他劈开人的大脑,挖出两个独立意识:史上最颠覆认知的诺奖

诺贝尔生理学或医学奖:2021 年 10 月 04 日 17:30 (北京时间)
诺贝尔化学奖:2021 年 10 月 06日17:45 (北京时间)
开奖之前,学霸菌给大家准备了开胃前菜—— 诺奖专题:诺奖大佬不为人知的小历史,让我们一起看看~
「谨向阁下大脑的左右两半球一并致贺!」
1981 年,加州理工学院校长金伯格(Marvin L. Goldberger)对罗杰·斯佩里(Roger Wolcott Sperry)如是祝贺道。
罗杰·斯佩里   来源:诺奖官网
10 月 9 日凌晨 3 点左右,睡梦中的金伯格被越洋电话吵醒,欧洲记者祝贺他治下的加州理工又增加一位诺奖得主——心理生物学教授斯佩里获得 1981 年诺贝尔生理学或医学奖。还没回过神来的校长反问道:他是因为什么获奖的呢?
校长有此一问,并不是对斯佩里不熟悉,而是因为斯佩里可能获奖的领域有点多:发育神经生物学、实验心理生物学,以及人类大脑半球的功能性分工(也就是裂脑研究)。虽然最终荣获桂冠的是最后一个,但很多人坚信,斯佩里在前两个领域的工作同样值得诺奖。
四肢发达,头脑并不简单
1913 年,斯佩里出生于美国康涅狄格州首府哈特福德一个典型的中产家庭,走的教育路线也非常中产。读高中时,他学业和体育兼顾,是多项运动的校内明星运动员,据说还创造了那时全州的标枪记录。凭借出色的成绩获得奖学金,他顺利入读欧柏林学院(Oberlin College)。在大学阶段,斯佩里依旧热爱体育,身为篮球队队长的他,还经常参加棒球和足球比赛。当然,中产家庭的孩子肯定要打工的,斯佩里在校内一家咖啡馆谋得一份兼职,搞点勤工俭学。
欧柏林学院   图片来源:欧柏林学院官网
美国高中不分文理科,斯佩里到大学读的是英文文学专业,和神经生物学是一点不沾边。但是在校期间他上了门心理学的入门课,而这门课的老师是大名鼎鼎的语言心理学家斯泰森教授(Raymond Herbert Stetson),此公凭借专著《动力语音学》(Motor Phonetics: A Study of Speech Movements in Action)提出「胸腔搏动说」而扬名天下。而且,斯泰森是美国心理学之父哈佛教授威廉姆·詹姆斯(William James)的嫡传弟子之一。
威廉姆·詹姆斯 图片来源:wiki
很巧或很不巧的是,斯泰森教授有点残疾,出行不便,所以强壮的斯佩里就自告奋勇地承担协助教授出行的任务,相当于生活小助理。作为一个外行的本科生,斯佩里在那几年最常做的事情就是把斯泰森教授送到桌旁,然后自己坐在桌子的一角,听教授跟他的同事们讨论各种有关心理学的研究方向。这张桌子有时是会议室的办公桌,有时是餐桌。
所谓说者无心,听者有意。聪明的斯佩里听着这帮心理学大牛神侃,发现原来心理学能研究这么多好玩的方向。他越听越开心,脑袋一热,决定转行学心理学。于是,1935 年获得英文文学学士学位后,斯佩里留校跟随斯泰森教授攻读心理学研究生,并于 1937 年取得心理学硕士学位(属于 MA),研究方向是大脑结构和行为。
硕士读完,斯佩里感觉大脑结构的研究很缺乏,但研究直接研究人脑显然不现实,不如先从动物的大脑开始。斯佩里就到芝加哥大学,跟随当时神经生物学先驱保罗·魏斯(Paul Alfred Weiss)攻读博士。魏斯是一位优秀的科学引路人,实验理论双佳,而且愿意跟学生们分享自己那些看似不着调,其实很有创见的想法。四年后,他不仅训练出一双堪比脑外科医生的巧手,更获得了一套专业精深视野开阔的思维方式。
1941 年,斯佩里博士毕业,得到哈佛大学生理心理学家卡尔·拉什利(Karl Spencer Lashley)的青睐,受邀过去进行博士后研究。在战火纷飞的二战中,师徒两人从马萨诸塞州的波士顿南下到佛罗里达的橙色公园,在 Yerkes 灵长类动物研究中心继续对神经的研究。
卡尔·拉什利 图片来源:wiki
做完博后,斯佩里又继续在 Yerkes 做研究,二战结束后的 1946 年,他以解剖系助理教授的身份重回母校芝加哥大学。
以自己的 Nurture 支持 Nature
Nature or nurture?是斯泰森教授在欧柏林学院心理学入门课程中必问的问题,也是认知心理学领域是一个根本性的古老难题:
人的行为是与生俱来的,还是后天经验影响的结果?
斯佩里从青年时代就一直对这个问题感兴趣,但作为解剖学助理教授,他没时间细琢磨。1949 年,在胸部 X 光体检中,他被发现有肺结核的疑似病征。虽然二战后这种「白色瘟疫」已经有了控病措施和临床疗法,但公众还是谈之色变。斯佩里只好被送到纽约萨拉纳克湖(Saranac Lake)的结核病疗养院隔离治疗。在这里斯佩里开始整理关于意识与大脑的想法。
从亚里士多德开始,西方学术界对于 Nature or nurture 这个问题有了普遍的共识,认为经验决定行为,即人出生后的环境和经历决定了这个人的行为。
但正是根据自己的「环境和经历」,斯佩里不认同这个观点。
读博期间,他研究大鼠后肢神经的互换。经过外科手术,大鼠后肢肌肉群主要神经被颠倒,在受到电刺激后,大鼠无法抬起受到电击的那条腿,而是抬起了颠倒运动神经后的另一条腿。比如,手术后的大鼠,右后肢受到电击,左后肢就会抬起,反之亦然。斯佩里从多次实验中得出结论,哺乳动物出生时每条运动神经都有特定的功能,不能调节与改变。
在橙色公园,斯佩里研究青蛙为代表的两栖动物神经系统。他把青蛙的视神经切断后,把眼球在眼眶中绕视轴旋转 180°再重新定位。倒霉的青蛙通过视觉收集的信息就上下左右颠倒。被切断的视神经会逐渐萎缩,然后新的视神经会在转动后的眼球上重新长出,伸向脑部,最终与脑部视区的神经细胞关联,重新具有功能性。小青蛙能重新看东西啦!
可青蛙虽能重获视觉,却无法捕食,因为眼球被旋转,它在观察到小虫后,总是向相反方向摄取。这种偏差无法被纠正,要不是工作人员喂食,青蛙都会饿死。这说明眼球的视神经与大脑的连接是固定的,这种固定不以眼球的旋转为转移,而且无法校正。
根据这两组实验,斯佩里认为:
1. 神经功能无法互换,而且与脑的连接固定。
2. 神经的生长具有高度特异性,由遗传决定。
这些思考的结果,在 1952 年得以发表于《美国科学人》(American Scientist)。同年,养好病的斯佩里终于得到芝加哥大学心理学副教授的职位,兜兜转转回到自己最感兴趣的领域。
图片来源:文献截图
劈开大脑,揭开秘密
斯佩里想放手大干,但母校芝加哥大学不给 tenure。1954 年,斯佩里接受了加州理工希克森心理学教授(Hixson Professor of Psychobiology)的职位,来到西海岸。在加州,他终于能把研究方向确定在人脑,后续一系列惊世骇俗的实验也由此展开。
独出机杼的斯佩里,首先在癫痫病人身上研究胼胝体,因为研究对象是现成的。当时的医学界有一种治疗癫痫的临床方法,是切断左右脑之间连接的胼胝体。从手术后的结果看,病人发病次数和严重程度都减少了。这些被切断胼胝体的「裂脑人」,平时表现得和正常人没有什么不同,这让很多人认为胼胝体和大脑两半球的功能毫不相关。
胼胝体(当时的认知是胼胝体仅仅起到撑起大脑重量的工作)
斯佩里查阅了前人的研究,发现早在 19 世纪末,就有人发现损伤两半球之间的视觉路线会导致失语症;在 20 世纪初,则进一步发现损伤胼胝体的前部,会引起失语症。看来,胼胝体还是有用的。如果假设胼胝体有用,那几乎必然会得出一个结论——左右脑功能不同。否则还需要胼胝体干嘛呢?
当然,这还仅仅是假设,实验才是检验科学真理的唯一标准。于是,斯佩里操起擅长的手术刀,向小猫下手了……
他切除猫咪的胼胝体和视神经,手术恢复后,教小猫在右眼被遮盖的情况下,用左眼区分正方形和三角形;以及在左眼被遮盖的情况下,用右眼区分三角形和正方形。猫咪分别用一只眼睛记住了一种图形,但一旦遮住一只眼睛,猫咪就不能分辨靠这只眼睛记住的图形。这不仅说明胼胝体是有用的,而且说明猫咪是用两个不同的脑半球分别记住两个不同的图形,大脑两个半球的功能是分开的。
在猫身上做完实验,斯佩里又找来一批裂脑人志愿者,展开了一系列实验。
针对这些切掉胼胝体的人,斯佩里设计了巧妙的实验,将他们的左眼和右眼视线独立开,在右眼视线内展现一个亮点时,受试者立刻说自己看到了一个亮点,而在左眼视线内展现亮点时,受试者说自己什么都没看到,却能够通过左手手势表示自己看到了亮点。这项实验不但证明了大脑两个半球的功能是分开的,而且暗示右脑负责图像处理,左脑负责语言处理。
左右脑功能 图片来源:pixabay
斯佩里又进行了两个升级实验。
为了检验人类左右脑独立的能力,斯佩里在裂脑人受试者的左眼视线内展现一枝铅笔的图片,受试者准确地用左手从一堆物品种挑选出一枝铅笔,说明自己左眼看到了铅笔;如果在左眼视线内展示具体文字,比如「测量时间的工具」,受试者能用左手从一堆物品中挑选出了一只手表,但这两个实验中,受试者都无法讲出物体的名称。可是,如果让受试者右手握住某一物品,他就能叫出物品的名称并描述它。
斯佩里的一系列实验最终揭开了大脑的秘密:人类左右两个分离的大脑半球,都具有各自的高级认知功能,左右脑通过胼胝体互相交换信息。此外,斯佩里还发现右脑的视觉处理、几何空间的识别能力比左脑强大得多,左脑几乎不可能独立完成几何辨别任务。
尾声
没有证据显示斯佩里研究过自己的大脑,但显然,他的左右大脑都足够发达。
除了擅长体育和科研之外,他还爱好户外运动,经常和朋友一起去野营、钓鱼;醉心科学之余,他还喜欢收藏和艺术,是一位狂热的化石收藏者,雕刻和陶艺制造水平也均属专业级别!
这也容易理解,研究大脑的科学家,怎么能没有发达的大脑呢?咱谁都别眼热~~
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