挑戰科學的“腦殘” 作者: 取材自雜誌-新發現.

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1 挑戰科學的“腦殘” 作者: 取材自雜誌-新發現

2 題目:一個腦子浸水,一個沒有小腦,最後一個一分為二……可是,這三個腦子的主人都過得好端端的。這究竟是怎麼回事?
他們的故事離奇地相似。 他們三人都過着正常生活: 工作,運動,結婚,生子。每個人都擁有良好社會適應性。 有一天, 三人分別因為惡心、記憶問題、肢體無力去了醫院。為了解病因,醫生讓三人都去做了核磁共振,以便找到腦中可能的異常。檢查結果讓眾人瞠目結舌。

3 第一個病人的大腦空空如也,只有一腦袋的液體。第二個沒有小腦。第三人的腦子一分為二,因為沒有連接左右半腦的神經束。
三個匪夷所思的故事引發了同樣的疑問: 這三人是如何思考的? 一個表面看似正常的人,其腦殼下的器官怎麼會是不健全的? 維持精神生活的最係低條件是什麼? 必須指出的是, 三個病例中, 大腦負責調控生命基本功能――如心率和呼吸――的部份都完好無損。至於剩下的……

4 在“空腦人”的病例中, “似乎還剩下一點視覺皮層, 可能還有一點運動皮層。額葉皮層最前端的部份幸免於難。小腦似乎沒受影響。這些不同的大腦結構可能承擔了額外的功能。”馬賽整合和適應神經科學實驗室主任克里斯蒂安‧赫里 (Christian Xerri) 謹慎推測。 但他隨即表達了自己的驚異:“當你我做出一個動作,需要同時間調動視覺、聽覺、注意力、工作記憶……整個大腦都會參與進來。然而這個人的大腦在工作時, 可用的神經元要少很多。他竟然能彌補這些巨大的不足,這的確令我們困惑不已。”

5 第二個沒有小腦的病例 (來自中國) 同樣令人百思不得其解。小腦負責協調人體動作,缺它不可,第二個人是如何彌補這個缺陷的呢
第二個沒有小腦的病例 (來自中國) 同樣令人百思不得其解。小腦負責協調人體動作,缺它不可,第二個人是如何彌補這個缺陷的呢? “其他腦部結構,如大腦皮層和基底核, 或許填補了缺失的功能。”布魯塞爾實驗神經實驗室研究員、神經學家馬里奧‧曼托 (Mario Manto)提出了自己的假設。可是……“這些大腦結構都有各自的功能,它們如何做到身兼數職呢?”

6 “第二條路” 第三個大腦一分為二的病例也是難解之謎。正常情況下,左右半腦之間的信息流通是必不可少的。神經外科醫生都知道,神經橋樑若被切斷, 如有些嚴重的癲癇患者,患者的語言、動作、對所見物體的理解……都會受到影響,至少是暫時性的。而在第三個病例中,似乎一切正常。這表明,這位病人的大腦應該找到了“第二條路”用於傳輸信息……或者每個半腦自力更生,應付掉了另一半大腦的工作。

7 大腦在大幅變化後還能正常運作,這挑戰了我們對其“再塑”能力的認知。對於神經科學家而言,最典型的例子就是盲人。在他們的大腦中,視覺皮層被用於觸覺――這是盲文閱讀可行的關鍵。只是,“被招募”用來輔助手指的視覺皮層生來就在該在的位置上,即大腦後部。先天失明的人從未能獲得視覺信息, 因而這部份大腦皮層是閑置的。但是, 在上文提及的三個病人的腦殼中並非如此: 他們的大腦本身就缺了一大塊,沒有荒地可以開墾!

8 因此, 要解釋這些不健全的大腦是如何履行任務的,必須假設沒有存在更為基本的補償方式。
關注這些奇特病例的研究者首先想到的是“功能沉餘”。日內瓦大學計算認知神經科學實驗室主任亞歷山大‧普熱 (Alexandre Pouget) 解釋說: “也就是某些系統功能有交叉。其中一個發生故障, 其他系統就會接過接力棒。”

9 舉一個大腦功能沉餘的例子。控制雙眼運動的皮層區域有兩個。其一位於頂上小葉, 其二位於額葉。“我們觀察了這兩個區域中不同種類神經元的活動, 得到了極為相似的答案。”亞歷山大‧普熱瓦表示。結論:其中之一若發生病變,另一個能部份承擔其職能。 推論: 在“空腦人”的腦殼裏,神經元的數量並不足以保証功能沉餘,但對於維持基本的正常活動已是足夠。

10 要知道,沉餘不僅發生於大腦的宏觀區域,也存在於神經元: 同樣一個信息經過編碼, 存儲在數百個神經元中。這是生物進化應對神經元日常自然消耗而發明的一招: 雖然有些神經元死去,但思想和記憶還是保留了下來。
這一沉餘的程度如何呢? 從生物神經運作中得到靈感的人工神經網絡,可以讓我們對此有一個概念。“訓練一個人工神經網絡辨識物品, 然後, 從中陸續抽掉20%、30%、40% 的神經網絡的辨識能力慢慢變差,亞歷山大‧普熱解釋說,“但要抽掉80% 的神經元才會真正導致巨大的差異。”

11 强悍的神經密碼 對帕金森病人的觀察印証了這一估測。該疾病最為典型的運動問題就是由多巴胺能神經元不斷減少引起的。然而, 只有90% 的多巴胺能神經元消失後, 症狀才會顯現出來。由此可見神經信號是多麼頑强。這或許能夠解釋, 為什麼儘管大腦縮小了一半,“空腦人”還是能照常過日子。 不過,功能沉餘並不是大腦彌補其不足的唯一秘笈。大腦的構造允許其多個區域都能承擔不同的功能。

12 亞歷山大‧普熱指出: “如果我在顯微鏡下向你展示次級視覺皮層或布羅卡區(主管語言)的切片,你絶對分不清楚哪個是哪個。”換言之, 大腦皮層各處的計算能力幾乎一樣。“視覺區域和語言區域的差別在於輸入信息。但在計算能力上,兩者大抵相似。失去慣常信息來源的某部大腦皮層,會很快被轉作處理其他輸入信息。”“空腦人”的腦殼下還殘留一點大腦皮層,就是這點皮層擔負起了本該由缺件區域完成的運算……

13 缺少小腦的中國女子的病例更令人疑惑,因為大腦皮層和小腦的構造截然不同。“也就是說,大腦皮層或其他區域替代了缺少的小腦,儘管上述部份的功能從理論上來說完全不同。”亞力山大‧普熱設想道。
事實上,某一大腦區域並不拘泥於單一功能的觀點而今已成主流。最近,劍橋大學神經科學家邁克爾‧安德森 (Michael Anderson) 將這觀點升格為“大腦組織的基本原則”。

14 以該理論為指導,邁克爾‧安德森2010年整理了1469份研究報告,它們涉及11個認知層面的大腦活動: 視覺、聽覺、注意力、情感、語言、記憶等。邁克爾‧安德森將大腦皮層隨意地劃分成66個區域,他發現,每個區域平均要參與這11項認知活動中的9項! 這就証明,很多最初為特定功能而建的神經回路,在保留原始功能的基礎上, 後來都被用於他途。邁克爾‧安德森把這一現象稱作“神經再利用”。

15 這或許也能解釋“空腦人”為何能夠維持大腦的認知功能。“可能在他的大腦中或者說剩下的大腦組織中,所有未受損傷的組織都參與到了複雜且多樣的任務中。”克里斯蒂安‧赫里如是認為。
功能沉餘,神經再利用,還有神經之間的新連接――神經科學家對大腦的這種“可塑性”並不陌生,它們都表明,大腦確確實實具備極其强大的補償機制。 許多大腦區域都可以挪作它用, 因為它們扮演着後備軍的角色。神經元可以從一個功能轉變為另一個功能,並數百次地編碼傳送同一條信息。這難以置信的適應力似乎解釋了為什麼極為有限的大腦也能確保正常的生活。

16  極為脆弱 但實際情況沒那麼簡單。跟踪三個特殊病人的研究人員指出,這三人的大腦適應能力已經運用了極限。他們也因此而變得極為脆弱。空腦人“可能每時每刻都要百分之百地調動大腦,每個區域的能力都被開發到了極致。一點點病變或許就會導致災難性的後果。”瑪麗‧蒙唐 (Marie Montant) 如是猜想,她在艾克斯 – 馬賽大學的認知心理學實驗室工作。

17 有件事可以肯定: 有缺陷的大腦或許能運轉如常,但這些損傷不能突然出現。疾病或者事故會突然重創成人大腦的大片區域, 必將導致嚴重的後果 (殘疾、失憶、語言喪失……)。
克里斯蒂安‧赫里着重指出,本文提及的三病例,“病變都是循序漸進的”。這三個人的人生本來平淡無奇, 但在一次普通問診之後迎來了轉折點,他們為科學家提供了人類大腦適應性的絶佳証明。

18 “腦子進水的男人” 他的外表和談吐與你我沒有任何差別。年屆半百,他是個公務員,已婚,有兩個孩子,平時也做些運動。2006年6月的一天,他因為背痛去醫院問診。“就是坐骨神經痛。”他後來的主治醫生,馬賽拉蒂莫納醫院神經科大夫讓‧珀勒蒂埃 (Jean Pelletier) 介紹說。醫生在檢查過程中得知病人從幼時起就服用苯巴比妥,用於治療癲癇。病人解釋說,出生時他患有腦積水。為緩解積液對腦組織的壓迫,醫生在他6個月的時候給他做了引流手術,將多餘液體排入血管。手術之後,醫生給他開了苯巴比妥,這是針對此類病症的常規葯物。

19 到了7歲,引流口變小,所以重新做了一個。此後,男子照常生活,再也沒去看過神經科醫生,就這樣過了很多年。“為了核實那個引流手術,我建議做一個核磁共振。”讓‧珀勒蒂埃回憶道。結果他大吃一驚,他發現病人的腦子裏幾乎只有水。“他現在比7歲的時候大多了,引流洞已無法及時排出液體。”壓力增大,大腦逐漸被壓縮,直到只剩下薄薄一層組織緊貼在腦殼上,腦容量縮減了50% 到75%!“灰質(神經元細胞體) 和白質(神經突起)遭到碾壓。至於基底神經結(也叫“基底核”,控制運動神經,位於大腦中心),在他的磁共振成像中根本就找不到了!”醫生們於是對他進行了一系列神經心理學測試,以評估這位獨一無二的病人的認知能力。

20 然而, 出乎所有人的意外,測試結果正常得無懈可擊。智商75固然不算高,但其他方面,“鑒於他的年紀和社會文化背景,也算是在正常範圍內。”讓‧珀勒蒂埃說道,“可是,該如何解釋只擁有這點大腦的人音竟然過着正常的生活,在智力和生理方面都一切正常呢?” 為了解答疑問,剖析大腦結構還不夠,還需要研究它的運作。因此,珀勒蒂埃團隊在未來幾個月中將借助功能磁共振進行一系列的分析,這項技術能幫助研究者觀察各個大腦區域在得到一項任務後的活動情況。“該男子的大腦構造應該十分特殊。為了完成一個小小的認知或者運動任務,它需要調動多個區域。”珀勒蒂埃預測道。

21 沒有小腦的女人 2013年1月,一名24 歲,育有一子的中國女性前往山東省的一家醫院看病。一個月來,她一直感到惡心,嘔吐不止。醫生決定給她的大腦拍些片子(X光以及核磁共振)。檢查結果那是聞所未聞。這位女士能走、能說、似乎過着完全正常的生活――確診之後幾個月還懷上了二胎――但她從出生那刻起就沒有小腦!

22 小腦位於顱腔後部,僅佔大腦體積的十分之一, 但包含有50% 的神經元。在學習能力以及動作協調方面,小腦起了關鍵作用。神經科學家懷疑小腦與注意力、語言、空間定位等認知功能有關。醫生刨根究底,發現這名年輕女子也不是沒有問題。她自小平衡感不好, 7歲之前不會走路,6歲之前無法口齒清晰地表達。然而,這仍是一個特殊案例。

23 正如治療團隊在《大腦》(Brain)雜誌上發表的報告所說: “發音困難和運動失調儘管存在,但比起通常小腦缺失可能引發的問題,這些可算輕微之至。”也有其他人生下來就沒有這部份腦結構,他們的病症一般要嚴重得多,甚至致命。”在大多數小腦缺失的病例中,我們總能找到一星半點小腦組織,”布魯塞爾實驗神經學實驗室研究員,神經科醫生馬里奧‧曼托介紹道,“然而,該名女病人連這點組織也沒有。這才是這個病例的魅力所在。

24 大腦一分為二的男人 我們這個罹患阿爾茨海默病和老年痴呆的人數不斷增長的時代,活到88歲高齡還沒神經性疾病的困擾,可算是了不起的成就。對於HW而言,甚至是個奇跡。因為他的大腦和別人的不太一樣: HW的大腦是一分為二的! 2013年, HW在美國心理學家娜塔莉‧布雷西亞 (Natalie Brescian)那裏就診。他的記憶近來出現了一點問題,有時還會感到無法控制左手。鑒於他的年紀,這也沒有什麼好特別驚呀的。

25 除此之外,沒有任何特殊之處。智商109完全正常、語言理解力、注意力、規劃能力、聽覺也都正常……他完全獨立自主, 可以自在地和他人溝通,還能駕車――他大半輩子是靠給花店送花為生。“該男子從未有過明顯的神經性行為問題。”參與治療的心理學家卡爾頓‧加斯 (Carlton Gass) 指出。神經科醫生給他做了一個核磁共振,結果意外地發現他的大腦其實分成了獨立的兩半!如同橋樑連接起左右半腦的胼胝體,在他的腦中並不存在,胼胝體由大約2億根神經纖維構成,在兩個半腦之間實時傳送信息,我們的左右半腦因此協調工作。

26 這個如此嚴重的大腦缺陷為什麼幾乎沒有造成功能障礙呢
這個如此嚴重的大腦缺陷為什麼幾乎沒有造成功能障礙呢? 為治療某些癲癇患者,神經外科醫生有時會切除胼胝體,目的是避免健康的半腦受到病變半腦的感染。但大腦運轉會受到嚴重影響。比如,把一件物品放在切除了胼胝體的病人的左手中, 在無法看見物品的情況下,他們無法準確說出物品名稱。而在大腦一分為二的HW身上,却沒有此類問題。“照他的情況,信息可能通過別的區域來傳遞。”巴黎特魯索醫院兒童神經科醫生瑪麗- 洛爾塔爾 (Marie-Laure Moutard) 猜想說,“可能在其他層面,左右半腦之間還存在着一些接連道。”

27 自以為死了的男人 有缺陷的大腦並不妨礙正常生活, 這一結論夠有顛覆性的吧? 反之, 正常的大腦也不能保証過上正常日子! 格雷厄姆就是這樣的情況, 2008年,他聯系了埃克塞特大學心理系。他能動彈、能說話、能思考‚但沒興趣做這些,他感到不再需要吃飯睡覺。CT掃描顯示,他的大腦健康,沒有病變。大腦異常是在其他方面: 他的大腦活動和植物人的一樣。“我從沒見過一個大腦活動這樣不正常的人還能站能說!”在列日回旋加速器研究中心研究該病例的比利時大腦成像專家史蒂文‧洛雷 (Steven Laureys) 表示。 全文完