相对于身体大小来说，鸟类和哺乳动物的大脑比爬行动物和其他动物大10倍。为什么呢？有人说是因为始祖哺乳动物是夜行动物，提高听力比提高视力更重要。也有人认为，哺乳动物的大脑之所以比较大，是因为许多早期的哺乳动物在缩小体积的时候，他们的大脑未能按比例缩小。

本文來自PanSci泛科学网，作者为 葉綠舒

《科学》5月20日论文摘要

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图中这只大鼠没有看起来那么机警。

闭着眼睛、无任何反应、流着口水，这是公认的最易辨别的睡眠状态。但是，睡眠与觉醒之间的区别并非我们所想像那么清晰。

自然杂志发表的研究文章指出，看上去呈清醒状态的老鼠，大脑皮层某些神经元有时出现短暂“断开”。这些区域的神经活动模式与非快速眼球运动(non-rapid eye movement (NREM) )睡眠时的神经活动模式相似1。 “老鼠尽管处在清醒状态，但大脑皮层却有少量局部睡眠。”

负责该项研究的美国威斯康星-麦迪逊大学神经科学家朱利奥•托诺尼（Guilio Tononi）如此说。 研究团队采用多种技术测量了大鼠脑中局部和整体的场电位。通过把微电极阵列插入大脑额叶皮层、顶叶皮层深层的方法，研究人员测量了局部神经电活动。他们还用脑电图(EEG)显示了大脑的整体神经活动，例如非快速眼球运动(NREM)睡眠中可见的慢波。在慢波活动期间，神经元在“开“”关“状态间振荡，但通常处于“关”状态。
托诺尼和他的同事记录了许多组神经元的电活动，结果显示，老鼠在长时间保持觉醒状态后整个大脑皮层的神经元会随机地处于“关”状态。他说：“如果我们观察整个大脑，就如观看水沸腾状态一样。清醒时候，就像水还没沸腾，所有神经元处在“开”的状态，而疲倦后神经元的“关”状态就如沸腾的水泡；至于水泡出现在何处就无法预测了。” 过去认为，完全清醒状态下是不会出现睡眠状态下的慢波，但这项新研究发现，清醒状态也有非常局部的慢波发生。

美国康涅狄格州耶鲁大学神经生物学家大为•麦考密克（David McCormick）说：“这种现象可叫做皮层闪烁现象，大脑皮层某一部位短暂关闭而中断神经信号处理。”

打盹的神经元

打盹的神经元会影响动物的行为动作。若长时间不给老鼠睡觉，让它一直保持清醒状态，则处于“关”状态的神经元数目增多，此时老鼠面对复杂困难任务，如通过树脂笼子里一条沟槽捕捉糖果时，它的认知能力下降。 托诺尼认为，我们通常把睡眠当成全脑现象，相对而言，局部神经元断开的存在“更为隐蔽，因为我们不知道有这种情况发生。”对人来说，这可用来解释为什么睡眠剥夺会降低判断力。”

有趣的是，托诺尼与他的同事本月上旬提出报告说，即使在‘全脑’睡眠时慢波也是发生在局部、特定区域的。他们用深电极在人们经受外科手术的一些脑区记录脑电图和局部神经元活动情形，发现慢波会从前额叶皮层经由颞叶传到海马。托诺尼说：“即便是在睡眠时，慢波的范围也比预想的更局部。”

综上，这些发现告诉我们，科学家以前对清醒和睡眠状态的认识可能过于简单。瑞士苏黎世大学睡眠研究员皮特•阿克曼（Peter Achermann）说：“如果这两种现象都存在，即清醒时局部睡眠和睡眠时局部清醒，那么就得重新思考我们对睡眠的定义。”

重新定义
美国明尼苏达州地区睡眠失调医疗中心主任马克•马霍瓦尔德（Mark Mahowald）说：“这篇论文清楚地证实了过去的一个猜测，即睡眠可以发生在大脑的一部份，而同时大脑的其他部分处在清醒状态。正如我们临床所见到的。”他补充说，梦游病就是最好的例子，我们可以在梦游上看到同时具有清醒与睡眠两种状态时会导致复杂的行为。

托诺尼承认说：“我们的研究不是给睡眠重新定义，我们根据行为特征已经对睡眠有很好定义。但是我们的工作确实说明现在的定义对描述分离状态也许并不完整。”
这一工作有助于我们更好地理解睡眠的功能，而这也是托诺尼研究团队的长期目标。他说：“我们猜测睡眠与神经元连接有关，因为我们发现，睡眠时有神经元连接网络的强化。”睡眠貌似是用来重新校准大脑突触活动的时间，所以，他要确定在清醒的大脑中打盹的神经元是否具有保护、恢复健康的作用还是仅仅会带来有害的作用。

来源：《自然》网站4月27日报道

renard 审稿

• “丢掉自己”的病

1906年，德国医生阿洛依斯•阿尔兹海默（Alois Alzheimer）接到了一个刚刚过世的女病人的大脑标本。这名瘦削而愁苦的女病人五年前被丈夫送到了精神病院。她无法与人正常交谈，答非所问，记忆严重衰退，时而抑郁，时而躁狂。她反反复复地自言自语：“我丢掉了自己。”在生命的最后阶段，她进入彻底迷茫的痴呆阶段，最终死于败血症。

那时候，人们都认为智力水平衰减是衰老的正常现象。但是这个女人死时只有五十五岁，远远比其他出现痴呆症状的老年人年轻。正是这不寻常的年纪，让阿尔兹海默对她的大脑病理产生了兴趣。

那时，厄恩斯特•徕兹（Ernst Leitz）与卡尔•蔡斯（Carl Zeiss）已将光学显微镜技术大大推进，而著名的神经病理学家弗朗茨•尼斯（Franz Nissl）所发明的尼氏染色法更为科学家们观察神经细胞提供了极大的便利。正是在这样的背景之下，阿尔茨海默将这名患者的大脑样品固定、染色、切片，放在了显微镜下。

出现在阿尔茨海默面前的，是令人吃惊、异常显著的病理特征：棕色斑块在大脑皮层随处可见，这些斑块表面布满短而弯的线段，仿佛是一块吸铁石上乱七八糟地吸满大头针。同时，毛线团般的纤维像野草一样充满神经细胞的内部。后来人们意识到，正是这些具有鲜明特点的病变组织，阻止了神经细胞之间的正常交流，并造成神经细胞大量死亡，大脑萎缩，最终导致阿尔兹海默症的发生——不论它发生在耄耋之年的老者，还是像这位德国妇女一样不幸的中年人身上。

这种疾病，即老年痴呆症，后来就以阿尔茨海默的名字命名。

随着人类社会医疗保健水平的提高，现代人类的平均寿命已经远远超出过去。而更多的长寿者，则意味着患有阿尔兹海默症的人也越来越多。目前全世界有三千五百万阿尔兹海默症患者。随着人口老龄化的加快，据估计这一数字将在2050年前突破一亿。目前尚没有任何医学手段可以治愈阿尔兹海默症，但是经过许多科学家的研究，却证实某些生活方式、环境因素与营养状态可以延缓阿尔兹海默症的发病时间。

• 老年痴呆症与多种语言

2007年时，加拿大的三位科学家就发现了这个有趣的现象。他们从多伦多一所诊所中找来180多名被诊断为痴呆的老年病人，通过对老人与其家人的调查，研究者们将老人划分为两组：那些从很早就开始在日常生活里使用两种语言的病人，与终其一生都主要使用一种语言的病人。

通过比较，他们发现前一种人无论是最初出现症状的平均年龄（根据家人回忆汇报）还是被诊断为老年痴呆症的平均年龄，都要比后一种人高出三到四年。换言之，老年痴呆症的症状在使用双语的人身上出现得更晚。

2010年，加拿大研究者利用蒙特利尔市历史形成的英法双语并存、并拥有大量外来移民者的情况，对使用语言的种类数量与老年痴呆症确诊年龄之间的关系进行了观察。他们发现使用多种语言的人被诊断患病时的年纪更大，而且使用不同语言的种类越多，这种关联就越明显。有趣的是，在外来移民人群里，说双语与阿尔兹海默症诊断年纪的关联格外显著。

无独有偶，在以色列的一些研究者对健康老人进行了研究，发现会说多种语言对这些人也有正面的影响。会说的语言越多，老人在各项认知测验上的表现就越好——与加拿大的研究相似，这一关联在控制了教育、年龄、性别、出生地、移民状态之后依然不变，事实上，老人认知水平与其所说语言的数量之间的关联强过性别教育等其他的因素。

可是，如果老年痴呆症是由大脑中长出的病变组织所导致，为什么使用语言的数量会对它的发展进程有所影响呢？

• 存得越多，用得越久

2001年，英国著名杂志《柳叶刀》上发表了一篇令人关注的文章。这篇文章的作者们对209名终年在70-103岁的老人进行了尸检，解剖并观察他们的大脑。结果发现，在100名生前就被诊断为痴呆的老人脑中，不出意外的，其中2/3都展现出具有老年痴呆症特点的病理特征。但让人吃惊的是，在另外109名身前认知水平完全正常的老人脑中，也有1/3具有此类病理特征，而且程度也与那些痴呆患者相当。

相似的情况在头部损伤的人群中也屡屡被发现：受到同样脑部伤害的病人，往往展现出不同的认知损伤程度。可见，我们大脑上物理性的损伤与功能性的损伤并不是完全吻合的。

根据这些研究，科学家们提出了一种储备与提取的概念。这一假说认为，我们的大脑就像一个银行账户，而在衰老的过程里我们一点点提空这个银行账户中的储备。如果储备的金额越大，这个账户就越经用，出现危机的时间就会越晚。而这种储备又可以被分为两种：物理性大脑储备（brain reserve）和功能性认知储备（cognitive reserve）。

大脑储备比较容易理解：体积越大、神经细胞数量越多、神经细胞与细胞之间的链接越多越复杂，大脑就越能抵御衰老过程中神经细胞死亡所带来的负面影响。然而，科学家们认为，大脑的这些特质并不能解释大脑与大脑之间的区别。

事实上，我们在衰老的过程中，大脑也不是仅仅被动地忍受自己的“死亡”过程，而是积极地调动尚存的神经网络来弥补凋亡的神经网络所执行的功能。而大脑能多好地做出这些弥补，很可能恰恰是决定老人什么时候出现痴呆症状的关键原因。基于这一理念，科学家们提出了一个很难界定的“认知储备”的概念，用来形容大脑有效性与可塑性的高低。在过去多年的研究里，科学家们确实已经证明那些能够提高大脑认知储备的因素——譬如受教育程度高、在休闲时间参与用脑活动多以及工作中需要使用脑力——确实与阿尔茨海默症的发病年龄较晚有联系。

• 多种语言：头脑体操

使用多种语言在建立大脑储备之中有什么作用呢？

直到上世纪六十年代，美国的大多数语言研究者还认为双语环境不利于幼儿的学习与认知，会导致孩子学习语言的速度变慢。然而，当把许多所谓的“混淆因素”（confounding factor），譬如父母受教育程度、移民背景等加以考虑之后，实际上在双语环境中成长起来的幼儿并不见得学习语言更慢。更重要的是，他们在认知功能上呈现出很多特殊的优势。

美国加州大学洛杉矶分校的教授贾雷德•戴蒙德（Jared Diamond）在《科学》杂志上发表评论，指出会说多种语言者的大脑的独特优势来自他们日常生活中的独特挑战。

事实上，我们每个人在每一分每一秒都被暴露在一个感觉与信息极度饱和的世界里——我们经常一面面对着工作，耳朵里却听着别人说话，鼻子里闻到背后同事午饭的香气，眼里瞥见走道尽头惊鸿一瞥的美女，而脑子里很可能正不为人察觉地考虑着今天晚饭的问题。

在这种复杂的环境刺激下，一个人若想要保持专注，就必须屏蔽掉绝大多数的“杂信号”，只将自己的精力放在该放的东西身上。而一旦任务转移，人就需要赶快改变自己关注的重心，为此，很可能将一些先前被屏蔽的环境信号纳入雷达，却把把不再需要专心进行的事情放入屏蔽栏中去。这种屏蔽的能力与有效转移注意力的能力，在戴蒙得看来，是人脑认知功能的关键。而他认为，使用多种语言的人在日常生活中的不经意间就在不断执行这样的练习。

试想，一名平时生活在英语与汉语环境中、能够使用两种语言的人，在听到英文的时候，就需要屏蔽自己脑中有关中文的区域，专心运用英语。另外，在听到“ai”这个发音的时候，此人也需要迅速作出判断，究竟是恋人深情款款地说“爱”呢，还是这人仅仅在指代自己“I”而已。

按照戴蒙得的逻辑：既然这样的时刻在多语者的一生中数不胜数，就使他们头脑中相当重要的一项功能——执行功能（executive function），得到了很好的训练，给头脑小金库里存入了更多的储备金。当这些人步入老年时，他们的大脑更经得起、也更能积极应对岁月的风蚀。

双语、多语研究从特定的角度揭示了“大脑储备”与“认知储备”对神经发育与衰老的影响。而每一个人既然无法改写衰老的命运，所能做的只是尽量使得自己的大脑储备更深更广一些。而且，我们不必为错过儿童学习语言的黄金时期捶胸顿足，因为我们的大脑永远有着了不起的可塑性，甚至有研究表明在已经表现出痴呆症状的老人身上，音乐、智力练习与特定休闲活动仍然能在一定程度上减缓痴呆的进程。“用进废退”、“亡羊补牢犹未晚”这些话，有时候的的确确是对的。

1959年的元旦，对于52岁的英国鞋匠西德尼•布拉德福（Sydney Bradford）来说，是永生难忘的一天。

西德尼是一位盲人，已在茫茫混沌中度过了50年光阴：10个月大的西德尼在接种天花疫苗之后不久就感染严重的角膜炎，以至于他在整个童年中头上都缠着厚厚 的绷带。除了依稀记得自己曾看到过红色、黑色和白色之外，西德尼的视觉经历几乎是一片空白。而现在，经过角膜移植手术，他即将重见光明。

不难想象西德尼当时雀跃而期盼的心情，但难以想象的是，在这之后他的生活发生了怎样出乎意料而又令人扼腕的变化。之后的半个世纪里，人类对于自己似乎毫不费力就能见到的一切，又会有怎样崭新的认识？

让我们从头说起。

难以承受之光明

美国女作家海伦•凯勒从小失明，她的优美散文《假如给我三天光明》被广为传颂，感动了千千万万的人们。可你是否想过，如果终生活在黑暗中的海伦，真的有一天能睁开眼睛，她是否真的能看到朋友与老师友善的面孔，欣赏精彩的戏剧与大自然的奇景，并且自如地徜徉在纽约的街头？

神经科学的发展已经为我们提供了残酷的回答：不能。

1690年，英国哲学家约翰•洛克（John Locke）发表了朋友爱尔兰哲学家威廉•莫利纽克斯（William Molyneux）的一段书信。在信里，莫利纽克斯提出了一个著名的问题：“假设一个人生而盲目。作为一个成年人，他可以靠触觉分辨同样材质的金属球体与 正方体。如果把球体与正方体同时放在桌上，而此刻突然让他获得视力。请问：在伸手触摸之前，他能否用双眼判别哪个是球体，哪个是方体呢？我即时而谨慎的答 案：不能。”

这是一个极富想象力的巧妙问题，而提问人的答案也引人深思。“莫利纽克斯问题”一经提出，就激发了哲学家、心理学家与神经发育学家的浓烈兴趣。数百年来， 无数的科学家与哲学家们曾思考过幼年经历在神经系统发育——尤其是感觉发育——中的作用。他们中的大多数倾向于认为，感觉的发育依赖于幼年的感官经历，如果早期经历被剥夺，感觉发育将受到阻滞。

1728年，英国著名医生威廉•切塞尔登（William Cheselden）为此提供了一个强有力的例证。他为一名13岁的阿拉伯男孩进行手术，摘除了从他出生起就存在于双眼内的白内障。可是在手术后不久，切塞尔登就发现，男孩的视力相当不正常：他无法判断距离。他认为他所见的任何事物都“触碰”到自己的眼睛——正如在黑暗的岁月里，他用手去触碰感知周围的一 切那样。他对光滑和规整的物体感到亲切，却似乎无法判断物体的形状。

在切塞尔登之后，为先天或早期失明的盲人施行复明手术的事件也屡有发生。1932年，马里乌斯•凡•森丹（Marius von Senden）博士搜集了数十个此类案例，编辑了《空间与视力》（Space and Sight）一书。书中人的经历都大同小异——在恢复视力之后，他们都有着各种各样的严重视觉缺陷。其中一位医生这样评价自己病人的经历：“她所经历的， 正是我们每一个人都经历过却又已然遗忘的时光——当我们第一次睁开双眼打量世界的那一刻。她能看，但那些各式各样的明亮色块对于她没有任何意义。”更让人 难过的是，这些病人在手术前往往对光明世界之美有着极高的期待，却在手术后面临着深深的失望：他们重新获得的视觉不但不能在日常生活中起到辅助作用，反而成为了混淆与不便的来源。许多人因此陷入深度抑郁，自杀身亡的惨剧也屡屡发生。

然而，这些凸显出早期经历的重要性的案例往往相当简略的记载却相当简略。由于病人复明后，没有接受正式全面的视觉测验，记载仅限于医生的主观描述，在许多 关键问题上语焉不详。进入20世纪之后，角膜移植手术日渐常见，捐献角膜的人也渐渐增加，许多失明的儿童在幼年就接受了成功的手术。等到成人之后才获得光明的案例也越来越稀少了。虽然一些动物实验也证明了经历在视觉中的重要性，但谈到经历究竟在人类视觉发育中扮演怎样的角色，仍然是猜测推论的成分居多，坚 实的证据不足。

可视，不可知

让我们回到西德尼手术之后的1959年。新年后不久，剑桥大学实验心理学系的教师理查德•格雷戈里（Richard Gregory）就从自己的助研吉恩•华莱士（Jean Wallace）那里听说：一家当地日报报道，一个半生失明的人在手术后恢复了视力。两位年轻的科学家立刻感到，这是一个不可多得的研究良机。在与实行 手术的希尔滕斯坦（A. Hirtenstein）医生联系之后，他们立刻丢下手头的工作，找来所有他们认为会有用的视力测验工具，驱车前往医院，与西德尼会面，并进行了全面的视觉检查与询问。

与他们的预想一致，西德尼的视力确实有许多独特的缺陷。首先是无法识别人脸。据西德尼回忆，手术后，他头上的绷带被解开时，他听到有人对自己说话。当他 将头转向声音传来的方向时，他看见的是一片“模糊”，然后他意识到，这应该是给自己做手术的医生的脸！他承认：如果没有听到人声，自己无论如何也不会意识到那混沌不清的物体，竟然是一张人脸。

另外一个重大缺陷，来自于西德尼对距离的感知。他能正常地在房间中行走，因为他失明时期就可以利用触觉和听觉自如地完成这一切。然而复明后，他站在三四 层楼高的阳台上时，他却以为自己伸手就能摸到楼下马路上的车辆。曾几何时，他借助拐棍就可以轻而易举地在车水马龙的繁忙交通中横穿马路，如入无人之境； 而现在因为完全无法判断距离，他经常被迎面而来的车辆吓得魂飞天外，必须由格雷戈里和华莱士左右搀扶，才能勉强走过街道。除此之外，西德尼不具备任何立体 视觉的能力，譬如面对“尼克正方体”（Necker Cube），正常人能够在上下两种不同的视角之间转换，而西德尼根本无法将它看成一个三维的图像。

有趣的是，西德尼对于许多能够愚弄正常人的视错觉图片完全免疫。譬如当他看到“矮中见高”的图片时，他并未像大多数人一样错误地认为这四个人一个比一个 高。可见，他完全不具备普通人大脑中处理视觉信息的基本准则，譬如近大远小的概念，从而缺乏我们在日常生活中通过双眼认知、理解世界的重要能力。事实上， 孩子往往也不会被这类视错觉图片欺骗。换言之，从小失明的西德尼，在这方面的视觉能力还和孩子一样。

经过全面的测验，两位科学家发现，西德尼能准确识别颜色，对运动的感知也很正常。看来，与色彩和运动相关的视觉能力在婴儿时期，甚至可能在出生之前就发育 得比较健全了。相反，对复杂物体的识别与三维视觉则有赖于幼年视觉。那么，我们幼年所见到的一切究竟是如何塑造我们这部分的视觉能力的呢？

时机错过就不再

早在西德尼接受手术10年前，“神经网络之父”加拿大心理学家唐纳德•赫布（Donald Hebb）发表了名著《行为组织学》（The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory）。在书中，赫布不但肯定并强调了经历在神经网络发育中的重要性，还把它理论化并上升到细胞水平，成为后人解释经历与神经发育的经典模型之 一。

我们的大脑之中有着数以万亿计的神经细胞，它们彼此相连，形成难以想象的复杂网络。而神经细胞与细胞之间传递信息的效率大不相同。赫布提出，在早期发育 中，神经细胞之间的信息传递效率有着很大的可塑性。两个神经细胞之间交流越多，它们以后连接的效率就越高，反之就越低——颇有些“用进废退”的意思。这一 理论，后来被简化、提炼为“被一起被激发的神经元紧紧相连”（Neurons that fire together, wire together），这就是著名的“赫布法则”。

上世纪60年代，哈佛医学院的戴维•休伯尔（David Hubel）与托斯坦•威瑟尔（Tosten Wiesel）做了一系列在视觉发育领域异常重要的实验。通过这些早期研究，这两位神经科学家发现，在大脑中一个叫做“纹状皮层”的区域里，不同神经细胞 会分别对双眼接收的视觉信号产生反应。为了研究视觉经历在发育过程中的作用，他们选取出生不久的小猫，将它一只眼睛的眼睑缝合起来，又在数周之后拆开手术 线。结果发现，与从未被缝合过的眼睛相比，重见光明的眼睛接收到光信号的时候，只有寥寥无几的纹状皮层细胞作出了响应。换言之，那只被缝合过的眼睛在早期 没有接受足够的视觉刺激，所以丧失了对向大脑中的视觉信号处理中心高效传递信息的能力。

接下来，休伯尔和威瑟尔在小猫发育的不同时间段重复了这一实验。他们发现，如果在小猫出生后4~8周之间进行缝合，两眼之间的差别最为显著。而一旦过了这 一时期，缝合的作用就大大降低。而对于成年猫来说，哪怕将它的眼睛缝上一年，也没有什么明显效果。他们就此提出“关键期”（critical period）的说法。后来的科学研究证实，这种对外界刺激或早期经验格外敏感的关键时期在神经发育中比比皆是，视觉、听觉、语言习得以及运动技能中都有 它的影子。

进入到21世纪，磁共振脑功能成像技术的发展，使得人们可以直接对大脑活动进行观测，科学家们不需要再像休伯尔和威瑟尔那样必须打开头颅盖、插入电极才能 研究神经网络的活动，这就给予脑科学研究极大的便利。此时，一位叫做迈克•梅（Michael May）的加州男子为复明盲人的视觉提供了新的可能。与西德尼相似，他3岁时就因事故双目失明，直到46岁那年，依靠干细胞技术他才重新获得视力。手术 后，迈克出现了与西德尼非常相似的视觉缺陷——无法识别复杂的物体，尤其无法识别人脸。通过脑功能成像，加州大学圣地亚哥分校的艾奥妮•法恩（Ione Fine）与她的同事发现，正常人大脑中一块叫做“梭状回”的区域在对人脸进行识别时活性大增，可是迈克看到人脸时，这片脑区却几乎完全沉默。

复明后的迈克•梅（Michael May）与家人在一起

原来，西德尼与迈克在视觉发育的关键期就丧失了绝大部分的视力，主管某些重要的视觉功能的神经元之间只有非常有限的交流机会，所以很难形成有效的连接。故而，哪怕复明后他们的视网膜能正常接受光信号，未经发育完全的视觉神经系统却完全不具备处理这些信息的能力。当大量的视觉信息如洪水般涌入双眼，他们的大脑不知所措，那个在黑暗年代中虽有缺憾却一切正常的世界，此刻却彻底颠倒错乱了。因此复明多年后，迈克仍然无法真正“看清”妻子的脸庞。

在神经系统的发育过程中，有一些机会一旦丢失，就可能永远也找不回来了。

盲人的世界，摸起来栩栩如生

生活关上一道门时，往往同时为你打开了一扇窗。

当幼年失明的人在视觉发育中裹足不前的时候，他们其他感觉系统的发育却有相当不俗的表现。我们都知道，盲人往往有着非常灵敏的听觉与触觉。由于视觉信号的 缺失，听觉与触觉系统在自己的发育关键期中可以获得相对来说更为丰富的经历，从而建立起异常强大高效的神经网络。它们甚至趁机扩张地盘，把本来应该用于视 觉信息处理的神经细胞据为己有。

科学家发现，当盲人用指尖触摸盲文的时候，在普通人脑中主管视觉的某些区域会积极地参与进去，因此当一位失明的女士在中风后视觉脑区受到损伤，她同时也失 去了阅读盲文的能力。同样，当盲人处理语言信息时，不但他们大脑中的听觉与语言区域被激活，连视觉皮层也一并活跃起来。这些相当有趣的现象告诉我们，我们的大脑分区并不是僵死的，而是会根据我们生活或生存的需要作出必要的调整，而早期的感官经历，确实影响了我们终身。

更有趣的是，不同的感觉之间，不但能分享共同的脑区，有时候还能直接进行互相转化。还记得莫利纽克斯的问题吗？他认为，人体的触觉与视觉是完全分开的，通 过触摸能分辨球体与正方体的盲人，即便复明，也无法通过双眼来判断物体的形状。而西德尼与迈克向我们证明，这一推论，也许并不正确。

当西德尼与两位科学家与第一次见面的时候，他抬头看了看墙上的钟，准确地报出了时间。格雷戈里难以相信自己的眼睛：作为一个恐怕从未见过钟表的盲人，他怎 能读出时间？他立刻找护士要来一只闹钟，将指针设成不同的角度，而每一次，西德尼都能准确无误地报时。看到格雷戈里如此惊讶，西德尼掏出一只硕大的怀表 ——表上没有玻璃盖子。原来，在过去的几十年间，西德尼一直依靠触摸怀表的指针来确定时间。而在他复明后不久，他竟然能将自己触觉记忆中的指针角度与眼前 所见的指针角度迅速对应起来，将触觉知识直接转化为视觉知识。多年后回忆起这个瞬间，格雷戈里说：“起码对于我俩来说，那一刻，我们对视觉的认识发生了幡 然巨变。”

格雷戈里发现，事实上，只要是西德尼曾经通过触摸而感到熟悉的东西，譬如桌椅，他都能轻而易举地报出它们的名字。他能很快识别出小轿车的品牌与型号，因为他曾帮姐夫洗过车，熟悉汽车的外形。他还能轻易认出大写字母和数字，因为他在盲人学校中学过利用触觉来识别它们。同样，迈克识别形状简单的物体 的能力也与普通人不相上下。

我们往往认为，除了某些奇妙而偶然的“通感”时刻，不同感觉之间是彼此孤立的。相似地，大脑有分区、不同区域行使不同功能的看法，也曾经主导了神经科学领 域。然而，西德尼和迈克所展示出的不同感觉之间迅速转换的能力，却使得科学家们从新的角度来审视我们的神经系统：大脑的整合能力、各种感觉之间融会贯通的 能力恐怕比我们想象的要强得多。而一些充满想象力的研究者甚至开始考虑，如果同时向盲人提供与听觉、视觉和触觉相关的脑电信号，也许能最有效地激活他们大 脑中对于外界世界的鲜明“图像”。

不同的复明人生

接受完手术后，西德尼的生活曾一度变得多彩而快乐。他参观了博物馆和动物园，他喜欢让羽毛柔滑的鸽子停在自己手上，他充满好奇地打量朋友在镜子中的影像， 他同时是一个非常可靠的研究对象，他总是忠实地描述自己所经历感受的一切。然而，西德尼也未能逃出抑郁的魔手，他很快开始对自己的视觉体验感到沮丧而失 望。作为一个成功生活了半辈子的盲人，他竟然在复明之后首次感到自己是个无法适应环境的残疾人！他变得得抑郁而痛苦，身缠重病，术后不到两年就去世了。

迈克的经历却迥然不同：在手术前他就很清楚自己所将面临的一切。术后，他坦然地面对困难，对新生活并未失望。7年来，他一直乐观而充实，继续经营自己的公司，继续享受他喜爱的滑雪运动——他曾是残奥会冠军，也从未停止对这个崭新的视觉世界的探索。

迈克复明时，格雷戈里已经80高龄。他在《自然》（Nature）上撰文，对此发表简评。在文章最后，他说：“迈克似乎向我们证明，当视力姗姗来迟时，快乐的生活仍有可能。然而，要离开黑暗、拥抱光明世界，需要极不寻常的勇气，以及家人与朋友为了让他融入其中而给予的帮助。”当然，还需要坚持、好奇 心和数百年来许许多多的科学家们为我们积累下的宝贵智慧。”

手机对脑部有什么影响？最新研究显示长时间通话会增加脑部活动，但目前还不知道这种现象是否有害。

马里兰州贝塞斯达市美国国立药物滥用研究所的诺拉·沃尔科夫（Nora Volkow）和同事们将手机放到了47位志愿者的耳边。他们用一台PET扫描仪比较两部电话都关闭和一部关闭、一部保持接通状态达50分钟时的脑部活动。 由于采用静音措施，志愿者不知道哪部电话是接通的。

研究小组发现，当电话在处于接通状态时，靠近电话天线区域的脑部活动增加了7%（Journal of the American Medical Association, vol 305, p 808）。

沃尔科夫说，现在还判断不了这种现象对脑部是好还是坏。伦敦大学学院的帕特里克·哈格德（Patrick Haggard）说：“自然状态下，脑部活动可能发生比这大得多的波动”。沃尔科夫指出，事实上增加脑部活动可能促进脑部的连接状态，甚至可能产生有益的治疗作用。

来源：《新科学家》网站2月23日报道、《美国医学会杂志》论文摘要

崔略商 编译

我开着车，在一条条陌生的大街小巷中打转，身旁的车载GPS（全球卫星导航系统）小屏幕不停发出指示：请在下一个路口左转，再在下一个路口右转。绕行了将近半个小时之后，我还是没能到达目的地。这时候距离和朋友约定的见面时间已经过去了将近45分钟。

于是我无奈打通了朋友的电话。我说，作为一个研究大脑人士，我对GPS这种“人工智能”失望了。朋友说，可是你顶着你自己的大脑，不是也找不到路吗？

大脑中的定位系统

你站在一个陌生的城市中央，四周环绕着各式高层建筑，头顶呼呼生风。你无奈的拿出地图，比对着一条条纵横的街道，寻找自己的定位。这正像我们的大脑此时的工作：启动各个“导航细胞”， 相当于地图、方格和指南针，帮我们找到方向。

想象一下你是如何使用地图的：展开地图，根据街道名称或者城市坐标找到并记录自己所在的位置。然后寻找到北方，并将地图向上的一面指向北方，来寻找方向。之后迅速的在心中规划到达目的地采用的路径。

这也正是大脑工作的方式。

大脑中存在三种“导航细胞”： “位置细胞(Place cells)” 绘制我们所处地点的地图，当他们经过某地时向我们指出所在位置。“头部方向细胞(head direction cells )”，就像一个指南针，告诉我们朝哪个方向前进。而“网格细胞(grid cells)”则通过一个类似航海中使用的经纬仪告诉我们已经行进的距离。

1970年，伦敦大学学院University College London的O’Keefe等研究人员在大鼠的海马区首先发现了位置细胞(place cells)。他们把电极记录器安置在大鼠的大脑海马区，然后让大鼠在一个它陌生的房间自由走动。这时，大鼠脑中的位置细胞会根据它所在的位置而选择性的兴奋。只有当大鼠活动到房间的特定位置，特定的位置细胞才会兴奋。这就好像给予了每个坐标一个记忆，这样大脑才能记住我们曾经到过哪些地方。

有趣的是，当把这只大鼠放到另外一个新的房间时，它会自动的将新房间的“地图”重新绘制一遍。这样，相对有限的大脑皮层细胞就可以记住不断出现的新鲜环境了。

O’Keefe的同事们对这个发现十分欢喜，但是同时，他们也意识到，除了位置细胞以外，大脑必然还存在着其他作用的“导航细胞”，比如计算距离，还有感知方向。于是他们开始有的放矢地来寻找这些细胞。1980年，纽约大学的James Ranck等人发现了期待中的另一种细胞：头部方向细胞。这些细胞能够辨别头部朝向的方向。比如，当头部朝向北方的时候，一组细胞会兴奋；而头部转向南方时，另一组细胞兴奋。

有趣的是，方向细胞并不是利用磁场也不是通过单纯的外界刺激输入来感受方向的，而是通过前庭系统（vestibular system）。这个系统能够负责身体的平衡，综合眼睛，关节和内耳的信息，方向细胞也正是利用了这一系统来产生特定兴奋的。

但是，光有位置定位和方向感知，还是不够的。如果在A和B位置之间有多条路线，大脑是如何知道身体行进的路径的呢？这就需要后来发现的第三种“导航细胞”——网格细胞。

由于之前的实验一直将大鼠放在相对狭小的房间之内，位置细胞的兴奋一直掩盖了网格细胞的兴奋。所以直到2004年，网格细胞才被亚利桑那州大学的科学家 Edvard Moser带领的小组发现。他们把大鼠安置于一个比普遍使用的实验房间规格大一倍的实验室内，成功发现了网格细胞独特的兴奋方式——正三角形网格兴奋。兴奋的细胞呈正三角形分布，其作用类似于地图中经线和纬线划出的正方形格子，将环境的位置标记到大脑中。

（图示，网格细胞的正三角形分布。如果将各个兴奋点（红点）连起来你会发现是一个个的正三角形。）

那么，这样的网格型兴奋是如何帮助我们找到方向的呢？

简单来说，网格细胞的作用就是建立坐标系，让所有的位置信息都可以坐标化。让我们回到拿地图找路的那个例子吧。对于大多数地图来说，我们完全可以用横横竖竖围棋一样的网格把所有的地点标记出来，横向记作A-Z的字母，纵向记作1-9的数字，那么，市政厅可能在D4的网格内，而家门口的学校可能在A2的网格内。对于大脑来说，不同的环境使用的都是同一张网格，但是网格内的内容决定了存入大脑的信息。比如，我去到北京的天安门，或者上海的外滩，天安门和东方明珠电视塔在网格中的位置可能都是A5，但是“天安门”=“北京”，“东方明珠”=“上海”，然后把这样的信息存入大脑，可以随时调取使用。

虽然网格细胞可以给所有信息一个坐标，但是将这样的信息长期保存还需要大脑海马区的记忆储存功能配合。阿尔兹海默症等海马区退化的病人就常常会伴随迷路的症状，就是和三种“导航细胞”退化，以及海马区记忆功能减退有关。

路盲还有救吗？

无论你是网格细胞不好使，还是海马区功能太差，总之，你“一出门就没了东南西北，看什么地图啊，看也看不懂；向左走，向右走，兜兜转转，晕头转向；坐在原地，等你来，我不走”—— 来自豆瓣路盲症小组。

但是科学告诉我们，路盲症还是有救的。得救的方法就是一个字：练。

伦敦大学学院的神经学家雨果•施皮尔斯在2004年与他人合作进行的一项研究中发现，伦敦出租车司机的海马区体积就比其他人大。想想也不奇怪，伦敦成千上万条纵横交错的街道，出租车司机每日每夜在其中穿梭，随便给一个地址，他们能马上计算出最短的行进路线，开往准确的方向。这些长期训练，使得他们的海马区就比普通人强劲得多。

施皮尔斯利用虚拟实景的电子游戏，让普通人和伦敦出租车司机模拟在伦敦街头开车，与此同时他们接受了功能性核磁共振成像扫描。他们发现当司机思考行车路线和计划时，海马区是大脑中最活跃的区域。此外，在司机遇到死胡同、观采路况或者考虑乘客或其他司机的想法时，大脑其他部位的活动也相应增加。

所以说，用进废退对大脑某些区域是绝对的真理，而像我这样的GPS依赖症，早晚有一天，会手捧电池耗尽的导航仪，找不到我回家的路……

（感谢沐右，sheldon的宝贵意见）

参考资料：
The Map in the Brain: Grid Cells May Help Us Navigate. Science, 2006.
相关链接：http://songshuhui.net/archives/42522