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大腦可塑性意味着我們每天都會變成一個不一樣的人

http://finance.sina.com   2020年11月12日 17:45   北京新浪網

“你就是你的大腦”這一點是毋庸置疑的。無論是你所經之事、所成之人、還是所見之物,你生活中發生過的每一件事都存儲在你的大腦中。“你就是你的大腦”這一點是毋庸置疑的。無論是你所經之事、所成之人、還是所見之物,你生活中發生過的每一件事都存儲在你的大腦中。

  新浪科技訊 北京時間11月13日消息,據國外媒體報道,大腦的“可塑性”是現代科學最重大的發現之一,但神經科學家大衛•伊格曼(David Eagleman)認爲這個詞具有誤導性。塑料藉助模具成型後,就會維持特定的形狀不變,而大腦的物理結構處於連續不斷的變化之中。不過伊格曼也沒法對這個詞避而不用,“所有文獻都這麼寫,保守起見,我也只能這麼寫了。”伊格曼也不贊同將計算機比作大腦,並創造了“livewired”一詞(live意爲“活的”,wired意爲“連線”),以強調大腦的“硬件”和“軟件”是密不可分的。

  伊格曼體內似乎蘊藏着驚人的能量。他既是斯坦福大學的教授,又是一名小說家,還是PBS(美國公共電視網)《大腦》節目的主持人,此外還是HBO美劇《西部世界》的科學顧問。如今他還是硅谷公司NeoSensory的CEO。該公司研發的小裝置可以將數據輸送給大腦,讓人們可以通過皮膚“看”和“聽”。

  外網Nautilus近日對伊格曼展開了一場採訪,探討了神經元如何與彼此進行競爭、人類能否擁有全新的感官體驗、以及他爲何相信“你就是你的大腦”等問題。

  你說我們對大腦的可塑性幾乎一無所知。大腦每天都會經歷“重新佈線”嗎?

  在人的一生之中,大腦每時每刻都在重新接線。你的大腦中有860億個神經元,神經元之間的連接更是多達1015次方。這些連接的強度會不斷變化,並且會不斷斷開和重連。所以說,與一週前、或者一年前的你相比,此時的你已經是個不同的人了。你瞭解到我的名字叫大衛之後,你的大腦物理結構就會有所變化,這就是記憶的過程。

  在一週時間裏,大腦的連接方式是隻會稍有變化、還是會產生顯著區別?

  兩種都有。目前在疫情期間,每個人都會經歷許多變化。我們的生活突然不再按部就班,必須重新思考某些事物,充分發揮創造力。大腦會自己建立起一套世界模型,藉此預測接下來可能發生的事件。然而突然之間,我們的預測都變得不靠譜起來。在封城期間,唯一的安慰便是我們可以充分利用大腦的可塑性。只要你沒生病,大腦就能從疫情中獲益,因爲我們每天都要用新鮮事物挑戰自己,而這對於大腦來說恰恰是最重要的。

  有一項已經開展了幾十年的研究,受試者是一羣終身生活在女修道院中的修女,均同意在死後將大腦捐獻出去。研究人員在解剖時發現,有一部分修女患有阿爾茨海默症,但這些修女在世時,別人根本看不出她們得了病。這是因爲,她們無時無刻不在“挑戰”自己。修女們有職責和雜務在身,還要經常和他人打交道。而對大腦來說,最大的挑戰就是其他人(當然,這種挑戰是有益的)。因此在她們去世前,她們的認知系統始終非常活躍。儘管她們的大腦結構受到了疾病的蠶食,但大腦中一直在不斷鋪設新的路徑。

  你在書中寫道,我們大腦中的各組神經元之間一直在爭鬥不休,想爭奪對大腦特定部分的控制權?

  下至單個神經元,各個層面上都存在競爭關係。就好比森林裏看似寧靜而美麗,但每棵樹木和灌木都在爲了陽光而競爭,所以有些灌木長得矮寬,有些則把所有能量都用在長高上,伸展枝葉,吸收儘可能多的陽光。神經元之間的關係也正是如此。當一個神經元向另一個神經元傳遞信號時,也是以神經元之間相互鬥爭作爲大背景的。如果從這個角度看問題,很多事情就說得通了。一旦大腦的某個部位暫時閒置,就會迅速被其它部位佔領。

  能舉個大腦中競爭的例子嗎?

  我們總把大腦後部負責視覺的部位稱作視覺皮層。但如果你失明瞭,或者甚至只是矇住眼睛、在掃描機器裏待一段時間,我們就會觀察到,負責觸覺和聽覺的腦區開始侵佔視覺腦區。如果是天生失明,這部分腦區就會被整個挪作他用,如負責觸覺、聽覺、單詞記憶等等。所以我們不應給各個腦區貼上“這部分是負責視覺的”之類的標籤。

  那大腦只是在收集信息,然後進行重新組織整理嗎?

  大腦的神奇之處在於,它並不在意數據的來源,因爲大腦內部的所有信息都是由微弱的電化學尖峯表示的。大腦中的每一個神經元每秒都會激發10至上百次,大腦根本不知道某個數據究竟是來自光子、還是耳朵接收到的空氣壓縮波、還是口鼻感受到的分子混合物。但它就是能弄清楚如何建立反饋回路,將指令發送給對應的肌肉,從而使輸入發生特定改變。

  你提出了一項有趣的猜測,稱我們做夢是爲了保護視覺想象力。你是說如果我們不做夢的話,就有可能失去這項能力嗎?

  沒錯。如今我們可以用電力照明,但在人類進化史上,99%的時間裏都是無法做到這一點的。你只能生活在黑暗中。黑暗對聽覺和觸覺沒有影響,但對視覺來說就很不利了。考慮到腦區互相佔領的速度,視覺皮層很快就會被其它腦區所佔。數年前,我的學生唐•沃恩(Don Vaughn)和我研究出的一套模型顯示,做夢似乎是一種在夜間保護視覺皮層不受侵佔的方式。其中涉及到了一條非常特殊的回路。每隔90分鐘,大腦中部的神經元就會變得活躍一下,展開一些活動。這些活動本身沒什麼特別的,但似乎是種保護性的激活機制,就好像“現在是晚上了,你正處於睡眠模式。我們得讓這部分腦區保持活躍,不然就會被隔壁腦區攻佔掉。”

  這麼看做夢可真不浪漫!別人都說夢是靈魂之窗,你卻說做夢只是爲了保持視覺皮層活躍。

  我有時也會追求浪漫,但大多數時候只追尋真理。我們分析了25種靈長類動物的大腦可塑性以及夜間的快速眼動睡眠長度。結果發現,兩者之間有很強的相關性,大腦可塑性越強,所需的快速眼動睡眠就越多。順便一提,快速眼動睡眠在嬰兒時期出現得最多,因爲這一階段的大腦可塑性非常強,最需要好好保護視覺皮層。

  假如有某顆行星不會自轉,不會有半天時間都處於黑暗之中,這顆行星上的生物就不會做夢了嗎?

  我們這樣會做夢的物種在宇宙中也許十分罕見。假如你生活在一顆永遠處於白晝、或永遠處於黑暗之中的行星上,就不需要擔心這個問題了。或者說,假如你所在的行星自轉速度很快,晝夜每隔90分鐘就會輪換一次,那也用不着做夢。

  據說有些人由於出生缺陷、或者手術原因,缺少了半邊大腦,但仍然能正常生活。這真的可能嗎?

  只要是在7歲左右之前摘除的,就沒有大礙。我曾經和幾名幼時做過大腦半球切除術的年輕人交談過,從交流中根本覺察不出他們少了半邊大腦。只不過與被切除的一側大腦對應的另一側身體往往略有些跛。但他們的認知能力並沒有問題。這說明即使大腦缺失了一半結構,整個大腦系統也能設法正常發揮功能。

  動物中也有一些大腦可塑性的例子。比如有一條狗生來就沒有前腿,於是學會了只用後腿走路。

  這隻叫“信念”(Faith)的狗可以像人類一樣用後腿走路。這是因爲,她必須去找食物,也必須到母親身邊去,所以她不得不搞明白怎麼用後腿行走。這說明狗的大腦並未受基因限定、只能控制狗的身體,而是怎麼可行就怎麼控制。縱觀動物王國,身體類型、骨骼長度、肌肉組織、翼爪形狀可謂千奇百怪。大自然不會爲每一種生物單獨設計一套大腦,只需從生物基因着手即可。只要對某個基因稍加改動,形成的身體結構就會大大不同。

  人類大腦是如何重新“佈線”、彌補缺失的感覺的?

  這個問題讓我不由得思考,人類能否創造出新的感覺?大腦能否從全新的數據流中獲取有用信息?這種情況叫做“感覺替代”。我們在一些失聰者身上進行了這種嘗試。我們製作了一件背心,上面佈滿振動馬達,會產生類似手機那樣的振動。背心接收到聲音之後,便會將聲音轉換成特定的振動規律。馬達按振動頻率從低到高排列,與內耳的排布方式相同。這樣一來,我們就相當於用軀幹部分的皮膚代替了內耳。結果發現,失聰者僅憑皮膚感受到的振動規律,也能獲取外界的聲音信息。皮膚似乎沒什麼大作用,卻有着出色的計算能力,可以傳遞大量數據。

  皮膚爲何如此擅長計算?

  因爲皮膚非常敏感,萬一有蒼蠅落在你身上、或是有什麼東西在你身上爬來爬去,你都能感覺到。皮膚的“帶寬”非常合適,可以向其中傳輸大量數據。如今大家都在研究如何藉助可穿戴設備、向人眼或耳朵中傳入更多信息。但眼睛和耳朵應當另有用途,皮膚倒是一條現成的信息傳輸渠道。

  爲失聰人羣研製這類設備是一方面,但我們的感覺體驗也有可能得到進一步強化。就算我們的感覺一切正常,也有改進、甚至改變的空間。

  感覺拓展也是一個令我很感興趣的領域。例如,我們能否把自己的視覺擴展到紅外光或紫外光波段呢?曾經有一天晚上,我的工程師給我戴了一根紅外線腕帶。我正在黑暗中走過兩棟房子,突然感到手腕處傳來一陣振動。我不禁納悶:這是怎麼回事?哪裏來的紅外線。於是我跟着腕帶的振動,一直走到了一臺夜視監控攝像頭跟前,四周圍了一圈紅外LED燈。在正常情況下,我們完全看不到紅外光。但你可以從“引擎蓋是熱的”判斷出一輛車剛剛停下。我們會從世界中接收到各式各樣的溫度信息。這一點很值得我們進行深入探索。

  除了感官拓展之外,我們能否創造一種全新的感覺呢?如果你能像感覺到顛簸、轉向、滾動和方向一樣,能夠通過皮膚直接接收股市、推特、或者你正在操控的無人機傳來的數據,會是怎樣一種感受?目前有許多實驗正在考察這一點。這能否爲大腦創造一種全新的體驗呢?

  我們未來能夠繪製出某人大腦中的全部神經連接、並據此判斷此人是個什麼樣的人呢?

  也許能吧。不過無論是好是壞,我們這輩子都看不到了。但從理論上來說,你有過的每一種體驗都會記錄和存儲在大腦之中。這不僅僅與神經元之間的連接強度有關,而是深入到細胞層面。信號通路的確切分佈、生物化學的系統層級、一直到細胞核中的基因表達,這些全都代表着你在這個世界中的經歷。從理論上來說,也許再過300年,你就能讀取別人大腦中的信息了。

  有人並不贊同將腦海中的一切事物都歸結於腦科學。有些人稱其爲“神經狂熱症”、甚至“神經垃圾”。你如何看待這種批評?

  這種批評毫無依據。現在確實有很多“神經垃圾”,有些人做了點影像學研究,就開始宣稱“瞧這塊腦區亮起來了,我們已經找到了‘感激’或‘慷慨’的神經依據”。這根本不是真正的科學。但“你就是你的大腦”這一點是毋庸置疑的。無論是你所經之事、所成之人、還是所見之物,你生活中發生過的每一件事都存儲在你的大腦中。

  例如,有些人患上帕金森綜合徵之後,就變成了難以自控的賭徒。一些機智的醫生意識到,這與他們服用的藥物有關。這些藥物會提高大腦中的多巴胺水平,從而解決患病引發的運動問題,但也將他們變成了好賭之人。假如對神經遞質加以改動,就會改變你的行爲方式和風險回避程度。所以並不是他們有意選擇變成了賭徒,而是當大腦發生變化時,整個人也會隨之而變。

  按照這種邏輯,許多老生常談的哲學問題就顯得無關緊要了,比如自由意志、或者靈魂體驗的起源、或者自我的本質等等。這些說到底都只是大腦中的神經元被激發而已。

  我們不妨走一條中庸之路,既能弄明白這些問題,又不必說這只是一堆神經元而已。大腦中的每一個細胞都極其複雜。每個細胞都包含一套完整的人類基因組。在一套極其複雜的生物化學系統中,有成百上千萬的蛋白質受其管理。你大腦中的每一個神經元都複雜得遠超想象,而人腦中的神經元有860億之多。所以如果說“你只是一堆神經元”,那就太大事化小了。事實上,你的體內可是有着一整個乾坤呢。

  那我們能否把所有主觀體驗都歸結於大腦功能呢?

  當然可以。你可以通過吸毒獲得完全不同的體驗,也可能因腦損傷產生幻覺。我們知道這都是因爲大腦所致。但還沒有理論能很好地解釋意識體驗究竟是怎麼回事,比如肉桂在你聞來是什麼味道、或者夕陽在你眼中有多美等等。

  意識似乎是由大腦產生,但也有可能另有來處。假設你生活在沙漠中的一個原始部落,有一天你在沙中發現了一臺收音機,而你此前從未見過這種東西。你發現只要旋轉按鈕,就有聲音從中傳出。然後你把螺絲拆下,發現只要改變裏面的線路,聲音就會被攪亂。你也許能總結出,聲音是由這些線路產生的。但你不會意識到,遠處城市裏有一座座信號塔,也不可能感覺到、甚至疑心過電磁輻射的存在,但恰恰這才是聲音的真正來源。

  這麼說來,也許並非一切事物都是由大腦產生的,我們也許只是在“收聽”從別處傳來的意識。

  我不是這個意思,我只是說在神經科學中存在這種可能性,我們必須予以考慮。

  大腦還有很多未解之謎,其中你最想弄清哪一個問題呢?

  說到底還是意識的問題。我們可以造出非常精密複雜的機器,但我並不認爲電腦有內在的主觀體驗,但我們卻擁有這種體驗。也許這就是生而爲人的關鍵所在。我們不僅沒有理論能很好地解釋這一點,甚至想象不出這套理論該是什麼模樣。(葉子)

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