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意識存在於(yu) 哪裏？

這是一個(ge) 困擾了人類幾千年的問題。在古代，我們(men) 的先人認為(wei) 意識存在於(yu) 心中。這從(cong) 我們(men) 學過的古詩之中便可以看出來，像李白所寫(xie) 的“我寄愁心與(yu) 明月，隨君直到夜郎西”，愁思所在的地方是心而不是別的地方。

然而隨著科學尤其是解剖學的發展，人們(men) 發現心好像隻是一團泵送血液的肌肉，我們(men) 的意識應該寄存在我們(men) 的腦中。但是由於(yu) 大腦實在過於(yu) 複雜，解剖學對於(yu) 腦的研究就有些束手無策。直到現代腦電、腦外科手術等技術的成熟，腦科學才開始飛速發展，我們(men) 才逐漸揭開腦的神秘麵紗。

Part. 1

大腦不等於(yu) 腦

腦 （圖源：維基百科）

腦是人體(ti) 神經係統的中心器官，和脊髓一起構成了人的中樞神經係統。腦包括大腦（cerebrum），小腦（cerebellum）和腦幹（brainstem）三個(ge) 部分：

大腦是人腦最大的部分，也是我們(men) 意識的來源；小腦影響運動的起始、計劃和協調，主要起到維持身體(ti) 平衡的作用；而腦幹是控製各項生命活動的中樞，如維持心跳、呼吸等這些活動都是腦幹自主維持的，所以在昏迷或者睡著時我們(men) 依然不會(hui) 忘記呼吸或心跳。人也因為(wei) 這一點無法憋氣憋死自己，因為(wei) 當我們(men) 憋氣進入昏迷狀態的時候，腦幹便會(hui) 自動接過呼吸的控製權，讓我們(men) 恢複呼吸。

雖然小腦和腦幹對基礎的生命活動的重要性甚至大於(yu) 大腦，比如植物人大腦基本停止活動但是僅(jin) 憑腦幹仍能維持基本生命體(ti) 征，而腦幹一旦停止活動就會(hui) 宣告患者的腦死亡，也就是醫學死亡；但是我們(men) 意識的產(chan) 生僅(jin) 與(yu) 大腦有關(guan) 係，大腦的不同區域分別控製著我們(men) 的性格、情緒、記憶、肢體(ti) 運動……

腦的結構（ 圖源：百度百科）

這些結論是怎麽(me) 得出的呢？下麵就讓筆者介紹兩(liang) 個(ge) 腦科學醫學手術上的“黑曆史”，帶大家了解大腦的功能和大腦的神奇之處。

Part. 2

大腦皮層：意識的物質基礎

大腦皮層，顧名思義(yi) ，就是大腦表麵的灰質。我們(men) 都聽說過一個(ge) 說法：大腦表麵溝壑越多，人就越聰明，這個(ge) 說法是有一定的科學道理的。大腦皮層是人體(ti) 思維器官，是高級神經活動的物質基礎。大腦表麵凹凸不平，這就是為(wei) 了增加大腦皮層的麵積，大腦皮層麵積越大，人也就越聰明。

在結構上，大腦皮層分為(wei) 左右兩(liang) 個(ge) 半球，有著額葉、頂葉等腦區，不同的大腦分區發揮著不同作用，例如枕葉負責接收視覺信息，頂葉處理運動指令和身體(ti) 的感知，而聽覺信息則由顳葉處理等。

1. 腦外科的“黑魔法”——額葉切除術

額葉是大腦發育中最高級的部分，在25歲才會(hui) 發育成熟。它包括初級運動區、前運動區和前額葉。額葉的位置是中央溝以前，也就是我們(men) 額頭後部的一片大腦皮層。它負責思維、演算，個(ge) 體(ti) 的情感，使活動服從(cong) 於(yu) 堅定意圖和動機。

大腦分區（ 圖源：Sebastian023, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=21020857）

基於(yu) 額葉的重要功能，額葉被認為(wei) 是人高級認知功能的基礎。但為(wei) 了認識到這一點，我們(men) 付出了慘痛的代價(jia) 。

1935年，莫尼斯為(wei) 了治療精神病患者，向患者的額葉注射酒精以殺死神經細胞，從(cong) 而切斷患者額葉與(yu) 其他腦區的聯係。患者術後基本上都沒了之前的癲狂、躁動、抑鬱等行為(wei) ，並且也沒有留下任何嚴(yan) 重的後遺症。在莫尼斯發布這一手術後，多名醫師也嚐試了這一手術，結果喜人。因此，莫尼斯便草草下結論：“額葉切除術是一種簡單、安全的手術，很可能是一種可以高效治療精神障礙的外科手術。”莫斯利也因此獲得了1949年的諾貝爾生理或醫學獎。

但是，噩夢就此開始。

1945年，弗裏曼醫生發明了一種簡單快速的額葉切除術的手術方法——“冰錐療法”，也就是用小錘子把冰錐由眼眶刺入大腦，之後攪動冰錐，從(cong) 而切斷額葉和其他部分的聯係。這個(ge) 方法的優(you) 點或者說缺點便是手術極其簡單，甚至不需要很好的消毒，一個(ge) 小診所也能做手術。

手術簡單、技術難度低導致了該術的濫用，人們(men) 不僅(jin) 用它來“治療”嚴(yan) 重的精神病患者，而是用它去“治療”一切與(yu) 行為(wei) 有關(guan) 的“疾病”。在日本甚至僅(jin) 僅(jin) 因為(wei) 小孩子調皮搗蛋、成績不好便向他們(men) 的大腦中刺入冰錐。

冰錐療法（ 圖源：百度百科）

額葉切除術的後遺症在50年代開始被大規模報道。接受了額葉切除的病人雖然精神病症狀有所減輕，但是這些病人的高級思維活動被破壞，他們(men) 神情呆滯、任人擺布，就像行屍走肉一般。

從(cong) 50年代開始，到70年代，隨著額葉負責著人的高級認知能力的功能被發現，額葉切除術也退出了曆史舞台，腦科學終於(yu) 翻過了有史以來最黑暗的一頁。

2. 左右互博——“裂腦人”實驗

大腦有著兩(liang) 個(ge) 半球，它們(men) 之間通過一個(ge) 叫胼胝體(ti) 的結構相連。把胼胝體(ti) 切斷，就會(hui) 隔絕左右腦之間的聯係，這就是“裂腦人”。胼胝體(ti) 切斷術被用於(yu) 治療嚴(yan) 重癲癇病人。我們(men) 知道，癲癇是腦部的異常放電，切斷胼胝體(ti) 可以防止電流在兩(liang) 個(ge) 腦半球之間擴散，降低癲癇的發作頻率和緩解發作症狀。

一個(ge) 左右腦的信息交流被完全阻斷的人，無疑是腦科學家研究大腦功能和意識產(chan) 生的絕佳實驗對象。斯佩裏與(yu) 加紮尼加兩(liang) 位醫生從(cong) 1962年開始，對4個(ge) 通過外科手術被切斷胼胝體(ti) 的癲癇病人進行了著名的裂腦人實驗，這個(ge) 實驗主要從(cong) 視覺、觸覺和聽覺三個(ge) 方麵進行。

右腦隻能關(guan) 注到注視點以左的視野，左腦反之。實驗團隊便應用這一點設計了視覺實驗。

視神經信號傳(chuan) 遞線路 （圖源：https://ignostudies.hypotheses.org/5280）

在實驗中，實驗人員讓“FACE”這個(ge) 單詞在被試者的右視野快速閃過，他們(men) 可以準確地說出看到的單詞；然而當這個(ge) 單詞在被試者的左視野快速閃過時，他們(men) 會(hui) 說什麽(me) 也沒看到，但是要求他們(men) 把看到的東(dong) 西畫出時，他們(men) 會(hui) 畫出一張臉。

這個(ge) 實驗表明了三個(ge) 重要的信息：

一，左半腦和右半腦都能夠識別圖像、文字信息。這很容易理解，實驗中左右腦都能對我們(men) 給出的“FACE”這一單詞作出反應；

二，語言中樞位於(yu) 左半腦。因為(wei) 當我們(men) 講“FACE”投影到屏幕一側(ce) 時，按照上圖，“FACE”這一視覺信息被傳(chuan) 遞到了對側(ce) 半腦，然而因為(wei) 此時胼胝體(ti) 被切斷，左右腦失去了聯係，信息將會(hui) 停留在當前半腦中，這半腦隻能調用自己可以的功能而不能借用另一半大腦的功能。所以當單詞投影在屏幕右側(ce) ，被試者能說出名詞；而投影在屏幕左側(ce) 被試者隻能說“什麽(me) 也沒看到”。這一現象說明隻有左腦擁有著語言中樞。

三，右半腦能通過動作表達自己。實驗中右腦能夠控製左手寫(xie) 出“FACE”這一單詞，這說明右腦中有運動中樞，能夠通過控製肢體(ti) 的行為(wei) 來表達自己。

對觸覺和聽覺的實驗也證明了這三點。比如觸覺實驗中，在右手接觸物品時，被試者能說出自己拿到了什麽(me) 。而當左手接觸物品時，被試者會(hui) 說自己什麽(me) 也沒接到，但是能用左手寫(xie) 出拿到的物品。聽覺實驗中，也有同樣的結果，右手和左手都能對聲音刺激做出反應。

在後續實驗中還發現右腦可以表達情緒，這說明右半腦也有著高級思維功能。那到底左右半腦是各有專(zhuan) 長呢，還是本質相同呢？

答案是前者。通過被試者左右手分別繪製立體(ti) 圖形的畫圖實驗，研究發現右半腦有著更強的空間處理能力。

在涉及空間關(guan) 係和形狀的視覺任務中，就像你在下圖中看到的，對於(yu) 複製三維圖畫，左手的成績更好些。

被試者的模仿做圖結果（左、中、右三列分別為(wei) 原圖、左手作畫、右手作畫）（ 圖源：維基百科）

積木實驗也說明了這一點，被試者的左手能夠很好地把積木搭成要求的形狀。但是右手卻無論如何也做不好，當右手笨拙地擺著積木時，左手甚至會(hui) 忍不住上來“幫忙”。

這些實驗都表明，分離的兩(liang) 個(ge) 腦半球擁有各自獨立的意識領域，每個(ge) 半腦都獨立地具有高級的心理功能。但是兩(liang) 個(ge) 半腦並不是等價(jia) 的，兩(liang) 者各有所長。

Part. 3

腦科學前瞻：有USB接口的人腦？

腦科學在今天仍然在高速發展，並正在把隻能在科幻電影裏看到的場景變成現實。

腦機接口，或許大家聽過這個(ge) 名詞。通過腦機接口技術，我們(men) 可以直接對大腦中的信息進行輸入輸出。這個(ge) 技術有多科幻呢？它使我們(men) 可以躺在床上體(ti) 驗“真”3D電影，可以把自己腦中的畫麵直接投影在屏幕上……這些看似天馬行空的技術或許便會(hui) 出現在不遠的將來。

事實上，Facebook公司正與(yu) 加州大學舊金山分校的團隊合作，試圖開發一種全新的非侵入式腦機接口設備，並已經獲得了喜人的成果。這種設備利用紅外光從(cong) 外部接收大腦信號，可以直接讀取使用者心中所想的單詞。通過進一步的研究和改進，這項技術將在未來幫助那些無法開口說話或喪(sang) 失部分語言能力的人更好地與(yu) 他人交流。

除了這些，腦科學和計算機、人工智能等領域也在相互促進，人工大腦、強人工智能……越來越多的技術正在被發明，越來越多的想法正在被提出，越來越多的科幻正在變成現實。在對於(yu) 大腦的探索，我們(men) 仍在路上。

出品：科普中國

製作：之遙

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

（本文中標明來源的圖片已獲得授權）

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