《三磅宇宙与神奇心智》

 

 

 

“我们从事的科学研究看上去不大像中学里教给我们的那种科学，我们感到我们就像15世纪的探险家哥伦布那样，扬帆前望那只是为了发现有可能发现些什么。我猜想科学中的许多领域，尤其是生物科学基本上就是这种意义下的探索。”

 

 

接下来这本书《三磅宇宙与神奇心智》，主要讲的是关于心智方面的故事。这里面我也仅仅讲一个故事，就是诺贝尔奖得主休伯尔和维泽尔他们发现感受野的概念。他们发现在皮层里面，有些细胞它能够检测，就是视知觉里面的那个边界。这个他们是怎么发现的？来讲这个故事。

 

这个要讲到神经系统里面的所谓感受野。感受野首先是由一个诺贝尔得主哈特兰在30年代的时候，研究青蛙的视网膜里面的细胞提出的。他发现青蛙的视网膜里面的细胞，有的细胞它是对于当你给光的时候，光开始亮的时候它有反应；有的是对光暗掉了它有反应；有的是对于光或亮或暗有反应。而且他发现这种刺激不是说在所有的视网膜上面都能够使这个细胞有感受，而仅仅是落在视网膜一定的区域上面，才能使这个神经细胞有反应。那么这个区域就叫做这个细胞的“感受野”。这是哈特兰首先提出的 “感受野”的概念。

 

到了50年代，匈牙利裔美国神经科学家库夫勒，就把这个概念推广到了哺乳动物猫的视网膜上面。他发现猫的视网膜上面的神经节细胞的感受野有一定的结构，有的细胞它的中心是当给光的时候它有反应；当给它的外周的时候，它有一种同心圆的结构，可以中心的时候给光有反应，而给外周的时候撤光的时候有反应。而同时给光的话，这两个之间中心和外面是互相拮抗，就互相对消的。所以如果给一个弥散光落在视网膜上面，这种细胞没反应，因为它两个正好对消了。还有一种细胞，中心是撤光有反应，而外周是给光有反应。所以他发现了这样一个不同类型的感受野。这是关于猫的视网膜上面的感受野。

 

后来库夫勒在一次开会的时候，在走廊里面他碰到了诺奖得主阿德里安。阿德里安就问了他一个问题，说：“你讲的这个猫的视网膜里面神经节细胞它的感受野的性质是这样的，那么脑子里面的视皮层细胞的感受野是不是也是这样的？”当时库夫勒没法回答，因为他没做这个实验。来回答这个问题的就是他的两个博士后，这两位博士后后来也得了诺贝尔奖，一个就是休伯尔，一个就是维泽尔。休伯尔在到库夫勒那去工作之前，他开始是做了两个事情。一个事情是他发明了一种钨丝电极。这个钨丝微电极可以插到皮层里面去，比较方便。维泽尔还专门到他那个实验室里面去取经，这是他们第一次见到，在那以后就为他们的合作搭了一个桥梁。

 

 

另外一个，他开始的时候，休伯尔是想做那个研究。就是当猫睡着的时候，睡眠对初级视皮层的神经细胞的反应有什么影响？因为我们知道，睡着的时候，眼睛闭起来的时候，当然把光打进去，通过眼皮模模糊糊的，等于是弥散光，所以一开始他的刺激是弥散光。因为他要对照睡着的时候和醒着的时候，睡着的时候是弥散光，那醒着的时候也得用弥散光，那么他想做这个事情。但当他想做这个事情的时候，有的同事就说你为什么要去做这个事情？你要想做猫的初级视皮层的细胞的反应，这个实验德国科学家荣格六年以前就已经做了。荣格六年以前就设计了一套非常高级的设备，这套设备花了他两年时间，是把弥散光投射在视网膜上面，然后再记录视皮层上面的细胞。当时，世界上面做得最好的就是荣格，已经是很有名了。他已经做了六年了还在做，你刚刚开始，设备都是凑起来的；他是个大教授，你仅仅是个博士后，你怎么做都比不过他，你们俩不在一个起跑线上面。但是休伯尔不那么认为，一开始他倒是觉得，我是要做它对于睡眠的影响，和这也没多大关系。后来他到了库夫勒那儿，正好他开始是到约翰・霍普金斯这个大学的叫凡农・芒卡斯尔教授去做博士后。但芒卡斯尔告诉他不巧，他说正好我这实验室要重新装修，要一年时间。也可以讲太巧了，因为他不能到芒卡斯尔那去。库夫勒就问他，你既然一年不能去，那么你到我这儿来和维泽尔一块做怎么样，反正有一年的空。他说“好”，就到库夫勒那里去。到了库夫勒那儿，他发现好像一切都是现成的。因为库夫勒在视网膜上面做得很细致。我前面讲了，就是把不同的光投射在视网膜上面，一点点看这个细胞有什么反应，然后来记录细胞有反应的时候这个光投在什么地方，那么就可以把感受野画出来。

 

另外一方面，由于荣格的工作得到了视皮层上面的神经细胞的反应了，一共有几种反应。有几种反应就和库夫勒在视网膜神经细胞上面得到的反应基本上一样的。还有一种反应是当弥散光照在上面去的时候，根本没反应。所以荣格把它叫做A细胞，大概占一半细胞，他认为这种细胞没有多少信息。但是后来休伯尔和维泽尔插进去一看，把微电极插进去一看，荣格说有反应的那些细胞，实际上都是落在初级视皮层的白质上面。所谓白质也就是讲是从外侧膝状体投射到视网膜的神经纤维上面，而不是真正的视皮层的神经细胞。而休伯尔自己曾经在外侧膝状体上面做过实验，其实它的性质和视网膜神经节细胞差不多。它好像是个中继站，就完全把你的信号照搬再传过去。

 

所以，这样子的话他就发现荣格所有的成绩，它有特别反应的其实不是皮层上面的细胞，其他的细胞对弥散光没反应，这样的话没太多信息。而且他发现如果他把手在猫的眼睛前面挥动的话，那他发现荣格讲没有反应的细胞，对一定方向的运动它有反应。所以你不能讲它对弥散光完全没反应，它只对于一些很特殊的刺激有反应。所以他觉得他不能再用弥散光来做刺激了，当然，最现成的就是库夫勒用的点光源，一个小光点或者是一个小黑点。但是开始的时候做也没有用，他做的时候是怎么做呢？他不像荣格有钱，可以做一个很高级的仪器。而且因为他只是在那过渡一年，那么只好用现成的东西。所以他直接就用了一个幻灯机，幻灯机里面就把一个幻灯片插进去。比如说插一个光点，就是一个金属薄片，薄片上面开一个小窟窿眼，然后用幻灯机打进去，打在屏幕上面。让猫的眼睛看那个屏幕。如果说是一个黑点，那么就用一个玻璃片，玻璃片上面黏了一个小黑点，然后把这个东西插到那个幻灯机里面去来放。因为原来他用的仪器是库夫勒做那个猫的视网膜的，猫视网膜因为要看，那个电极是插到猫的视网膜的什么地方。所以这个猫的头是仰起来的。电极插在那，他可以看到这个光是投在什么地方。现在，他固定猫的脑袋其实是用这套仪器。所以猫的脑袋也是朝天固定，那么这个时候猫要看就是朝天看。所以他的那个屏幕就是拿了一块幕布放在屋顶上面，就像一个马戏团那样。所以芒卡斯尔进来一看吓了一跳，怎么这样做实验。一开始没有得到很好的结果，后来有一天他们取得一个突破性的进展。

 

那么我就把休伯尔在诺贝尔奖获奖演讲里面的回忆，我来把它读出来。“我们最初的发现纯属偶然。我们做了一个月左右的实验。我们用的还是那台眼底镜，但是进展甚微：我们记录的皮层细胞对光点和光环根本就没有反应。有一天，我们记录到了一个特别稳定的细胞。它一直工作了9个小时，其结果使我们对有关皮层是如何工作的这一问题的想法大为改观。在头上三、四个小时里面我们什么也没有发现，然后当刺激视网膜靠近外周的一些地方时，得到了一些没有规则的反应。但是当我们把中间粘有黑点的玻璃板插到投影眼底镜里面去的时候，用来监视神经脉冲发放的扬声器发出了一连串像机关枪一样的声响。在经过一阵茫然不知所措之后，我们终于找到了引起神经细胞发放的原因所在。原来，这个反应和玻璃板上的黑点一点关系都没有。实际上，是在我们把玻璃板插到缝里去的时候，玻璃片的边缘在视网膜上投下了一条虽然比较暗淡但是很分明的阴影。这也就是说，在亮背景上的一条暗直线刺激了细胞的感受野。这就是引起这个细胞发放所需要的刺激，不仅如此，要这个细胞引起反应，这种直线的朝向还只能落在一个很小的角度范围里。”

 

所以他这个发现是纯属偶然，讲在初级视皮层里面有细胞它对弥散光没有反应，它对光点没有反应，它对黑点也没有反应。但是它对一条暗的直线，而且这条暗的直线还要一定的朝向，所以讲它只有一定的朝向这样一个方向，它才有反应，其他的方向它就没有反应。

 

所以这个事情可以讲休伯尔他们的思想完全是开放的。如果说仅仅一下就是盯住，完全是照搬库夫勒的想法，用小光点，那就完了。他可能认为这个时候的发现也许是一种伪迹，是干扰，而不知道是什么，那这个机缘就过去了。他就讲他看到这个事情，他就想到我们原来用的刺激错了，正确的刺激应该是一定朝向的。后来他们就继续这样做下去，得到了很多的数据。最后，他们就要拿这个实验写了个报告，要投到生理学大会上面去。当然，这个时候他们要把报告给库夫勒看一下，要给老板看一下。第二天，当休伯尔进实验室的时候，维泽尔跑进来说，可能老板不太喜欢，因为在那个草稿上面，库夫勒修改的字数比他们写的字数还要多。但是不管怎么说，最后他们的工作是得到了录用，而这个工作也奠定了他们后来得诺贝尔奖的基础。

 

所以这个事情从起跑线上面来说，和休伯尔、维泽尔比，荣格要遥遥领先的多。但是他没有像休伯尔这样，先大致上做一点实验，而一头扎进了一种方法。他没有及时领悟到他们所用的刺激形式对视皮层细胞来说是无效的。尽管哈特兰曾经告诉过他，说他曾经用弥散光背景下面的移动的小的一根杆状的东西动来动去，来寻找那个撤光的神经元。荣格后来抱怨说，他把哈特兰的这句话讲给他同事听的话，同事们都觉得拿一根小的棒，动来动去，这个一点都不科学，一点都不系统化，刺激也是不定量等等。所以他后来很后悔。

 

但是后来休伯尔是样回忆的，他说：“我们从事的科学研究看上去不大像中学里教给我们的那种科学，科学就好像是一些定律、假设、实验证实、推广等等。我们感到我们就像15世纪的探险家哥伦布那样，扬帆望前那只是为了发现有可能发现些什么。或者说我们有些‘假设’的话，也只是有关脑、特别是皮层的一种朴素的想法，有着种种有序复杂性的脑接收到输入的信息必须做出某些在生物学上有意义的处理，其输出一定要比输入更精巧。因此我们记录细胞是要看我们能够发现些什么。我猜想科学中的许多领域，尤其是生物科学基本上就是这种意义下的探索。”所以讲，他的话的意思就是你不要很固执某一种想法，而要保持你的脑子开放，来看你里面能够找到什么。

 

那么这是两本关于神经科学的一个个像我刚才讲的这样的故事。当然因为时间局限，我这里面只讲了一个故事，其他的故事多的不得了，要看就看这两本书。