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见证奇迹的时刻

一些历史学家认为，现代神经科学的起源是从一根铁棒穿过菲尼亚斯·P.盖奇（Phineas P. Gage）的大脑开始的。这一悲剧性的偶然事件引发了一系列连锁反应，打开了人们对大脑进行严肃的科学研究的大门。对盖奇先生来说，这根铁棒是他悲惨命运的开始，却为现代科学的发展铺平了道路。

盖奇的悲剧

这场事故发生在1848年，盖奇当时是美国佛蒙特州的一名铁路工人。1848年9月13日是看起来平平无奇却注定载入史册的一天。和往常一样，盖奇来到工地上干活，准备爆破坚硬的岩石。他一边往钻孔里填充炸药，一边转过头去看工友。他不知道的是，这是他一生中最后一个平常的时刻。

医学记载的其他受害者几乎都是以名字的首字母或化名被提起，但盖奇不是：他的名字是神经系统科学领域最著名的名字。

盖奇是附近最好的工头，技术过硬，认真负责，人也很不错。那年秋天，他和他的一队人马受雇于当地政府，负责清理铁路附近的硬质黑岩。和往常一样，盖奇正在往岩石上的爆破孔中装填火药，然后用铁夯轻轻将粉末夯实。这是一个精细的活儿，为了把火药粉末压实，盖奇特意定做了一根铁棍。这个铁棍有一米多长，重达6千克，光滑得像一杆标枪。

工人们正在把碎石块装载到运货马车上，他们显然分散了他的注意力。对于盖奇扭头那个瞬间，大家众说纷纭。有人说盖奇扭头时还在砸实火药，铁棍一下子砸到了坚硬的岩石上，引起了一个细小的火花。接下来的一切都不可避免：一点儿火星在黑暗里闪现，点燃了火药，把铁棍炸飞了。

悲剧的是，铁棍击中了盖奇的左颧骨，径直穿进了他的脑袋。铁棍击碎了他上颚的一颗臼齿，从他的左眼后擦过，并戳穿了大脑左额叶的下部，然后掀开头骨，在他头顶上方直直穿了出去，最终落到了几十米开外的地方，以钉桩的姿势笔直地扎在了泥土中，上面沾满了鲜血和脑浆。

目睹这一幕的人被吓呆了，他们眼睁睁地看着盖奇的一部分头盖骨被掀掉了。然而更让人惊愕的是，盖奇居然没有当场死亡！他仅仅是在地上抽搐了一阵，没过几分钟就能重新走路说话了。他全程意识清醒，还能在工友的搀扶下爬上一辆牛车，前往2000米之外的医院。

接诊医生约翰·哈洛（John Harlow）博士提供了第一手资料。他在事故发生的那天下午6点左右见到了被掀翻一部分头骨的盖奇。哈洛博士看到盖奇自己缓缓地挪进了房间，满身是血地躺在了床上。接下来，像一名外科医生通常的操作一样，哈洛博士把盖奇的头皮剃干净，清洗掉已凝固的血块和脑浆，接着用手指从伤口两端把头骨碎片挑出。令人难以置信的是，整个过程盖奇竟然连眉头都不皱一下地保持清醒和理智，他甚至还盘算着两天之后就要回去上班！

盖奇的脑袋上缠满了纱布，左眼球依旧突出了足足1厘米多。一个好消息是，他还能够认出前来探望的母亲和叔叔。但没过几天，盖奇的病情开始恶化，他两颊浮肿，大脑隆起，开始胡言乱语。他的大脑被真菌感染，开始陷入昏迷状态。亲人们悲伤不已，甚至已经为他定好了一副棺材。

然而幸运之神再一次关照了他。哈洛博士对盖奇进行了紧急外科手术，穿刺鼻子以疏通伤口，同时摘除了盖奇恶化严重的左眼球。术后危险情况依旧持续了数周，但最终，盖奇的病情稳定了下来，直到最后完全康复。

2009年，一张盖奇的老照片被贴在社交媒体上，那是一个英俊自信的男人，尽管头部和左眼受伤严重，但你能感觉到他在笑，对生活依旧怀抱希望。

这一事件发生后的数年里，盖奇的亲友们开始注意到他的性格出现了急剧变化。一个活泼开朗、乐于助人的人，变成了一个脾气暴躁、易怒冲动且自私冷酷的人。虽然哈洛博士对盖奇精神状态的描述只有一百多字，但他确信盖奇已经莫名其妙地发生了一些变化：在事故发生前为人果断，如今却有点儿反复无常，经常随意变更计划；之前通常尊重别人的意愿，如今却在任何一家餐厅随心所欲地发怒；之前很有礼貌，令人敬重，如今却“间歇性地粗鲁无礼，经常爆粗口”。

哈洛博士总结了盖奇的性格变化之后说：“盖奇的智力和表现好像孩子一样，却有着一个强壮的人所拥有的野兽般的激情。他的理性和本能之间的平衡似乎遭到了破坏。”朋友们对盖奇的评价则更加简短扼要：“他不再是原来的盖奇了。”

在被残暴的脾气折磨了12年后，盖奇依旧难以逃脱悲惨的命运，他的健康状况持续恶化，1860年2月癫痫发作，同年5月21日去世。

在他生前和死后，医学和心理学权威人士对他进行了深入研究。去世几年后，在哈洛博士的劝说和坚持下，经他姐姐的同意，人们打开他的墓穴，取出他的头骨和那根击碎他头骨的铁棍。他的头骨被保存在哈佛大学的医学博物馆里。哈洛博士对此头颅做的详细的X射线扫描已经证实，铁棍对前额后面被称为额叶脑区的地方造成了巨大破坏。

这个令人难以置信的事故不仅改变了盖奇的命运，也改变了科学的进程。盖奇的遭遇成了神经科学史上的经典案例，因为这一事件说明，个体行为看似是由意愿决定，但最根本的决定因素还是生理机制。此前的主流思想是：大脑和灵魂是两个独立的实体。这一思想也被称为二元论哲学。但越来越清晰的是，盖奇的大脑额叶损伤引起了他个性的突然变化。接下来，这又引起了科学思维模式的转变，人们开始猜想：也许是因为大脑的特定区域与一定的行为有关吧。

大脑有特定的功能分区

1861年，盖奇去世后仅仅一年，来自法国的解剖学家和医生皮埃尔·保罗·布罗卡（Pierre Paul Broca）更是用具体事实向我们验证了“大脑的特定区域与一定的行为有关”这一论断的正确性。

布罗卡是巴黎的一位医生，在多年的行医记录中他记载了一个特殊的患者，这个患者除了有严重的语言缺陷外，其他一切似乎都正常。患者能够认识和理解语音，但他只能发出一个声音：“他”。布罗卡医生问他叫什么名字，他的回答是“他”；问他是什么时候开始失语的，回答还是“他”；甚至问他家里还有什么亲人，得到的答案依然是“他”。由于他的病情过于怪异，周围的人都称他为“他先生”。

几天之后，“他先生”不幸离世。布罗卡医生对他的尸体进行了解剖，结果发现，在“他先生”的左脑下方，有一块大面积软化、凹陷的区域，这是解剖其他生前语言功能正常的尸体时没有出现过的现象。布罗卡医生由此推断，这片凹陷区域可能就是控制人说话的地方。

布罗卡医生后来确认有12个类似病历的患者在这一特定区域都有大脑损伤。由此，布罗卡医生得出了一个让全世界都无比震惊的论断：人类用左脑说话。今天，有额叶损伤且病灶通常在大脑左半球的患者，被认为患有“布罗卡失语症”。一般情况下，这种疾病的患者可以理解别人说的话，但什么话都说不出，或者在说话时丢掉很多词。

从那以后，人们开始意识到，人类的左右脑可能负责着不同的任务，它们互相合作，各司其职。为了向提出这一伟大论断的布罗卡医生致敬，科学家把左脑中掌管语言学习的区域命名为“布罗卡区”。

不久之后，1874年，德国医生卡尔·韦尼克（Carl Wernicke）记录了有相反问题的患者。跟“他先生”相反，韦尼克医生的患者能清楚地表达，但他们不能理解书面和口头语言。这些患者往往能流利地说，语法和句法都对，但他们说话的内容却毫无意义。更令人惊讶的是，这些患者往往不知道他们是在胡言乱语。韦尼克医生在对这类患者进行的尸检中确认，这些患者的大脑中距离左额叶不远的地方遭受了损伤。

布罗卡医生和韦尼克医生所做的工作在神经科学中是里程碑式的研究。他们确立了行为问题（如语音和语言障碍）与大脑特定区域的损伤之间的明确关系。

另一个突破发生在战乱时期。历史上，有许多宗教禁忌禁止人体解剖，这严重制约了医学的进步。然而，在战争中，死于战场的士兵数以万计。在1864年普鲁士与丹麦战争期间，德国医生古斯塔夫·弗里奇（Gustav Fritsch）治疗过很多头部有伤口的士兵，碰巧注意到当他碰到大脑的一个半球时，患者身体的另一侧经常抽搐。后来弗里奇医生系统地证实，当他用电刺激患者大脑时，左半球大脑控制身体的右侧，反之亦然。这是一个惊人的发现，证明大脑基本上是“电性”的，而且大脑的特定区域控制身体另一侧的一部分。

“小矮人图”，人类身体“地形图”

大脑与身体之间有电通路连接这个认识，直到20世纪30年代才有了系统的分析。那时，美国的神经外科医生怀尔德·彭菲尔德（Wilder Penfield）开始治疗癫痫患者，这些患者经常出现惊厥和癫痫发作，有可能会危及生命。对他们来说，最后的选择便是做脑外科手术，去掉部分头骨和暴露大脑。因为大脑没有疼痛感，患者可以在整个过程中有意识，因此彭菲尔德医生在手术期间仅使用了局部麻醉。

彭菲尔德医生注意到，当他用电极刺激皮质的某一部分时，身体的不同部位会回应。他突然意识到，他可以在皮质的特定区域和人体之间绘制一幅粗略的一对一对应图。他绘制的图是如此准确，以至于今天我们的教科书仍然几乎原封不动地在使用它。在这张图中，你可以看到大脑的哪一区域大致控制哪种功能，以及每个功能的重要程度。例如，我们的手和嘴对于生存是如此重要，因此大量的脑力是致力于控制它们的。

此外，彭菲尔德医生发现通过刺激额叶的几个地方，他的患者会突然清晰地回忆起遗忘很久的记忆。一个患者在脑外科手术中突然脱口而出：“我好像……站在高中的门口……我听到妈妈在电话里交谈，让我的姨妈那天晚上过来。”彭菲尔德医生发现他打开了埋藏在大脑深处的记忆。他在1951年发表了他的研究结果，这些结果使我们对大脑的了解发生了另一个转变。

在将近20年的时间里，彭菲尔德医生从400多例颅骨切开术中收集了大量数据。他重新构建了患者所报告的身体感觉的顺序，发现在改变对大脑刺激部位的过程中，触觉发生的位置也在逐渐移动：开始是脚趾，接着是脚，再后来是腿、臀部、躯干、脖子、头、肩膀、上臂、肘部、前臂、腰、手、每根手指、脸、嘴唇、内口腔，最后是喉咙和内腹腔。当对穿过大脑皮质的横截面进行绘制时，这一顺序便展示出了人类身体的“地形图”，后来它成为我们所知的感觉“小矮人图”（Homunculus）——这幅在医学文献记录中被复制次数最多的插图之一（见图1-1）。

令彭菲尔德医生很满意的“小矮人”与我们平时看到的任何正常人都没有相似之处。“小矮人”被严重扭曲了，看起来很怪异。这种扭曲是被称为“皮质放大”发展过程的结果。皮质过度放大现象代表了身体区域中机械性刺激感受器密度最高。这些感受器是一系列高度适应的周围神经末梢，用于感知压力、牵张等外部信号的神经末梢结构，负责将触觉刺激转化成电位，即大脑的语言。因此，“小矮人”的手指、手和脸，特别是口周和舌头，是突出膨胀的。包括胸部和躯干的其他身体区域似乎收缩了，好像它们正在进行节食，虽然我们的大部分皮肤都存在于这些区域。手指、手和脸含有非常多的机械性刺激感受器，因此它们是我们最精良的触觉器官。我们通常利用它们来创造有关周围世界的触觉图像。这也是为什么当一个物体摩擦我们的后背皮肤时，我们很难准确辨别那是什么物体。

皮质放大现象并非人类的特权。在过去70年所检查的每一种哺乳动物中，我们发现这种现象普遍存在。拿老鼠来说，“小矮老鼠图”夸张表征了老鼠的胡须，其前爪的大小远远超过后爪。再比如半水生、卵生的澳大利亚哺乳动物鸭嘴兽，在躯体感觉皮质的身体地图中，它的喙就被过度放大了。

至此，我们简单回顾了人类过去近200年历史中对大脑认知的标志性事件。正是在这些医生、科学家和无数遭遇不幸的普通人的大脑基础之上，人类才构建出了对自身大脑的基本认识。这些知识大都在我们中学阶段的生物课中出现过，在接下来的一章，我们不妨简单回顾一下。