吳青

用一把簡單的秤，你能否稱量大腦活動變化？一位19世紀(jì)科學(xué)家在這方面的工作，給了現(xiàn)代科學(xué)家以啟迪。

在一間擺著各種奇異儀器的寬大實驗室里，一位留著胡子的科學(xué)家正在打理仰臥在一張床上的一名男子。這張床有些奇怪，它看上去更像是蹺蹺板?？茖W(xué)家調(diào)試一下床這頭的閥門，又調(diào)整一下床那頭的平衡物，但目光始終沒離開轉(zhuǎn)筒上展開的一根跳動的線。如果他的想法沒錯，線的跳動就反映了這名男子的思緒起伏。

這個名叫安格魯·莫索的科學(xué)家，也許會把自己的這個裝置稱為“靈魂之秤”。但實際上，他的興趣是出于純粹的科學(xué)。在大腦成像儀問世之前100多年，這位19世紀(jì)生理學(xué)家顯然就已找到一種方法：運用一把簡單的秤，稱量神經(jīng)活動變化。直到最近，由于對莫索這一實驗的了解太少，科學(xué)家一直無法確知他的思路是否可行?，F(xiàn)在，他的原始草稿終于浮現(xiàn)，這能否揭示他的實驗是否有效呢？

當(dāng)莫索在意大利都靈的實驗室里工作之時，他的生涯已經(jīng)與他的平凡出生形成強(qiáng)烈反差。莫索1846年5月30日生于一個木匠之家，他的大部分童年時期都在相對貧困中度過。然而，上佳的學(xué)習(xí)表現(xiàn)為他贏得助學(xué)金，讓他得以進(jìn)入都靈大學(xué)學(xué)醫(yī)。1870年畢業(yè)后，他在5年里去過歐洲的一些最好的實驗室，然后回到大學(xué)待了30年之久。

莫索的興趣很廣泛，從循環(huán)和肌肉疲勞到情感生理學(xué)無所不包。在他生命的最后幾年里，他甚至開始探索考古學(xué)。莫索不僅是一個全才，而且他在各方面的成就都不膚淺。受他影響，都靈生理學(xué)院蓬勃發(fā)展，成為當(dāng)時意大利科學(xué)家的一個朝圣地。莫索本人甚至獲得了諾貝爾獎提名。

推動莫索在許多方面的研究的動因，是他在父親的木工店里學(xué)到的知識。如果缺乏實驗設(shè)備，他就自己動手造。每當(dāng)有機(jī)會，這種工程師心態(tài)就讓他勇于自我試驗。例如，在研究由高度產(chǎn)生的效應(yīng)時，他和助手喬喬輪番進(jìn)入模擬山頂條件的低壓艙。莫索的女兒在其所著的父親傳記中如此描述這一實驗：“所有目光都聚焦在這位男子臉上，他現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入人跡罕至的危險地帶……”到達(dá)相當(dāng)于8000米高峰的氣壓水平時，莫索示意停止。喬喬長舒了一口氣，讓空氣進(jìn)入實驗艙。艙門打開，“我父親釀蹌著走了出來。為了不至于跌倒，他不得不靠在墻上?！蹦髡`以為高山病是由二氧化碳含量低而非氧含量低造成的。頗有戲劇性的是，正是因為他不斷增加實驗艙里的氧含量，才讓他保住性命。

盡管這類實驗頗為大膽，莫索在大腦方面的研究卻最令今天的心理學(xué)家感興趣。莫索是最早相信進(jìn)入大腦的血流量會依據(jù)我們正在進(jìn)行的思考內(nèi)容而改變的人之一，思考越費力，涌進(jìn)頭骨驅(qū)動神經(jīng)元的血液也越多。相似的原則是功能性磁共振成像等技術(shù)的核心，這種成像測量的是出入不同大腦區(qū)域（與其活性相比較）的血流量?，F(xiàn)代神經(jīng)成像其實與一個古老的概念有關(guān)，因為不可能直接測量神經(jīng)活動，但可以觀察神經(jīng)活動的影子，其中之一就是血流量的改變。而在莫索時代，這個概念頗具爭議性。

莫索最初的方法是檢驗有顱骨缺陷的人，這些人的部分大腦未被硬骨覆蓋。他用一個充滿空氣的封閉艙包裹這些人的頭部，隨著血液進(jìn)出大腦，大腦軟組織就會上下跳動，艙中空氣量變化會記錄在一個顯示器上。莫索由此證明，當(dāng)一個人進(jìn)行復(fù)雜計算時，其大腦搏動幅度更大。現(xiàn)代神經(jīng)心理學(xué)研究證明，莫索的這一判斷不僅是準(zhǔn)確的，而且是最早的。

這類頭骨缺陷很少見，所以莫索也尋找其他方法測量頭骨完整者的相同大腦活動。其結(jié)果就是他的“靈魂之秤”。1890年的一本書籍——《心理學(xué)原則》中，對這種“秤”有簡短的描述：它是一張“精細(xì)平衡的桌子”，隨著進(jìn)入大腦的血流量增加，桌子向接受測量者頭部所在端傾斜。然而，莫索自己對這一實驗的記述卻未得到廣泛報告，并且很快就失傳了，這就意味著現(xiàn)代人很難搞清“靈魂之秤”是否正如《心理學(xué)原則》中所描述的那樣工作。

100多年后，上述理念卻抓住了英國瑞丁大學(xué)“合成神經(jīng)科學(xué)與神經(jīng)動力學(xué)中心”科學(xué)家戴維·菲爾德和勞拉·茵曼的想象力，他們決定依據(jù)《心理學(xué)原則》一書中的描述建造一部“靈魂之秤”。它基本上就是一根杠桿：一名志愿者躺在上面，整個裝置被調(diào)試，直到引力中心正好位于支點上方，從而使得整個裝置能回應(yīng)隨著血流進(jìn)出頭部而發(fā)生的很小的重量變化。

菲爾德和茵曼很快就發(fā)現(xiàn)，他們的裝置過于靈敏，總是倒向一端。他們首先想到的是，這種裝置永遠(yuǎn)不可能達(dá)到水平平衡。但他們并未放棄，而是盡力補(bǔ)救。他們讓這個裝置稍稍向頭顱所在那一端傾斜，以便它靠在一部電子秤上面，電子秤同時測量正施加給“靈魂之秤”的微妙力量。

解決這個問題后，實驗人員接著發(fā)現(xiàn)，呼吸和心跳之類的人體內(nèi)部運動造成的震動會主導(dǎo)讀數(shù)，因為這類運動力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于與大腦活動相關(guān)的改變。他們的解決辦法是，隨著志愿者經(jīng)歷不同的場景和聲音，從“靈魂之秤”記錄到的力量中用電腦減去人體內(nèi)部運動造成的震動。經(jīng)過仔細(xì)分析，他們得出結(jié)論：大腦重量的確會隨著刺激而改變，只不過改變程度很輕微——通常不到1%牛頓。

如此看來，“靈魂之秤”在理論上確實是可以工作的。不過，莫索當(dāng)初是否也克服了以上挑戰(zhàn)？或者，正如菲爾德當(dāng)初所懷疑的那樣，莫索只是個“騙子”？直到數(shù)位學(xué)者2013年發(fā)現(xiàn)莫索的手稿，并發(fā)表對他的相關(guān)實驗的詳細(xì)描述后，菲爾德才意識到莫索當(dāng)年曾面臨他和茵曼遇到的同樣難題。

與菲爾德不同，莫索讓他的裝置搖擺，正是這種蹺蹺板運動造成了反映志愿者思想的搖擺曲線。但為了不讓裝置向兩側(cè)搖晃太厲害，他把可調(diào)平衡物懸掛在桌子底面，以抑制桌子的運動。莫索還設(shè)法把身體其余部分的振動也考慮進(jìn)來：使用改進(jìn)的儀器測量四肢與脈搏相關(guān)的變化，以及測量胸部與呼吸有關(guān)的變化。通過比較這些變化和秤的運動，莫索得以確定與大腦相關(guān)的血流量改變，其原理與菲爾德和茵曼在實驗中的解釋基本相同。

上述學(xué)者的論文中，包括莫索講述的他針對喬喬和他的一名22歲學(xué)生的“思想稱重”實驗情況的譯文。例如，他報告說，一次警報聲增加了進(jìn)入志愿者大腦的血流量。在后來的實驗中，他讓志愿者閱讀報紙、小說和哲學(xué)文章段落，并且報告說秤在志愿者讀哲學(xué)文章時傾斜最快，而哲學(xué)文章顯然在這三種文章中最難讀。

盡管有這些講述，上述學(xué)者卻無法確定莫索的“靈魂之秤”精度如何。但這并不重要，重要的是莫索開了大腦活動研究的先河，同時又考慮到了現(xiàn)代神經(jīng)成像專家所面臨的問題。例如，今天的科學(xué)家在運用磁共振成像儀時仍然需要考慮由心跳和呼吸引起的振動，并且他們也需要像莫索那樣讓“信噪比”最大化。莫索還有一點很了不起：他在做結(jié)論時考慮到了性別、年齡和教育背景等因素。莫索的“靈魂之秤”目前存放在都靈的“科技檔案館”里，科學(xué)家準(zhǔn)備圍繞它辦一次專門的展覽。

耐人尋味的是，雖然有了不少進(jìn)展，但現(xiàn)代神經(jīng)成像學(xué)家依然能夠從莫索那里學(xué)到不少東西。菲爾德指出，通過比較大腦不同部位的充氧血和去氧血的相對分布，磁共振成像儀能讓你看見大腦的哪些部位更忙碌。但與“靈魂之秤”不同，它不能揭示總血流量變化，因此不能表明哪種情況要求大腦總體上更努力工作?！办`魂之秤”在研究醫(yī)藥方面也有用場。試想，有一種藥物可能影響大腦血流量，磁共振成像儀不能查明這方面情況，但“靈魂之秤”卻能。

菲爾德也在考慮用改進(jìn)的“靈魂之秤”研究另一個問題。如果讓支點縱向移動，“靈魂之秤”或許就能測量兩個大腦半球的活性差異，這有助于解決“左腦”和“右腦”是否在某些任務(wù)中更活躍的問題。菲爾德不知道這一想法是否可行，但他決心嘗試。他說：“做科研這些年來我發(fā)現(xiàn)，不嘗試你就不知道?！?/p>

莫索對此無疑會認(rèn)同。然而，當(dāng)初他在實驗室里搗騰時，不可能想象到自己的先驅(qū)性工作將會帶來的后續(xù)性進(jìn)步，也不可能想象到后人會竭盡全力重建他在100多年前發(fā)明的“靈魂之秤”，并且在其中獲得可引發(fā)技術(shù)革命的種種啟迪。