|
|---|
|
|
|
|
|
|
f**d
发帖数: 768 | 1 写的不错，转过来，有助于内行外行了解这个行当
http://blog.sciencenet.cn/home.
php?mod=space&uid=560063&do=blog&id=446240
神经科学不算是一门年轻的学科，很早以前，人们就开始了对大脑的认识和研究；
但是由于我们认知的局限、研究手段的局限，我们对于大脑功能的研究还处在初步
的阶段，很多未知的东西都在等待着我们去解答。这里主要综述一下神经科学发展
史以及科学理论变迁之后科学思想的变化。
在神经科学的发展史上，主要存在着以下3个大的争论：
1、 关于大脑和意识的争论：大脑和意识究竟是相互孤立的还是还是统一的，意
识究竟是大脑的一部分还是游离于之外？由此产生了很多观点。包括孤立论观点、
同一论观点、平行论观点、二元论观点等。
2、 局部定位论（localism）和整体论（holism）的争论：特定的脑部区域是否
仅仅和特定的功能相联系，还是大脑以一个整体参与所有的功能体现。
3、 是否有除了视觉、听觉、嗅觉、味觉、和触压觉之外第六感的存在，即所谓
的灵魂，这是一个我们尚未深入研究因而一切还处于未知的领域。
首先让我们来回顾一下神经科学的发展史。
公元前1700年，古埃及人用象形文字最早在纸草上记录了“大脑”这一术语；公元
前400年左右，古希腊伟大的哲学家Plato认为大脑是一切意识活动的本源，他的学
生Aristotle则认为心承载了人类的一切情感和思考，大脑则是一个所谓的“冷却
器”（radiator）用来调节心的活动。公元二世纪，古希腊伟大的外科医生Galen
提出大脑能够感觉信息，并且控制着人们的活动。公元17世纪，法国著名的哲学家
、数学家Rene Descartes认为神经包含着体液，它们对于感觉和运动信息的传递起
着很大的作用。他是一个坚定的二元论者，相信意识和大脑是相互分开的，它们之
间通过如今被称为“松果体”的脑区进行相互联系。
以上人们对神经系统的认识仅仅停留在理论层面，主要在于大脑和意识的争论。但
是这些理论大多数都是哲学家（没有真正意义上的神经科学家）的空想，没有实验
证据来论证，我们知道任何一门学科想要成为真正的科学，必须要有实验证据来支
持。在这之后，人们开始进入实验神经科学的阶段。
18世纪伊始，也就是著名的启蒙运动时期，意大利医生Luigi Galvani用刺激青蛙
腿神经和肌肉的方法，揭示了神经元激活的电学性质，至此人们发现神经系统是电
活动的。19世纪初，著名的颅像学的创建者Franz Joseph Gall与Spurzhiem将大脑
分成35个不同的功能区，包括了主导具体功能如语言、颜色的脑区到主导抽象功能
如希望、自尊的脑区等；19世纪中期，伟大的捷克生理学家Pukinje第一个描述了
神经细胞，并且对实验生理学领域做出了巨大的贡献，他通过压力和电刺激眼球，
研究了感觉和视觉，发现了皮层处包含着具有很多分支的细胞，这些细胞后来被命
名Pukinje细胞。同时期的法国神经生理学家Pierre Flourens也对脑的研究做出了
重要的贡献，他以兔子和鸽子为实验对象，通过损毁脑和脊髓的不同部位来观察动
物行为的变化，他是大脑功能整体学说坚定的支持者，并著《评颅相学》一书来驳
斥Gall的学说。局部定位学说最强的反对者是英国神经生理学家Hughlings
Jackson，他认为大脑的功能是复杂的，我们不能从局部脑区来定位分析，而应该
从整体来思考，以他名字命名的“杰克逊癫痫”揭示了脑内异常放电可以从局部开
始向临近皮质扩散，更好的证明了整体论的观点。法国外科医生、神经病理学家
Broca是脑功能定位学说的倡导者，1862年，他收到一位患者，这位患者可以听懂
别人的谈话，但自己却不能够表达，Broca发现这位患者之前进行过颞叶切除手术
，用来治疗癫痫。他的这种病症后来被称为运动性失语症或Broca失语症，患者死
后，Broca对他进行了脑部解剖，发现在他大脑左半球的第三个前额沟回存在着损
伤，之后这个脑区即被定义为Broca脑区，以此来纪念他的贡献，这是对神经系统
内功能有其特殊定位一个很好的临床证据。与Broca的病人相比，德国神经学家
Carl Wernicke的病人临床上表现出说话很流利但却没有任何意思，在旁人看来是
严重的思维混乱，被称为感觉性失语症或“Wernicke失语症”，相应的脑区则被定
义为Wernicke脑区，包括颞上回、聂中回后部、缘上回以及角回，他的发现进一步
论证了脑功能区定位学说的观点。19世纪中后期，意大利细胞生物学家Camillo
Golgi发明了银染方法可以观察到单个的神经元，这是人们第一次可以在体外观察
到脑内神经元的走向，这给脑结构的研究带来了巨大的变化，但是染色的原理至今
不是很清楚。之后，西班牙神经组织学家和神经解剖学家，也就是现代神经科学之
父Santiago Ramong Y Cajal改进了Golgi的方法，创建了还原硝酸银染色法，可以
更清楚的观察神经元的结构，他认为神经元是最小的结构单位、并且发现了神经细
胞间的突触联系，还对脑的精细结构进行了描述，由于他们的突出贡献，两个人分
享了1906年的诺贝尔生理或医学奖。同年，德国医生Alois Alzhemier首次报告了
具有进行性痴呆表现的51岁女性患者的案例，揭示了神经元退化症的病理，并且以
他名字命名了该疾病。
20世纪之前的神经科学主要停留在定位学说和整体学说的争论上，我们可以看到这
两种学说各有实验证据来证明但并不完全，同时对神经系统的研究上升到了对大脑
记忆这一更高层次的研究，我们如今会对颞叶切除这一不可逆的手段来治疗癫痫嗤
之以鼻，但不可否认的是由于对大脑功能的不完全认识，使得我们采用上述极端治
疗方法，却在一定程度上加速了我们对脑功能的认识。科学的进步是在不断发现问
题和总结失败中取得的。
进入20世纪，神经科学的发展更为迅速，美国生理心理学家K.S.Lashley以大鼠为
实验对象，对记忆进行了深入的研究，他系统的不同程度的损毁大鼠的脑部，然后
对它们进行迷宫测试实验。1929年，他的重要专著《大脑机制和智能》出版，他提
出了两大原理，即均势原理和总体活动原理。前者认为大脑皮层各个不同部分几乎
以均等程度对学习发生作用，而后者认为就学习和记忆而言，大脑以一总体而进行
活动。同时期的加拿大伟大的神经外科学家Wilder Penfield对大脑的工作机制、
心理和记忆的机理进行了探索。通过刺激癫痫病人皮层的不同部位，他发现激活多
种细胞可以产生特定的结果，这为脑功能局部定位理论提供了支持，他的工作为
1934年建立的世界著名的蒙特利尔神经科学研究院奠定了基础。20世纪40年代，英
国生理学家Alan Hodgkin 、Andrew Huxley等用离子浓度梯度和粒子穿透膜通道的
移动，阐明了神经元电激活的原理。1946年，美国神经物理学家Kenneth
Stewart Cole发展了电压钳技术，使测量细胞中的跨膜电位成为可能，他被同行誉
为“将物理学应用到生物学的先驱”。20世纪50年代，澳大利亚、奥地利以及荷兰
个体生态学家Karl von Frisch、 Konrad Lorenz、Nikolaas Tinbergen 建立了动
物行为学，奠定了神经行为学的基础，他们三个分享了1973年的诺贝尔奖。1957年
开始，加拿大神经学家Brenda Milner对病人H.M的研究开创了对人脑记忆研究的新
纪元。H.M由于在9岁时经历了一场车祸，而患有严重的癫痫。外科医生William
Beecher Scoville对他进行了左右内侧颞叶的切除，手术在一定程度上缓解了癫痫
的发作，但是却导致了H.M严重的顺行性失忆以及轻微的逆行性失忆。他对手术之
后的事情不能形成长时程的记忆。H.M的案例之所以重要，不仅仅是因为他的记忆
损伤为临床提供了资料，还因为他使人们明白相应的脑区是和特定的记忆功能相联
系的，他的例子使人们对人脑记忆的研究有了革命性的进步。这之后，美国神经心
理学家Goger Wolcott Sperry又对10个进行了胼胝体切断手术用于治疗癫痫的患者
进行了研究，他们要求病人完成一些任务，而这些任务是已知的只需要特定大脑半
球参与的，他们由此得出了一些结论，比如两个大脑半球可能各自包含一些意识，
他们的工作使人们对大脑功能的单侧化有了进一步的认识，而因为他的出色贡献，
他和另外两位科学家分享了1981年的诺贝尔奖。七十年代后期，正电子断层脑成像
技术（PET）研制成功，通过给被试者注射含放射性同位素的示踪物，同位素放出
的正电子与脑内的负电子发生湮灭而释放出γ射线，通过记录γ射线在大脑中的位
置分布，可以测量出区域脑代谢率（rCMR）和区域脑血流（rCBF）的改变，以此反
应大脑的功能活动变化。这之后，人们又研制出了核磁共振成像技术（MRI）以及
功能性的核磁共振成像技术（fMRI），使得无创性的研究大脑功能有了长足的进步
。同时一系列的科学研究方法发展起来，包括膜片钳技术，电镜技术，单光子、双
光子成像（confocal）技术等促进了人们对神经系统的认识。
神经科学的学科思想在20世纪最大的成果就是意识到研究神经现象存在有“分子、
细胞、环路、系统、整体”这五个由低到高的层次，由此神经科学家在研究相关问
题时，往往采用两种方法，即“自下而上”的还原论法和“自上而下”的系统论法
。前者通过从分子水平开始研究，从低层次向高层次将每个层次都研究清楚，最后
上升到整体的功能。后者则是先从临床上功能的异常入手，由上向下的研究哪个层
面出现了问题，进而找到相应的解决办法。但是这两种方法都在环路这一水平存在
着瓶颈。由于神经系统的复杂性以及研究手段的局限性，我们目前很难全面的了解
哪些分子参与了整个环路的作用，如果在这个层面研究不清楚，我们很难真正的对
神经系统有所掌握。
当科学发展进入21世纪，对于脑功能的极端的定位主义学说和整体主义学说已经被
相互作用机制学说（connectionism）所取代，这个观点认为低级或初级感觉、运
动功能是局部定位的，但是更高级的功能，像物体的识别、记忆、语言功能是各个
不同脑区相互作用的结果。除此之外，大多数的认知神经学家相信意识和大脑在某
些方面是相互作用的，而不是简单的谁决定谁的关系。
提到灵魂，大多数人会认为这属于宗教或哲学研究的范畴，在这里，我想指出的是
，很多神经心理学家相信灵魂的存在，并且正在用实验探索灵魂的存在与否。之前
提到的加拿大神经生理学家Penfield认为“人类并不仅是有物质的躯体，必然兼有
无形的非物质灵魂”。与灵魂相关的科学研究很多是将灵魂看作人类信念的一个部
分，或者是形成对外部世界认识和理解的意识。DNA双螺旋结构的提出者Francis
Crick在他所著的《令人惊异的假说》（the astonishing hypothesis）一书中提
到“我们可以通过研究人脑的工作来认识关于人类灵魂的所有事”。不管怎样，这
个有很多争议的话题将会是神经科学发展史上不可或缺的一部分，只是我们目前的
研究水平还不足以完全认识它。但科学总是在不断进步，我们相信，我们对这一领
域的了解一定会逐步深入。
通过以上对神经科学发展史的综述，我们可以看到科学思想会在一定程度
上推动科学理论的形成，没有思想的指导，我们就不会采用实验方法来论证思想的
正确与否；同时没有科学理论的进步，思想只能停留在一定的层面而止步不前。这
两者相辅相成，相互影响，使得我们越来越认识到的生命的本质。 |
|
|
|
|
|
|
