购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

大脑中的“小矮人”

肯·卡塔尼亚与范德尔比特大学的同事、神经学家乔恩·卡斯(Jon Kaas)合作研究鼹鼠的大脑对触摸的反应。他告诉我:“当我开始试图理解它的大脑组织和行为时,事情才真正令人惊讶。”在不伤害动物的原则下,他们给一只鼹鼠注射了镇静剂,然后轻轻抚摸它星状鼻的尖端、脸和身体,并观察它大脑中神经的实时反应。这激活了所有哺乳动物大脑中与触觉相关的一个新皮质区域,被称为躯体感觉皮质。卡塔尼亚和卡斯小心翼翼地制作了这种皮质的精细切片,以便于放到显微镜下观察。他们使用了一种染色剂——被激活的脑组织会将这种染色剂吸收,来突显对来自鼹鼠皮肤的信号做出反应的区域。他们透过镜片向下看。“新皮质在一系列美丽而复杂的‘风车’中亮起,”卡塔尼亚回忆道,“染色浓密的条纹图案被清晰的低染色线条分隔。”这些光条纹有点像一只巨大的海葵,并且有22只触手在皮质表面呈扇形散开。这两名科学家意识到,染色所揭示的图案仿佛是这种拥有22只触手的星状鼻在星鼻鼹鼠大脑解剖结构上留下的镜像。他们还可以辨认出其他形状,如看起来很像星鼻鼹鼠两个铲状前肢、躯干和胡须的那些图案,就位于星状图案的旁边,但是占据的空间越来越小。

实际上,星鼻鼹鼠整个身体的轮廓似乎都被勾勒在它的躯体感觉皮质中,只是比例扭曲了。它的星状鼻占据了一半空间,而且其中很大一部分空间都被一对触手占据。卡塔尼亚解释道:“最小的触手,也就是第十一对触手,在大脑中大得出奇。它们在整个星鼻鼹鼠的轮廓中占据大约25%的面积。”在它的大脑中,星鼻鼹鼠被描绘成庞大的星状鼻拖着小小身体的样子:简直可以叫“星鼹鼠鼻”。这一发现与一项革命性的研究相吻合,即对未接受全身麻醉的开颅手术患者进行的研究。

20世纪30年代,怀尔德·彭菲尔德(Wilder Penfield)在蒙特利尔神经学研究所开创了一种名为清醒开颅手术的外科手术,它被用来切除引起癫痫的大脑异常。由于患者是醒着的,而且可以说话,所以彭菲尔德可以观察他的手术刀造成的直接后果,从而防止它误入神经外科医生所说的功能区,造成无法弥补的伤害。这种手术是可行的,因为我们的大脑缺少记录疼痛的触觉感受器。外科神经医生只需要对患者剃光的头皮进行局部麻醉,然后剥开皮肤,在颅骨上锯出一个开口,露出里面轻轻搏动的内容物。彭菲尔德用一个看起来像电动牙刷但会产生微弱电击的电极检测了1000多个大脑。这个过程引发了各种奇特的感知幻觉。一些患者闻到了吐司烤煳的气味,还有一些患者听到了管弦乐的旋律。负责处理触觉的躯体感觉皮质位于我们两耳之间的头部顶端,探索这个区域会引发奇怪的触觉。患者会体验到身体各个部位的刺痛或振动。彭菲尔德发现,刺激不同大脑的同一区域会导致患者们描述身体同一部位的感受。当在大脑皮质表面标记出他们的反应时,出现了一个非同寻常的模式。彭菲尔德是第一个发现人类大脑中存在一幅全面的感官地图的人:第一幅躯体感觉触觉地图。

我们的大脑表面无形地烙印着一个变形得很怪异,但毫无疑问是人类的轮廓。它拥有瘦弱的躯干和细长的四肢,被巨大的双手挤在一边。此外,它的头部在奇怪的大嘴唇和舌头的映衬下显得十分小。当海伦·凯勒伸手去摸安妮·沙利文的嘴时,她手指皮肤中的梅克尔细胞会被激发。作为回应,沙利文会触摸她的手肘,此时她胳膊里的梅克尔细胞也会随之被激发。这些信号每一个都会抵达她大脑的不同位置,而且因为这些信息是点对点传递的,所以凯勒整个皮肤的感觉表面会在她的大脑中呈现出来。科学家们知道,皮肤的超敏感区域(拥有密集的梅克尔机械感受器)在我们的触觉地图上会被放大,因为我们的大脑将更多空间用来处理它们输入的信息。手指占据的皮质空间大约是躯干的100倍,因为它们所包含的触觉感受器是躯干的大约100倍。彭菲尔德将大脑的触觉地图称为“ homunculus ”(侏儒),这个词是拉丁语,意为“矮人”。多年来,随着神经学家将注意力转向其他躯体感觉皮质,它有了一个伴侣——“女侏儒”( hermunculus ),还出现了一个规模不断扩大的动物园:“侏儒鼠”“侏儒浣熊”“侏儒剑尾鱼”,以及最近的新成员“侏儒星鼻鼹鼠”。这些地图无一例外地记录了通过触觉扭曲的各种解剖结构。

“我将这幅‘侏儒星鼻鼹鼠’视为从大脑的角度对身体进行的一种奇特描绘。”卡塔尼亚说。和人脑中的“侏儒”一样,更多的大脑空间被分配给充满触觉感受器并优先处理触觉的身体部位。星鼻鼹鼠的触觉地图有一半专门服务于它鼻子上的星状结构。接下来,星状结构地图的一半用来服务第十一对小触手。这反映了它们在发现并评估星鼻鼹鼠下一口食物的过程中的相对重要性。卡塔尼亚再次看到了鼹鼠的触觉和视觉成像之间的相似之处。他的想法与小西正一的想法相呼应,后者在猫头鹰的大脑中发现了声音空间地图,并将其与猫头鹰的眼睛及视网膜进行了对比。卡塔尼亚解释道:“星鼻鼹鼠的触觉分为周围触觉和中央触觉,这似乎类似于哺乳动物视觉系统中的视网膜。”星状鼻似乎发挥了视网膜的作用,可以感知更广阔的景观,而它微小但非常重要的第十一对触手就像人类视网膜中以视锥细胞为主的中央凹处,产生的视觉图像最清晰。类似我们的视觉中央凹,这对触手是触觉中央凹——就像猫头鹰或者蝙蝠的听觉中央凹一样。当星鼻鼹鼠鼻子上的星状结构压在土壤上时,它会向大脑传送一幅关于地形的三维星形视图:一种数字触觉图像,对食物尤其关注。“它们与视觉的相似之处令人惊讶,”卡塔尼亚总结道,“这个鼻子可能看起来像手,但它的作用却像眼睛。”这种星状鼻能让它几乎失明的主人通过触摸“看见”世界。 MnlTpyYpmPaPQg/WUkdQ3p3817ZWfWVPwinAkOf9GLurpkoRnuPMTeCmDTJi7x+P

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×