨鞋套忘在家里了。
1955年4月18日凌晨1:15,爱因斯坦在普林斯顿医院撒手人寰,享年76岁。上午,病理科主任哈维医师(Thomas S.Harvey)进行验尸,爱因斯坦的好友兼遗嘱执行人内森(Otto Nathan,1893-1987)在场,证实爱因斯坦的死因是腹腔大动脉破裂。此外,哈维还做了一件事,他取得了爱因斯坦长子汉斯的同意,将爱因斯坦的脑子取出,留给科学界做研究。汉斯与内森的条件是:研究结果必须发表在科学期刊上。
根据哈维的记录,爱因斯坦的脑子重1230公克,低于男人的平均值,并不出众(数学王子高斯的脑子就比较符合我们对天才的期望,重1492公克,比平均值稍高)。哈维简单地测量了这个脑子后,除了拍照存真,还请了一位画家为它做素描。然后,他将整个脑子切成240块,每一块的位置都有详细记录。最后,他找上宾州大学一位他信任的实验室技师,进一步处理那些脑块,并选择代表脑子各个部位的脑块,制作一组切片,固定在供显微镜观察的玻璃片上。
于是爱因斯坦的大脑分别装进了10个储存组织学切片的盒子里,以及两个大玻璃瓶中。哈维将切片分送给他认识或信任的研究人员。齐默曼得到了一盒,因为哈维在耶鲁医学院上过他的课。
齐默曼发现爱因斯坦的大脑非常正常,要说有什么异常之处,就是他的大脑比同年龄的人更为健康,退化的迹象较少。至于其他人,即使震于爱因斯坦的大名,也不知道如何下手研究他的大脑标本,理由是:学界对于天才与一般人的大脑究竟有什么差异,从来没有定论。
直到1985年,第一篇爱因斯坦大脑的研究报告才问世,由美国加州大学柏克莱分校的神经科学家戴蒙(Marian Diamond)教授领衔。她的团队检验了四块爱因斯坦大脑的皮质,分别代表左右前额叶上段与顶叶下段,以另外11人做对照组。
他们发现,爱因斯坦的左顶叶,神经元与神经胶细胞的比例小于常人。神经胶细胞是神经元的支援细胞。根据过去的研究,哺乳类神经元与神经胶细胞比例,从小鼠到人有逐步降低的趋势,有些学者因而推测,神经元执行的功能越复杂,越需要神经胶细胞的支持。也就是说,在哺乳类中,神经元与神经胶细胞比例可当做反映智力的量表。
此外,从神经解剖学来说,顶叶下段皮质是听觉、视觉、触觉信息汇聚之处,我们又有神经心理学病例,显示顶叶下段受伤后,病人就无法进行复杂的思考,阅读、写字、计算能力都受损。
作者再从爱因斯坦的夫子自道,推论他的思考模式基本上反映了顶叶下段皮质的功能,因此爱因斯坦的革命性成就,与这个组织学发现有因果关联了。
第二篇研究论文发表于1996年,作者是阿拉巴马大学柏名顿分校神经学助理教授安德森(Britt Anderson)。他发现,爱因斯坦的右前额叶皮质(运动区)比对照组薄,可是皮质中的神经元数量与对照组无异。换言之,爱因斯坦的大脑皮质中,神经元密度较高。
这个发现有什么意义?安德森医师推论,这表示爱因斯坦大脑皮质神经元有较佳的传讯效率,因而可以解释爱因斯坦的超卓天才。
最幸运的研究者是加拿大汉米尔顿麦克马斯特大学的维特森博士(Sandra Witelson)。虽然哈维只给了她19块爱因斯坦的大脑,可是哈维在切开大脑之前拍摄的照片与记录,也借给了她。因此她得以研究爱因斯坦大脑的整体形态。
维特森指出,爱因斯坦大脑的顶叶异常发达,在形态上也有特异之处,例如侧脑裂并不明显,特别是左半球。因此顶叶下段皮质中的神经元易于相互联系,我们的视觉
-空间认知、数学思考、运动知觉,极端依赖大脑顶叶下段皮质,爱因斯坦在这些认知域中表现的超卓智力……也许与他顶叶下段不寻常的形态有关。
1999年,这篇论文在知名的国际学术期刊《柳叶刀》(Lancet)发表,维特森一夕成名,成为各大媒体竞相报道的对象。不久,她的演讲费就上升到3500美元一场。一位汉米尔顿名流捐款100万美元给她做研究,校方筹集了相对基金(100万美元)设立一个神经科学讲座教授职位,由维特森担任。
我们从这三篇论文究竟学到了什么?齐默曼曾做过这样的评论:飞毛腿死了之后,解剖他的腿,可以找到他成为飞毛腿的秘密吗?神经医师雷波尔(Frederick E.Lepore)说得好:
我们对爱因斯坦的大脑着迷,透露的是我们对大脑的假设,以及对天才的景仰。
人脑之谜: 假如只用半个大脑 人照样上大学?
人类大脑到底还有多少潜力没有开发?有专家曾估计,普通人仅仅使用了大脑能力的4%,有高达96%的潜力还没有开发,就算像爱因斯坦一样的天才也只用了大脑能力的10%。然而如这位专家一样,很多研究者对大脑潜力的推测往往停留在理论上,难以让人信服。
人类大脑
从小被切除左脑的一位患者,顺利完成了大学学业,并正常参加工作,说明人的大脑至少有一半潜力没能开发。
最近中国科学院心理研究所尹文刚研究员向记者披露的病例证明,人类大脑至少有一半的潜力没有开发。尹研究员多年来掌握的20多个病例有一个共同的特点,患者都只有一半大脑,正是对这些病例的研究,让尹研究员得出了前文的结论。
据尹研究员介绍,这些“半脑人”基本上都是因为小的时候患有癫痫或着其他脑疾病,导致一侧大脑没有发育好。为了取得较好的治疗效果,医生就把有问题的一半切除,只剩下一半大脑。
其中一位“半脑人”不但考入了大学,而且顺利毕业,现在同正常人一样工作生活。当年做脑切除时,此人年龄尚小,当时因患癫痫病,一侧脑出现萎缩,左脑一侧的一些功能已经转移到另外一侧的右脑。切除左脑后,他曾出现了轻微的语言表达问题,不过很快就得以恢复。这位考上大学并顺利毕业的患者,在后来的发展中除了肢体灵活性稍差,其他方面都和常人无异。
一般人都认为一半大脑根本不够用的,上述“半脑人”的故事到底告诉我们什么呢?“只有一半大脑,能大学毕业,能正常生活,什么都是正常的,说明人类有一半大脑就已经够了,换句话说,人大脑的潜力起码有50%没开发呢!”尹研究员这样概括这些病例背后的意义。
尹研究员告诉记者:“人脑具有可塑性,对于大脑患有严重疾病的人来说,患病部位切得越晚越容易出问题。年龄大的正常人切除其一半大脑是会出问题的。所有切除大脑获得成功的都是年龄小的,而且有的脑已经萎缩了,切掉一侧使另一侧功能不受疾病的干扰,所以表现得更好。这种大脑功能的代偿需要在年龄较小的时候进行。一般认为在十来岁时进行切除,问题就比较大了,年龄越小效果越好。”
人类大脑的发展是越来越特化的,往往特定区域承担相应的功能,但是这种对应关系并不是绝对的。
结合对其他试验进行进一步分析后,尹研究员又有许多新发现,其中心理学界一般认为的左侧大脑出现损伤后,大脑功能偏到一侧,语言功能就会出现障碍的结论值得进一步探讨。在实际试验中他发现,损伤发生后,患者真正出现语言问题的比例很小,原因没法解释。相反数学功能变得比较差,但不能确定数学功能就是左侧大脑的功能。
“切掉的大脑不论是左侧还是右侧,都发现其数学能力损失要比语言能力多一些。到底是大脑的哪一侧负责数学能力,目前还不好说,通常认为,左侧负责数学的能力比较强,左侧也同样负责语言功能,但是左侧损伤后,语言功能并未过多损伤。”尹研究员说。
尹研究员进一步介绍说:“从我的观察来看,人类的大脑是越来越特化的,大脑的很多区域分化得越来越明显了,大部分人都用右手,只有10%的人用左手,这种现象是人类进化的表现,正好反映了人类大脑的偏侧化,是非常好的趋势。
目前研究中发现左脑中的语言区中,有专门负责说话的语言区,负责听话的语言区,还有理解意思的语言区。分辨一个东西是否运动,也有特定区域来负责。而要辨别一个东西是什么,在哪里,在大脑中完全是两个地方在管。人类大脑的特化是越来越明显。
“大脑越高级就越特化,这像中药铺的药品分类一样,吸收知识很多的时候,会自动分门别类。从语言上来说,大脑会将名词放在一块,动词放在一块,反映出特化是个趋势。有专家认为,特定的区域负责特定的功能,但实际上其他的区域也可以代替其功能,发挥新的作用。不能认为大脑一个区域只能干这个,不能干别的,不能绝对化。另外就是大脑的群集指挥很神奇,某一个单个细胞可能没什么重要,由于大脑有140亿个神经元,人脑中的联系点是无数的,形成很复杂的网络,这种网络是可塑的。”
尹文刚指出,左脑确实对右脑有一定的压抑功能,右脑在脱离左脑控制后,一些功能会有更好的发挥。
虽然左脑在人的心理活动中占据着重要的作用,但并不意味着其一些功能是不能替代的,做了左脑切除手术却可以基本无碍生活的例子说明了这一点。尹研究员大胆地提出:“左脑的功能越来越主要,左脑在控制着右脑活动,右脑功能没有发挥,恰恰是左脑在控制。左脑功能一旦解除,右脑功能是能发挥出来的。”
尹研究员解释说:“左侧大脑对右侧大脑是有抑制功能的,左侧大脑损伤后,右侧大脑的一些功能会出现,而且会表现得更好一些。从白痴天才等很多例子来看,人的左脑损伤以后所表现出来的功能,恰恰是右脑被压抑的功能。对于很多白痴天才,你无法发现他的大脑哪里有问题。这些人的一些所谓‘天才’的大脑功能是右脑的功能。在大脑正常时是表现不出来的。”
尹研究员指出:由于左脑可以控制和压抑右脑的功能,所以由于某种原因失掉控制时,右脑中本能的东西会释放出来。一些人脑损伤之后某一方面的潜在的能力得以发挥,成为某个领域内的“天才”往往与此有关。
有一些专家提出“八元智力说”也为此提供了佐证。尹研究员具体解释说:“大脑的很多智力功能可以分开存在。比如有些语言表达能力差的人,可能数学运算能力强。不能用语言能力去判断是否智力好。同理有的人音乐能力特别强,但数学能力很差。有人动作能力很强,协调能力好,但数学能力很差。所以说,一个人聪明与否是很多种成分在里面的,如逻辑、数学、言语表达、动作、绘画、音乐等,它们之间相对独立,一方面不行,另一方面可能很好。”
大脑某些区域受损伤后,从前被这些区域控制的大脑功能可能会释放出来,比如大脑额叶受伤以后一些受额叶控制的功能会表现出来。额叶正常的功能是负责信息转换,灵活处理事情。聪明的人额叶发达,往往善于转换。一旦额叶损伤后会出现持续做同一件事的症状,正是被其控制的一些功能释放出来的结果。虽然有可能会释放一些从前被压抑的“天才”的能力,有的时候也会释放出我们不需要的一些功能,比如将大脑切开后,本来各司其职的两只手,会出现“打架”的情况。说明脑损伤会引发“天才”区域启动的观点还是存在一定问题的。
尹文刚,中国科学院心理研究所研究员、博士生导师。曾任英国伦敦大学高级讲师,1991年在英国伦敦大学学院心理系获博士学位,1983年在中国科技大学研究生院获神经心理硕士学位。他还是美国APA会员、中国康复医学会康复心理学会副主任委员。
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