神經(jīng)科學(xué)發(fā)展史（一）——遠(yuǎn)古到中世紀(jì)的漫長歷程
考古學(xué)家在史前的一處城市遺址發(fā)現(xiàn)了這樣一具顱骨：
在這枚人類頭骨上，明顯有兩處致命的穿刺傷（T1&T2）。一開始人們普遍認(rèn)為這兩處創(chuàng)傷是由于強(qiáng)烈撞擊造成的。但是后來經(jīng)過精密的儀器檢查，發(fā)現(xiàn)T1和T2更有可能是經(jīng)過人為穿刺造成的。那么，為什么史前的人們要用銳器穿刺顱骨呢？是什么神秘的儀式，還是不知名的惡毒的詛咒？后來，科學(xué)家們得出了一個最有可能的結(jié)論：創(chuàng)傷來自于所謂的“顱骨穿刺術(shù)”（Trepanation）。遠(yuǎn)古時期的人們沒有精神病理學(xué)的基本知識，因此，當(dāng)他們看到一個人衣著邋遢，瘋瘋癲癲，口吐胡言的時候，便認(rèn)為此人是被魔鬼附身了。由于人的頭蓋骨密度比較大，也比較封閉，那時候的人們相信必須得在頭蓋骨上開個小孔，才能為寄身其中的魔鬼開辟一條通道，引領(lǐng)他出來。其實(shí)，這項(xiàng)看似荒誕的技術(shù)一直延續(xù)了數(shù)千年，甚至一直到二十世紀(jì)還是有部分學(xué)者肯定這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性。二十世紀(jì)的一位科學(xué)家曾嘗試在自己的顱骨上開洞，結(jié)果他收獲到了”重生一般的喜悅感“還有“從未有過的世界的開闊和明亮”。不過這項(xiàng)技術(shù)顯而易見地是相當(dāng)危險(xiǎn)的，也至今找不到確切的科學(xué)依據(jù)。在它盛行的幾百年間，也有無數(shù)人因此喪命，其中不乏一些名流千古的偉人。德國作曲家舒曼在其晚期患上了現(xiàn)在所說的“陽性精神分裂癥”，時時伴有劇烈的頭痛和刺耳的幻聽。他曾經(jīng)因此跳入萊茵河中自殺未遂。后來，為擺脫病魔，他只身一人接受了一位所謂“精神病學(xué)專家”的治療。這位“專家”認(rèn)為，舒曼的病癥來源于他大腦的額葉前葉，必須用顱骨穿刺術(shù)刺激病源，才能有效緩解他的病情。最終當(dāng)然是個悲劇的結(jié)局。這個寫出了震驚世界的《萊茵交響曲》的天才最后因?yàn)閭诟腥就纯嗟厮烙谒l(xiāng)。
生活在公元前3000年的埃及人相信人死后的靈魂可以超生，便建造金字塔，制作木乃伊，從而才有了如今沙漠中的奇觀。埃及人在制作木乃伊的時候，會將人體內(nèi)“無用的”器官全部摘取，而大腦也是其中之一。他們認(rèn)為心臟才是靈魂的棲息之處。
公元前400年左右的希臘人則在推測大腦的功能上做了很大一步的跳進(jìn)。他們認(rèn)為大腦是感知的中心。在古希臘文明盛行的時間里，數(shù)位智者也紛紛對大腦進(jìn)行了自己的推測。正如本文開頭介紹的，Hippocrates認(rèn)為大腦掌控著人的智慧。而亞里士多德的觀點(diǎn)則十分有意思了：他認(rèn)為人在熱血沸騰的時候是非常不理智的。想要理性地思考，必須要鮮血冷下來才可以。而大腦的功能，正是冷卻流經(jīng)的血液。亞里士多德把大腦比喻成為一個“鼓風(fēng)機(jī)”，時刻不停地吹著風(fēng)，激發(fā)人們的理性思考。基于亞里士多德的名望，這條荒謬的理論也被當(dāng)時的人們當(dāng)作真理認(rèn)可了幾百年，直到一個關(guān)鍵人物的出現(xiàn)徹底改變了人們對大腦的認(rèn)知———古羅馬生理學(xué)家Galen（200 BCE）。
Galen是第一位進(jìn)行動物解剖的人，也是在解剖大腦的過程中，他發(fā)現(xiàn)大腦可以明確地分為兩部分：一部分稍大一些，有明顯的溝和裂；另一部分小一些，布滿了樹狀結(jié)構(gòu)。他把大一點(diǎn)的部分叫做大腦（cerebrum），小一點(diǎn)的部分叫做小腦（cerebellum）。并且，他還較為準(zhǔn)確地定義了大腦和小腦的功能：大腦負(fù)責(zé)感知（sensation），小腦負(fù)責(zé)運(yùn)動（movement）。真正讓他聲名鵲起的則是他著名的“動物精神理論”（animal spirits）。Galen在解剖大腦的時候，發(fā)現(xiàn)動物的神經(jīng)系統(tǒng)中有許許多多的小空間，里面充斥著粘稠的半透明狀液體。他得出結(jié)論，這些液體便是動物的“精神源泉所在”。這些液體流淌在動物的全身上下，維持著動物的基本生命活動。這些小空間實(shí)際上就是現(xiàn)代科學(xué)所定義的“腦室”（ventricle），譬如大腦中的第三、第四腦室。而Galen所看到的液體實(shí)際上是流淌在動物體內(nèi)的四類液體：血液（blood）、粘液（phlegm）、黃膽汁（yellow bile）和黑膽汁（black bile）。Galen認(rèn)為“動物精神”是智慧（intellect）的中心，而智慧則包括想象力、認(rèn)知力、和記憶力這三種能力。
Galen的動物精神理論風(fēng)靡了數(shù)百年。他的支持者中最為出眾的便是法國數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家笛卡爾先生。笛卡爾不僅發(fā)明了坐標(biāo)系思想，提出了著名的“我思故我在”理論，還對大腦，這個智慧的軸心，產(chǎn)生了相當(dāng)?shù)呐d趣。并且他還在Galen理論的基礎(chǔ)之上提出了自己的大腦運(yùn)作模型。他認(rèn)為“動物精神”是用于控制復(fù)雜運(yùn)動的。而人類和動物的唯一的區(qū)別就是在于人類具有一個“靈魂”而動物卻沒有，這意味著人類會比動物要復(fù)雜上許多。當(dāng)人們處于沉睡狀態(tài)時，“動物精神”會從人體流走；當(dāng)人們處于清醒狀態(tài)時，“動物精神”則會保持在人體之中。由于松果體（pineal gland）位于大腦的正中央，它便被笛卡爾認(rèn)為是所謂“人類靈魂的基座”，是大腦中最為重要的部分。（然而現(xiàn)代生物學(xué)卻證明松果體只是內(nèi)分泌系統(tǒng)中較不重要的一小部分，其作用在于分泌褪黑色素和調(diào)整生物鐘）。他進(jìn)一步提出了“fluid mechanics model”，來解釋神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理。雖然笛卡爾的模型是錯誤的，但是他也被證實(shí)是歷史上第一位提出反射弧模型的人。他的模型工作原理如下：
仔細(xì)觀察下圖，人的神經(jīng)系統(tǒng)是由液體構(gòu)成的。人腦中有許許多多的閥門，閥門連接著一條條細(xì)長的通道。這些通道連接著人的各處肌肉組織。當(dāng)腳接近熾熱的火苗的時候，人體內(nèi)的“動物精神”被加熱了，其溫感被傳遞到大腦的閥門處，閥門開啟，大腦中的“動物精神”順著通道流向腳和腿部的肌肉。這樣人就把腳縮回去，不會被燙傷了。不過，笛卡爾剛提出來這個模型不久，“動物精神理論”就被徹底否決了。
一天，荷蘭微生物學(xué)家Jan Swammerdam的妻子在做晚飯的時候，將一只牛蛙的頭切了下來。但是Swammerdam萬分驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使在沒有頭的情況下，牛蛙的四肢也在不停地抽動著。按照笛卡爾的理論，不是必須有大腦中的“閥門”的控制，肌肉組織才會工作的嗎？那么沒有大腦的牛蛙的四肢究竟是怎么動起來的呢？僅僅是生活中的這樣一個小現(xiàn)象，便足以駁斥笛卡爾的“fluid mechanics model”。“動物精神理論”最終在十八世紀(jì)被一位意大利生物學(xué)家Luigi Galvani（1737-1798）徹底否決了。他將剝了皮的青蛙腿吊起來，發(fā)現(xiàn)在給腿上的神經(jīng)通電時，蛙腿變會發(fā)生抽搐。他最終得出結(jié)論：神經(jīng)是電流的傳導(dǎo)器。他的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)結(jié)束了“動物精神理論”的時代。算起來的話，我們會驚訝地發(fā)現(xiàn)，“動物精神理論”在社會中流行了將近兩千年。
十八世紀(jì)中期開始，神經(jīng)科學(xué)便進(jìn)入了“電信號傳遞”和“神經(jīng)解剖學(xué)”的鼎盛時期。Bois-Reymond發(fā)明了一種微型的極其敏感的電壓計(jì)，當(dāng)他把這種電壓計(jì)植入到動物的大腦里的時候，他發(fā)現(xiàn)了大腦可以產(chǎn)生電流。他也便進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元中最經(jīng)典的“靜息電位”（resting potential）和“動作電位”（action potential）。英國外科醫(yī)生查爾斯貝爾（Charles Bell）是第一位實(shí)行“實(shí)驗(yàn)切除術(shù)的人。所謂“實(shí)驗(yàn)切除術(shù)”便是將正常動物的某處器官切除，再觀察動物的行為變化的實(shí)驗(yàn)。譬如說，將金魚的不同部位的鰭切除，觀察金魚的游動行為變化。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)在現(xiàn)在已經(jīng)不是很常見了，因?yàn)樗３婕暗揭恍┥窠?jīng)倫理學(xué)問題，但不可否認(rèn)的是在貝爾當(dāng)時的年代，這項(xiàng)技術(shù)為科學(xué)提供了飛躍的發(fā)展。他分別切斷了脊髓中的背側(cè)神經(jīng)和腹側(cè)神經(jīng)，發(fā)現(xiàn)：切斷腹側(cè)神經(jīng)之后，實(shí)驗(yàn)體的該神經(jīng)以下的部位運(yùn)動能力完全喪失；切斷背側(cè)神經(jīng)之后，實(shí)驗(yàn)體的該神經(jīng)以下的部位感覺能力完全喪失。貝爾的實(shí)驗(yàn)證明了脊髓內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本分工，這對之后“全身癱瘓”和“截癱”等病癥的研究有著深遠(yuǎn)的影響。
現(xiàn)代非常流行的腦科學(xué)理論便是“機(jī)能定位”理論（functional localization)。所謂機(jī)能定位，就是大腦的不同區(qū)域有著其不同的特殊作用。可是如此經(jīng)典的理論曾經(jīng)也有一段極其不堪的歷史。最早的機(jī)能定位學(xué)說是法國解剖學(xué)家弗朗茲加爾（Franz Gall）在十八世紀(jì)后葉提出的“顱相學(xué)”。以他為首的科學(xué)家團(tuán)體認(rèn)為，人類的人格特征可以靠觸摸人的頭骨，觀察人頭骨的凸起狀態(tài)看出來。他們還“權(quán)威”地發(fā)表了一整套圖鑒，指出頭骨哪塊凸起代表的是懶惰，哪塊凸起代表的是奴役，哪塊凸起代表的是高貴......由此，他們正義化了奴隸社會；因?yàn)榘凑账麄兊睦碚摚行┤颂焐哔F，而有些人注定悲哀。更可悲的是，加爾的謬論被當(dāng)時的人們奉為神諭一般，每個人都對此堅(jiān)信不疑。他的教科書也在當(dāng)時售出了十萬余冊。不過好在顱相學(xué)的好景也并不長久。另一位法國解剖學(xué)家弗盧龍（Jean Pierre Flourens）通過分別對大腦和小腦進(jìn)行試驗(yàn)切除術(shù)的方法徹底駁回了加爾等科學(xué)家的“顱相學(xué)”理論，而機(jī)能定位學(xué)說也開啟了新一代的潮流。在其之后的一百年間，真正改變歷史的神經(jīng)科學(xué)家才相繼涌出。
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參考資料：
Exorcizing animal spirits, History of Neuroscience, July 10, 2007, by Mo, http://scienceblogs.com/neurophilosophy/2007/07/exorcizing_animal_spirits.php , Trackback URL: http://scienceblogs.com/mt/pings/45280
Other materials come from Sloan Hall, Mathematics and Neuroscience Apartment of Stanford University. (其它材料來源于斯坦福大學(xué)數(shù)學(xué)與神經(jīng)科學(xué)學(xué)院）
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《科學(xué)的旅程》中的好句
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大家說下古代希臘時期的思想科學(xué)巨人?
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宇宙的資料
這種情況恰如科學(xué)史上人類的認(rèn)識從太陽系宇宙擴(kuò)展到星系宇宙,再擴(kuò)展到大尺度宇宙那樣,今天的科學(xué)又正在努力把人類的認(rèn)識進(jìn)一步向某種探索中的“暴漲宇宙”、“無規(guī)則的混沌宇宙”推移。我們的宇宙不是唯一的宇宙,而是某種更大的物質(zhì)體系的一部分,大爆炸不是整個宇宙自身的爆炸,而是那個更大物質(zhì)體系的一部分的爆炸。
人類發(fā)展的過程
(1)最早的人類 研究人類起源的直接證據(jù)來自化石。人類學(xué)家運(yùn)用比較解剖學(xué)的方法,研究各種古猿化石和人類化石,測定它們的相對年代和絕對年代,從而確定人類化石的距今年代,將人類的演化歷史大致劃分為幾個階段。遺傳學(xué)家則運(yùn)用生物化學(xué)和分子生物學(xué)的方法,研究現(xiàn)代人類、各種猿類及其他高等靈長類動物之間的蛋白質(zhì)、脫氧...
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