相信喜欢金庸武侠小说的读者一定会记得《射雕英雄传》中的老顽童周伯通有一门独门绝技——“双手互搏”之术,这就是他的双手可以各行其是,就好像两个人一样。金庸在书中是这样描写的:“常言道:‘心无二用。’又道:‘左手画方,右手画圆,则不能成规矩。’这双手互搏之术却正是要人心有二用,而研习之时也正是从‘左手画方,右手画圆’起始。”读者多半会认为这仅仅是小说家言,在实际上是断断不会发生的。但是看了下面的故事,就可以知道,这是确有可能的,不过……这在正常人身上不会发生,只有对脑动手术之后才有此可能。
人大脑的左右两个半球从形态上看基本对称,但在功能上有所不同,大脑右半球控制着左半身躯体的感觉和运动;而大脑的左半球则控制着右半身躯体的感觉和运动。如果左半球中风就会造成右半身瘫痪,而右半球中风就会造成左半身瘫痪。从失语症患者的故事中,可知主管语言的中枢一般说来主要在左半球。两个大脑半球之间通过胼胝体等联合纤维(统称为“联合”)相互联系起来,不断进行信息交流,而且其中之一(通常是左半球)起到支配作用,形成了一个统一的“司令部”,协调地主宰着我们的一切活动。如果人为地断开左右两半球之间的一切联系,那是不是就变成有了两个“头脑”?
图 1.18 脑的俯视图
一条纵裂将大脑分成左右两半球,两个半球在深部通过一些神经纤维束联系,这些神经纤维束被称为“联合”,其中主要的是胼胝体。
图1.19 大脑半球的纵剖面
大脑覆盖于丘脑、脑干和小脑等之上。海马、穹窿、扣带回、隔区、杏仁核等构成边缘系统,它与人的记忆、情绪等关系密切。脑干是脑深部的一个茎状组织,除去嗅觉之外,所有的感觉神经都要在这里把信号传送给另一些神经元,再由这些神经元继续传向大脑皮层。图中的胼胝体是把两半球联系在一起的主要神经束,这里看到的是它的剖面。
联系大脑两半球纤维中最主要的部分是胼胝体,包含大约两亿根神经纤维。对某些严重的癫痫病患者,在药石无效的情况下,为了避免癫痫从一侧扩展到另一侧,医生曾尝试通过切断胼胝体来达到这一目的。这样,患者的大脑就分成了互不联系的两半,因而被称为“裂脑人”。1936 年,美国有位神经外科医生报道说这样做并没有明显的副作用。但是情况究竟是不是这样呢?
美国加州理工学院的斯佩里(Roger W. Sperry)(图 1.20)与其同事在 20 世纪五六十年代先后用猫和猴子来做实验,结果发现如果切断了左右两半球之间的联系,就可以让一侧半球学会一种反应,而让另一侧半球学会另一种反应。他们训练了一只裂脑猫的右半大脑学会辨识两扇门上的符号是“+”还是“O”,以此来获取其中一扇门后面的食物。训练完成以后,如果让它的左半大脑去解决同样的问题,就必须重新训练。因此,切断癫痫患者的胼胝体到底有没有副作用还须做更细致的研究。
图 1.20 斯佩里
认知神经科学的奠基人之一加扎尼加(M. S. Gazzaniga)当时在斯佩里的实验室做研究生,对先前做过手术的裂脑人做了细致的心理测试 [10] 。第一位患者是位二战退伍的中年老兵,他在手术后不会说话了,这使医生吓了一大跳。幸而一个月后他恢复了说话能力。这种情况在裂脑人中并不多见。事实上,第二位患者在麻醉效应消失后,抱怨说:“头疼分裂成了两半!”当护士问他会不会说话时,他微笑着说了一句绕口令:“Peter Piper picked a peck of pickle peppers!”(意思是“彼得·皮佩捡起许多腌辣椒!”,不过由于中英文发音的不同,翻译成汉语后就不再称得上是绕口令了。)
初看起来,裂脑人一切正常。他们会说话、会阅读,对周围的一切也都认得。癫痫也不发作了(有位患者在手术前严重到每天要发作15 次),或者至少可以用药物控制住,他们看起来也蛮高兴。但是如果做进一步测试,就会发现有些不对头。如果让患者左手拿个东西,如一把木梳而不许看,然后问他拿的是什么,他就讲不出来;如果让他用右手去拿,他马上就说出来了。这是因为大脑中主管言语的中心在左半球,而左半躯体的感觉都输送到右半球,裂脑人左右大脑之间交流信息的通路被断开了,来自左手的信息就到不了“会说话”的左脑。
同样地,来自右半视野的信息投射到左半大脑,而来自左半视野的信息投射到右半大脑(图 1.21)。如果让裂脑人坐着正视前方屏幕正中央的一个点,然后在屏幕的右侧闪烁一个汤匙的图形,并问患者看到了什么,他会告诉你看到了一个汤匙。然而如果在屏幕的左侧闪烁一个汤匙的图形(图 1.22),再问患者看到了什么,他就会告诉你什么也没看到。由于这种图形闪烁的时间很短,比眼球移动的时间还要短,因而保证了不会由于眼动而让图形投射到了另外一个半球上去,可以确信这时有关汤匙图形的信息只投射到了“不会说话”的右半球,而“会说话”的左半球由于胼胝体断了又得不到这个信息。但是如果要求受试者用左手从台面下的一堆物品中摸出一件与他看到的一样的东西,他会正确地把汤匙挑出来。这是因为左手由右脑控制,而屏幕左侧的图形信息到达的也是右脑,这说明右脑确实接收到了有关汤匙图形的信息,只是不会“说话”而已。这时即使汤匙还在受试者的手中,如果不让他看到而再问他,他还是不能说出这是什么,甚至会说是一支铅笔,这可能是因为善于分析推理的左半大脑得不到来自左手的信息而只能妄加猜测,认为实验室里有一支笔的可能性很大,所以就那么说了。如果在屏幕上显示图 1.23,并让患者注视额头部位的点,这时问他看到的是什么,他会说看到了一个男子的脸。但是,如果这时要他用左手从一堆正常人脸的图片中挑出一张与他刚才看到的脸类似的图片,他多半会挑出一张妇女的脸。
图 1.21 左右两半视野在大脑中的投射
右侧视野投射到左半球,而左侧视野则投射到右半球。
图 1.22 汤匙实验示意图
图1.23 看到的是男还是女
左半边是妇女的半张脸,右半边则是男子的半张脸。
尽管右半球不会“说话”,但这并不表明右半球就“笨”到不能理解“看”到的东西。如果在屏幕的左侧显示一支香烟的图片,而让患者用左手从屏风的小洞里伸进去从屏风后面的 10 个物品中摸出 1 个与他看到的东西相关的物品,他会摸出一个烟灰缸!
还有些奇怪的事情,有些裂脑人刚做完手术的时候,两只手可能会做相反的动作,例如一只手扣扣子,而另一只手却去解开扣子。再如,有位女患者每天早上穿衣服总要费好多时间,这是因为她的左手总要“捣乱”。有时候她伸右手到五斗橱里挑一件衣服,她的左手却抢着去拿另一件衣服。有一次她的左手捏住一件衣服不肯放,她竟然一点办法也没有。她要不就将就着穿这件衣服,否则就只好请人掰开她的左手。值得注意的是,每次她左手挑的衣服都比右手挑的要鲜艳。她出门旅行前总要花半天工夫来整理行装,因为她的左手总是从箱子里把她右手放进去的东西又拿了出来。还有位患者,医生让她把右手伸到一个洞里去,患者却抱怨说:“不行啊!有人拖住了我的手。”医生仔细一看,原来是她自己的左手紧紧地捏住了她的右手腕。还有搭积木实验,研究者要求患者按照图样只许用右手搭积木,在手术以前这对患者来说是一件轻而易举的事,但在手术以后只用右手他怎么也做不好,因为他的左手会过来抢搭;只有实验者把他的左手拉开,或者让他坐在自己的左手上面,他才能让右手去完成任务。看来,右半球更擅长与空间视觉有关的任务。这些患者就好像有了两个意见不统一的头脑,有位患者抱怨说:“我感觉好像头脑里有两个淘气的孩子老是在那里争吵。”这岂非正是“心有二用”了吗?而伽扎尼加的患者中也确实有人能“左手画方,右手画圆”。不过这并非学习“双手互搏”的起手基本功,而是裂脑的后果。如果郭靖真要学会双手互搏之术,可能得先请神经外科医生切断他的胼胝体才行。
为什么左手要抢着做右手要做的事?这个问题的答案现在也有了一些线索。当一个人想用某只手做一件事的时候,通过脑成像技术可发现大脑双侧的辅助运动区(参考图 1.5)都被激活了,不过激活的程度有区别。辅助运动区并不直接指挥肌肉运动,而是激活初级运动皮层。对正常人来说,与将要活动的手对应的辅助运动区不仅会激活它后面的初级运动皮层,而且还会通过胼胝体去抑制对侧的辅助运动区,这样就只有一只手活动。裂脑人由于其胼胝体断开了,结果两侧辅助运动区的活动都激活了相应的初级运动区,于是两只手就都动了起来。
为了减少裂脑手术的副作用,医生发现保留部分联合也可改善癫痫患者的病情 [10] 。进一步的研究又发现联合的不同部分所传输的信息不同。联合的前部牵涉高级的语义信息,而后部则与传输视觉、听觉、触觉等感觉信息有关。例如,手术前的测试中,在患者的左侧视野投射“骑士”两个字时问他看到了什么,他给出了正确的答案“骑士”。手术切断了其胼胝体的后部,这时他的右脑所接收到的感觉信息不再能传输到会说话的左脑去了,但是相关刺激的高级语义信息还能通过胼胝体前部传输过去。所以,手术后再做同样的测试,患者回答说:“我头脑里有一幅图画,但是我说不清楚。场子里有两个人在打。穿着古装,戴着盔甲,骑在马上,彼此要把对方打下来……是不是骑士啊?”最后,把联合完全断开以后再问他,他就说:“我什么也没有看见。”
胼胝体联系的是两侧的大脑皮层。在胼胝体的下面还有一个连接两侧的皮层下结构——边缘系统(参见图 1.19,主管基本的情绪反应)的神经纤维束——前联合。边缘系统和大脑皮层之间有着丰富的双向联系。加扎尼加对前联合完整的裂脑人做了下述实验。他让她带上一种特制的接触镜,使得不管眼睛怎么动,外界刺激都只投射到一侧视网膜。这样,他就可以让受试者长时间地看东西,也可以看得更仔细。他让她的右侧视网膜看一部电影短片,其中有人把另一个人丢到火里去。当问她看到了什么时,她会说话的左侧大脑皮层没有看到这些情景,所以她回答说:“我想我只看到一些白色的闪光,可能有几棵树,就像秋天里的红叶树。”“不过我不知道是什么原因有点害怕……我有那么点紧张。我不喜欢这间房间……或许是你使我有点紧张吧!我知道我还是喜欢加扎尼加医生的,但是现在我不知道为什么有点怕他。”这是因为她的前联合是完整的,所以右脑的恐惧可以通过前联合传送到会说话的左脑皮层,但是左脑皮层不知道恐惧的原因是什么,就只好妄加猜测。
根据对裂脑人的研究,以及对一侧大脑半球中风患者的行为观察,现在一般认为大脑两半球在功能上也有所不同 [10] 。人们还做了这样的实验,即向正常人的左颈动脉或右颈动脉注射速效安眠药。由于左颈动脉的血流只流到左脑、右颈动脉的血流只流到右脑,这样就可选择性地只让半边大脑陷入昏睡。如果是左脑陷入昏睡,那么受试者就不会说话;而如果只是右脑陷入昏睡,那么受试者就可以和实验者进行正常的对话。
上述这些故事都说明大脑左右两半球是有所分工的。按斯佩里的说法是左脑主管读(reading)、写(writing)、算(arithmetic),称为“3R”。一般认为左半球更倾向于分析和理性,而右半球则更倾向于总体把握和情绪化,容易倾向于悲观。因此左半球受损的患者容易把自己的病情看得过于严重,而有些右半球受损很严重的患者却若无其事。在某些极端情况下,患者还会否认自己有病。
在正常情况下,左半球起主宰作用,并且左半球也是唯一会用语言表达它的意见的半球。在裂脑人的情况下,右半球在某些场合下似乎要自行其是,例如上面讲的在它指挥下的左手要抢着做一些和患者意识违背的事。那么两个半球是不是真有可能有不同的意见呢?在加扎尼加众多的裂脑人患者中,有两位右脑半球也多少有些语言能力的患者,他们的右半球能懂得一些词组和单词,而且还能用文字作出回应。由于听觉系统和视觉系统不一样,实验上没有办法仅仅使一侧半球听到说话,而另一侧听不到。所以加扎尼加在问问题时总是不说关键词,而在应该讲关键词的时候,把相应的关键词投射到视野的左侧或者右侧。回答也是让患者用相应的手把字母卡片拼成单词。在大多数情况下,两个半球的回答是类似的,但是也有截然不同的情形。有一次加扎尼加先向患者提问题:“你毕业以后想做什么?”患者答道:“我要做一个绘图员,事实上我已经为此在接受训练了。”接着他又问道:“你……以后想做什么?”并在患者的左视野闪现“毕业”两字。患者用左手把字母卡片一个一个找出来,结果拼成了“A — O — T — O —M — O — B — I — L — E、R — A — C — E —(R)”(赛车手),这不仅使加扎尼加出乎意料,连患者自己也吃了一惊。没准真的像斯佩里说的那样:“我们看到的一切都表明手术的结果使这些患者有了两个头脑,也就是说,有彼此分离的两个意识。”不过,真要下结论可能还为时过早。
由于在裂脑人方面的系列研究工作,斯佩里获得了 1981 年的诺贝尔生理学或医学奖。喜讯传出的那天,斯佩里和夫人正在外野游,学校里闹翻了天,却找不到“状元郎”,只好由他的同事出面应付一切。校刊还专门发了号外,校长在贺词中写道:“谨向您大脑的左右两半球一起致以最诚挚的祝贺。”