1. 冷知识网首页
  2. 科学

生而为人:为什么我们需要脑,脑中真正重要的是什么

现在,我们已经知道人类的脑经历了相当惊人的进化之旅,使得我们与其他生物有了明显的区别。是时候来审视和反思人脑的主要功能,以及我们真正需要的部分了。

众所周知,人脑负责一系列至关重要的功能,其中一部分功能可以具体归属于某个特定的区或核。然而,并不是脑的每一个部分都有特定功能(至少不是每个部分都有已知的特定功能)。这是冗余的建构,还是进化的残留?我们拥有的大脑真的比需要或已使用的部分多吗?人脑的一些部位是否像阑尾一样,看起来毫无用处、麻烦且占用宝贵空间?或者,我们真的需要脑的每一部分,只是还没认识到它们对我们生命的重要性?由于人类并不只是一张基本的物理功能列表,我们可以看看脑中最重要的部分,也就是基本生存所需的功能——这似乎是人之所以为人的核心部分。

脑到底有什么了不起?

一言以蔽之,脑决定了我们做的每件事情,也决定了我们是什么样的人。简单起见,我们将它分成许多功能组,分别进行考虑。首先,一部分功能让我们活下来,比如对呼吸的控制,运动中的平衡与协调等。一部分功能决定了我们对刺激的感知与反应,比如情绪、饥饿感和体温控制等。然后,也有一部分功能负责让我们成为自己,比如学习与交流的方式、思想、判断、社交与创造技能等。

这么多的功能究竟发生在脑的哪个部位?本书并不打算像一本枯燥的教材一样,详细列出脑的每一个部位对应的功能。然而,对各个部位的主要功能留下笼统的印象是很有用的。因此,请容忍我们快速浏览一遍脑的主体结构和主要功能(回顾图1可能有助于找到方向)。我们保证,这不需要太长时间!

脑的一个部位在本书中提得不算太多,但却对我们的生存至关重要,那就是脑干(在脑的底部,与脊髓连接的一小块部位)。它负责包括呼吸、心跳和血压在内的许多维系生命的功能,还涉及调节视觉、听觉、睡眠、饮食、面部表情和运动等功能。

适当移动、保持平衡、摆出姿势和动作协调的能力同样非常重要,这是小脑(位于脑的后部)的功能。它在脑中的重要性越来越受到关注和理解——我们将在第6章中进一步探讨。

你和你的身体对事物的感觉,在很大程度上依赖于边缘系统(包括位于脑的中部、大脑下方的一系列结构)。它含有帮助情感传递的腺体,许多激素反应便在此产生。边缘系统包括杏仁核、海马、下丘脑和丘脑。杏仁核负责身体对情感、记忆、恐惧以及认知的反应。海马负责将暂时记忆转变为长时记忆并储存在脑中,它在基于知识和经验的长时记忆存储中起着重要作用,对程序性记忆(例如如何行走)则作用不大。海马还有助于人们分析和记忆空间关系、进行精细运动。下丘脑控制情绪、口渴、饥饿感和体温,还含有负责控制全身激素反应的腺体。丘脑有助于控制注意广度,掌控感觉(例如疼痛)。

大脑是脑中最大的部分(它是一个巨大的海绵状组织,看起来跟我们所知并喜爱的那些大脑图片一样)。它不仅占据了脑的大部分空间,还负责种类繁多的功能,其中很大一部分可被视为人之所以为人的核心部分。当然,大脑负责许多功能,包括视、听、嗅、味、触五种感觉,理解和建构言语及语言,生理和性的成熟,还包括运动、力比多及激素等。除此之外,所有高水平的功能都由大脑控制,包括问题解决、抽象思维、创造力、反射、判断、自主性、抑制、行为以及一部分情感。正是在这里,我们感到恐惧,欣赏音乐,获得认同感……这是我们人格的源头。

大脑是我们自身的重要部分,也占据了本书的大量篇幅,在此理应做出一些细节上的补充。在大脑中,某些部分是高度专业化的,对它们的首要任务负有唯一的责任,而其他部分则是通才,与其他区域协同合作,服务于各种功能。高度专业化的脑区包括梭状回(fusiform gyrus),它位于大脑下侧的皱褶,负责识别面部。如果梭状回受到损伤,就会出现一种叫作“面容失认症”(prosopagnosia)的疾病,也可以称之为“脸盲症”,会导致视力完好的患者难以认出熟人。还有一个高度专业化的脑区是躯体感觉皮质(somatosensory cortex),负责感觉。我们得以了解这一区域的功能,必须感谢先驱神经外科医生怀尔德·彭菲尔德(Wilder Penfield)。20世纪30至50年代,他在蒙特利尔从事医疗工作。在对难治性癫痫患者进行手术时,他不仅帮助了病人,也获得了定位不同部位脑区功能的机会。他在局部麻醉下进行手术,所以病人处在清醒状态,可以与之交谈。他会用电流刺激患者的大脑表面,要求对方描述自己的心理体验。因此,手术室——或者更确切地说,手术病人的脑——成了一个机会主义的研究实验室。彭菲尔德的一个重要发现是,通过刺激躯体感觉皮质,确实可以让患者产生特定身体部位的感觉。他还发现,大脑表面处理感觉的区域与相应身体部位的面积不成正比,而是与该部位的神经密度成正比。因此,舌头、手指这样神经密集的区域,拥有非常精密的感觉,占用的脑表面面积就十分庞大。这通常可以用一种名为“感觉侏儒”(homunculus)的图像来表现,这种图将脑区映射为一个扭曲的人形,手和嘴特别大,腿和脚却又格外小。你或许曾见过此图(见图3)。并非所有的大脑区域都拥有这么专业化的作用,很多部位负责的功能较为灵活,可以组合起来工作。

生而为人:为什么我们需要脑,脑中真正重要的是什么

图3 感觉侏儒示例

当然,上面强调的脑区域所拥有的实际功能远比我们列出来的多,还有许多区域并未提到。脑远不止是结构与功能的简单集合,而是信号与活动的繁忙网络,是一个生产复杂实体的整体——也就是正常运行状态的人类。

如你所见,脑非常繁忙,负责着许多重要事务。然而,可能有些部位只是凑凑热闹,没有重要职责。那么,为什么它们也在脑中占有一席之地呢?

忙忙碌碌,一事无成?

长期以来,人类一直在思考脑的作用。远在公元前17世纪,古埃及文献《埃德温·史密斯外科纸草书》(Edwin Smith Surgical Papyrus)被认为是最早提及脑的文献。令人着迷的是,这一文献首次解释了几种形式的脑损伤及其相关并发症。然而,古埃及人似乎并不重视脑。据我们所知,他们认为脑的主要作用是将湿乎乎的黏液运进鼻子里!

尽管研究了几千年,我们仍然无法确知大脑的每一部分具体是做什么的。扣带回后皮质(posterior cingulate cortex)正好位于脑的中间部位,一部分研究者认为它在认知中起到了重要作用,但没有人知道具体是什么作用。它可能对自传记忆或未来规划有重要影响,也可能有助于调节注意焦点。这是一个高度互联、代谢活跃的脑区——这能说明它在进行十分重要的工作——但我们仍未真正了解真相。

脑的另一个部位屏状核(claustrum),功能十分神秘。它就像一枚小小的薄片,体积仅占大脑皮层的0.25%。它似乎可以促进信息的广泛传播,使认知、感觉和运动信息同步。然而,没有充分证据来支持这一观点。

耳蜗背侧核(dorsal cochlear nucleus)位于脑干表层,顾名思义,它似乎与听觉通道有关。然而,尽管它似乎与耳鸣有一定关系,实际作用却仍不清楚。

以上只是对几个功能尚不明确的脑结构进行列举,同样值得指出的是,其他许多已知功能的部位也仍需进一步研究。我们需要探索脑中基本的生物学和生理学机制,了解不同部位之间如何相互联系,它们如何导致疾病或转变,如何补偿其他部位的损伤,以及一旦出现问题,脑能修复到什么程度。

当然,脑中的某些部位可能是进化的遗留物,现在已经不再需要了。人体有许多这样的例子,比如体毛和智齿,都是现代生活不需要的事物,难道脑就是例外吗?我们一直认为阑尾是原始时代的遗留物,不过可笑的是,事实证明,阑尾可能至少还有一项作用。

很长时间以来,人们认为阑尾最初参与了植物中纤维素的消化,而我们的祖先曾食用大量植物。现在,我们的食谱跟祖先比有所变化,根据常见的假设,如果不迫切需要这一器官,进化会让阑尾萎缩。它只是……说实话,只是存在于那儿。然而,最近,研究人员开始相信,阑尾的实际作用比从前理论提出的更重要。有证据表明,它有助于保护我们的体内环境,清除消化系统中的废物,调节病原体,储存有益细菌,并可能帮助抵御早期疾病。同理,目前还没确认功能的脑组成部分,不一定真的没有作用,也许还需要我们去进一步探索和理解。

我是人类,听我怒吼!

但是我们了解的脑区怎么样呢?哪一个部位是我们生而为人的关键所在?除了那些维持生命的基本功能之外,脑还有一些功能将我们与其他动物、其他人区分开来,使得每一个人都是世间独特的存在。

在所有动物中,脑的构成部分几乎是一样的,只是数量和组合方式有很大差异。例如,有些动物的嗅球特别大,这与它们发达的嗅觉有关。而包括人类在内的另一些动物,关于视觉的脑区则很大。人脑发展的方式决定了我们可以做很多其他动物无法完成的事情。反过来说,由于人脑的进化,也有许多事情其他动物可以做到,我们却无能为力。我们与动物王国的其他成员之间存在着明显的身体差异,如相反的拇指方向、两足行走、没有翅膀也没有鳃。这些身体差异指向了不同的能力,这就是本书想要探索的心理过程差异。

人类已经发展出了高度复杂的沟通能力。我们有复杂的声带和强健的舌头,结构上的差异给了我们非凡的语言能力。此外,FOXP2基因的突变似乎在人类语言发展中起到了关键性作用。人们已经发现,在胚胎发育过程中,该基因对脑的发展起着重要的信号作用。人们认为,这一基因让我们拥有对嘴的特殊控制能力,因此可以在幼年时学会说话。

我们不仅拥有发达的口头语言,还发展出了书面语言与手语。另外,我们可以交流各自的想法,理解对方的意图,协同工作达到共同目标。虽然有些昆虫(如蜜蜂和蚂蚁)也能为了同一个目标共同工作,但对大部分动物来说,独立个体之间的协作是非常罕见的。当然,人类并非总需要用语言来实现合作。例如,一个人想要拿到某个物件,可以用手指出来,另一个人理解了这一意图,就能将它递给前者。通过这个简单的手势,两个人分享了对目标的理解,知晓了应该如何去实现它。在无法立即获得利益的情况下,人类以外的物种难以相互合作,因为他们缺乏预测未来事件或收益的认知能力,也没有能促进协作的语言能力。

人类拥有智慧,可以相互合作,因此,我们能够创造复杂的社会和技术,扩展能力边界。我们可以在24小时内穿越整个世界,也可以在精密的成像技术的帮助下完成复杂的医疗手术。可以论证的是,虽然其他物种也经常表现出非凡的能力,但它们并未进化到与人类相提并论的程度。

通过构想和深思的能力,加上推理能力及技术,我们得以回溯过去、预测未来。我们探索海洋深处,眺望太空远方。我们反思自己在世界的位置,而不仅仅是用尽力气谋求生存。另外,很多人相信神的存在,或至少是信仰某种形式的灵性,这也需要基本形式之外的脑功能。虽然我们不能肯定地说,其他物种一定不会花费时间反思自己的处境,思考此时此地以外的世界,但至少目前还没有证据表明它们能够做到,虽然巨型陆龟看起来总像是在沉思……

虽然人们一直认为同理心是人类独有的特征,后来却发现其他许多动物表现出了共情的例子。然而,斯坦福大学的神经学家罗伯特·萨波尔斯基(Robert Sapolsky)认为,人类的独特之处在于能为不真实的事物共情。就像能够思考自己在世界的位置一样,我们也可以用抽象思维对待不真实的事物,甚至可以产生与之相关的情感。比如说,我们在观看荧屏上的动画片时,可能会为卡通人物的艰辛历程感慨流泪。通过隐喻和类比,我们可以对抽象的心理对象产生生理反应,比如在遇到一些违背道德的事情时,可能会感到生理上的恶心想吐。

通过使用创造力,我们还可以将抽象事物表达出来,并且进行交流。我们创造和欣赏艺术、音乐及讲故事的能力在动物王国里似乎是无与伦比的,并且已经成为数千年来人类行为的一部分。许多研究表明,当我们接触艺术品时,脑会出现显著的生理变化。例如,一些研究发现,对儿童进行音乐训练,可引起他们空间视觉、言语与数学能力的长期增强。研究表明,人类非凡的创造力可能反映出了人脑中神经组织的独特性。由于艺术只在人类社会自发产生,且普遍存在于不同种族之中,对艺术创作的思考有助于我们理解一般创造力的神经基础。

尽管有这么多关于人类荣光的说法,不莱梅大学脑研究所的研究人员格哈德·罗特(Gerhard Roth)和厄休拉·迪克(Ursula Dicke)却认为,人类智力的所有方面(除了复杂精妙的语言),都至少以原始基本的形态存在于人类以外的灵长类动物或其他动物身上。这不是一种激进的新观点。达尔文认为,我们的智力行为是由非人时期的祖先的原始本能发展而来的,人类与动物的智力差异是程度上的问题,而不是种类上的区别。他在《人类的由来》(The Descent of Man and Selection in Relation to Sex)一书中写道:“这一章的目的是指出,人类和高级哺乳动物在智能方面没有根本上的区别。”

当然,有很多事情动物可以做,人类却不行。我们既不能飞行,也不能在水下生活,牙医业会欣欣向荣是因为我们的恒牙不能替换(鲨鱼和爬行动物可以)。虽然我们的智力能够设计出越来越高效的假肢,却无法像蝾螈那样,自然而然地将缺失的肢体再生出来。极端气候会大批大批地杀死我们,但有许多动物能够适应良好,比如北极狐、海象、秃鹫、蝎子就可以在寒冷的北极苔原或是酷热的沙漠地带正常生活。我们的视觉、听觉和嗅觉都不及许多动物。人类的视觉局限在红-紫光谱以内,而一些动物(如蜜蜂和某些种类的鹿)的视觉可以超越这一光谱,看到紫外线区域。人类没有使用回声定位的能力,也不像海豚或蝙蝠那样自带声呐,甚至鸽子都能听到频率比我们听觉阈限低得多的声音。许多肉食动物关于嗅觉的脑区比人类大得多。人类经常嚷嚷着宣传公共卫生信息,要求大家每天至少吃5份水果和蔬菜,部分原因是因为我们的身体不能制造维生素C。其他动物如猫和狗,都可以自己产生维生素C,这就是为什么它们不太可能找你要一瓣橘子吃。我们跑得不如其他动物快,游得不如其他动物好,也无法像鸟和海龟那样,通过感应地球磁场来找到迁徙之路。脑控制所有这些能力,用合适的方式将其组合起来,确保提供足够的支持,让动物在生命中最需要的特征得以显现出来。

相同而又不同

我们可能与其他物种有着极大的差异,但这并不意味着人类全都是一样的。尽管我们的大部分生物学特性和DNA序列都一样,但人类这一物种内部仍然有很大的差异性。

以本书的两位作者为例,我们一个喜欢吃蘑菇,另一个讨厌;一个喜欢骑自行车,另一个不喜欢。两位作者都是女性,年龄相仿,生长在类似文化下的相似地域,都拥有人类的脑。为什么我们这么不同?只要想想同卵双胞胎,就可以明白了——具有相同遗传基因的两个个体也会在性格和行为上出现差异。研究表明,我们成长和生活的环境、经历的过程,可以塑造我们的人格和行为方式。下文将继续阐述这一问题。

许多研究者对于脑如何建构人的个性很感兴趣。也有一部分人在研究脑应对日常挑战时,产生的情绪反应的差异。众人皆知,面对同样的环境,不同的人反应大不相同:有人冷静坚忍,有人大胆行动,有人静静啜泣,也有人四处奔跑疯狂尖叫。有证据表明,参与情绪反应的脑回路适应性很强,可以随着经验而改变,继而影响我们的气质。此外,由于脑可以改变人们对事件的反应,我们可以利用脑的变化能力,通过心理干预来促进积极的行为改变,最终增加幸福感和心理弹性。

形成个性的生理过程有许多种,从特定的机制、网络、分子作用过程到遗传因素,而这些遗传因素可以调节控制我们行为的网络。

我们经常听说,遗传能决定“我是谁”。然而,“表观遗传学”(Epigenetics)也具有极大的影响力。接下来简单地解释一下,什么是表观遗传学。蛋白质构成我们的身体,在许多保持人类存活的进程中起到关键作用。基因(genes)是提供特定蛋白质编码的DNA片段,我们所指的“遗传学”(genetics)就与此有关。换句话说,当我们提到一个人的遗传基因时,实际上谈的是他继承的代码序列,而这些代码能够指示他发展的方向,例如可能会拥有棕色的头发、骨节突出的膝盖或色盲。表观遗传学探讨基因如何被细胞表达,携带的信息是否,以及如何表现出来。表观遗传学还探讨DNA的外部变化,这些变化决定了基因“是”“否”表现(如同开关一样),以及表现出来的强度。这些变化不会改变基因代码本身,而是在代码顶端充当生物标志物,有点像你在写字时遇到重要段落,会将字体变为斜体,或者在字下面画线。

表观遗传学涉及许多常见的身体进程。我们所有的细胞都拥有相同的DNA,因此,在理论上,同样的基因可以编码出相同的进程。然而,我们的心脏细胞与脑或内脏的细胞做的事情不同,所以表观遗传学会确保相关基因酌情启动或关闭,以便细胞继续做它们应做的事情。不同于我们的基因代码,表观遗传学可能改变,亦会受到环境、化学污染、饮食和压力的影响。表观遗传标志物会参与正常人体机能,同样,也与疾病相关。例如,它们可以关闭某个通常能够抗癌的基因。表观遗传变化与一系列健康状况有关,包括肥胖、心脏病、各种癌症和自闭症,等等。

那么,再回顾一下同卵双胞胎的问题,现在我们可以看到这样一种形式,两个人共享同样的基因序列,与世界互动的方式却有所差别。一项针对80对同卵双胞胎的研究发现,当他们很小时,表观遗传几乎没什么区别,但是随着年龄增长,差异就变得越来越明显了。双胞胎的年龄越大、生活方式越不同、分开时间越长,差异也就越大。环境因素在塑造各自的个性上起到重要作用。

如果连同卵双胞胎都能有如此显著的差异,理解其他人间的天差地别就不难了。除了遗传之外,生活经验也能塑造我们的人格核心。此外,正如前一章所述,人脑的发育与其他物种不同,大多数发展都发生在出生之后,这使环境得以对其产生重要影响,这也许能解释人类个性之间的巨大差异(现已证明其他物种的不同个体间并不存在这种差异)。在本书的第2部分,我们将进一步深入研究人类脑中的正常变化,并梳理出人类个体之间的有趣差异,以及它们可能代表的意义。

每个人都是难解之谜

当然,我们不只是各部分的简单加和。虽然研究有助于确定脑的哪些部位与特定功能相关,但仍有许多问题让人类成为难解之谜。例如,爱和创造力等特征当然源于脑,但我们还不太清楚,脑如何产生这些能力,以及为什么会产生这些能力。从逻辑上讲,脑能够发展或推动人类生存能力的提升,是可以理解的,比如说,可以发展出更优越的抗病能力、问题解决能力或者更高效的能量使用方式。但为什么脑还要加强我们的音乐演奏、艺术鉴赏或对陌生人的共情呢?答案并非显而易见。诸如此类的能力占据了脑中空间和能量资源,并削弱了生存相关功能,那么,它们究竟有什么意义呢?可能有许多理论能提供答案,但这需要一整本书的篇幅来深入探讨,所以,我们无法在此处赘述。我们在这里要说的是,脑中发生的事情太多,其中相当一部分是我们不知道的。如果我们还不知道脑的全部,也不知道这么多伟大的事件如何因它而起,那么,要知道我们究竟需要多少脑子显然并非易事。

本书接下来的3大部分将向你展示科学的证据、非凡的案例研究以及普遍的灵感,用以揭示脑中可能发生了些什么;脑的所有部分是否都为人类生活做出了有价值的贡献;以及脑的未来走向。当然,关于人类是否真的需要脑的每一部分,我们也会不断提出质疑。

 

冷知识网文章,如若转载,请注明出处:https://www.lengzhishi.net/121402.html

发表评论

电子邮件地址不会被公开。