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她开始在研究论文和科普著作中寻根索源。一番详尽无遗的调查之后,埃尔库拉诺一霍泽尔断定:这种说法毫无科学根据。去年,她与内华达大学医学院的克里斯托弗·范·巴塞尔德教授共同发表了一篇论文,总结了他们的调查结果。根据该论文,在上世纪50和60年代,少数科学家在对小脑区域进行研究的基础上,提出了大脑中神经胶质细胞的数量约10倍于神经元数量这一说法。然而小脑区域的神经胶质细胞与神经元的数量比例恰好很高。
數十年来,研究人员以讹传讹,将这一说法推广到整个大脑。媒体记者则在报道中机械地照搬了这些数字。很快,这一错误说法就堂而皇之地出现在教科书和教育网站上。“我意识到.我们首先不知道人类大脑是怎么构成的,更不知道其它动物的大脑是怎么构成的,也不知道该如何将人类大脑与其他物种的大脑进行比较。”埃尔库拉诺一霍泽尔说。最终,她决定自己寻找答案。
几十年来,立体测量学一直是计量脑细胞数量的标准方法:先将大脑切片,然后将切片放置于显微镜下,计算出其中的细胞数量,再用这个数量乘以相关区域的体积从而得到一个估算数字。这种方法实施起来耗时又费力,适用于处理大脑中范围较小,且相对整齐划一的区域。但很多物种的大脑通常都很大,而且错综复杂,不适合采用这一方法。 埃尔库拉诺·霍泽尔从一份1970年代的研究报告中,发现了一个替代立体测量学的有趣建议:为什么不先测量大脑中的DNA总数,再用它除以平均每个细胞所含的DNA数量?这种方法的问题在于,从基因的角度来讲,神经元各不相同,而且基因组高度活跃,通过不断地自我拆解和重新组合来强化或压制某些基因。如此一来,测量DNA总数时即便出现微小的失误,也会使整个工作前功尽弃。不过这启发埃尔库拉诺·霍泽尔想出一个更好的方法:“将大脑溶解,但不是数DNA的数量,而是细胞核的数量。”细胞核内部含有细胞的基因组.每个细胞只有一个细胞核。“细胞核就是细胞核,你可以看得很清楚,不存在什么模糊不清的地方。”埃尔库拉诺·霍泽尔说。
2002年.埃尔库拉诺·霍泽尔从生命博物馆跳槽到里约热内卢联邦大学.在那里从事科技传播的工作,可以进出实验室并自由选择研究方向。她最初用老鼠大脑做实验,先用液氮冷冻老鼠大脑,再用手持式搅拌器把它们打成糊状。一开始由于操作不当,导致大块的结晶神经组织在实验室里四处飞溅。后来她把啮齿类动物的大脑浸泡在福尔马林液当中,此举可促进蛋白质交联,使细胞核的核膜变得坚固。接下来再将这些经过强化处理的大脑切成小片,用玻璃研钵及研杵将这些大脑切片连同强效工业肥皂一起捣碎。这个过程会溶解大脑中除了细胞核以外的所有生物成分,最后大脑就只剩下自由漂浮在几个小药瓶里的细胞核。
埃尔库拉诺·霍泽尔猛烈摇晃药瓶,使里面的细胞核均匀分布后,从“大脑汤”里取了一滴放到顯微镜的载玻片上。透过目镜,她看到球状的细胞核宛如哈勃望远镜拍出的照片——黑丝绒般的太空中,远方的星球熠熠生辉。埃尔库拉诺·霍泽尔从每个小药瓶中都数次取样,计算出其中的神经元和神经胶质细胞数量,再将数值与液体的总体积相乘,最后得出细胞总数。通过这种方法,埃尔库拉诺·霍泽尔取得了史无前例的成果。不到一天时间.她就精准确定了成年老鼠大脑内的细胞总数:2亿个神经元和1.3亿个神经胶质细胞。
在埃尔库拉诺·霍泽尔开展研究的早期,尤其是当她刚结束对老鼠大脑的研究,转向对灵长类动物的大脑进行研究时,同行们对她进行了强烈抵制。因为作为一个籍籍无名的年轻巴西科学家,她不仅提出了一种截然不同的大脑研究方式,还否定了流传数个世纪的传统智慧。不过随着越来越多相关数据的取得,人们开始打消对她研究的疑虑。加拿大阿尔伯塔省莱斯布里奇大学进化神经学家安德鲁·伊沃尼克便说:“毫无疑问,这种方法行之有效。它比传统的方法快数百倍或数千倍。这就意味着我们可以快速比较许多物种的大脑,看看到底是什么让人脑如此特别——或不特别。”
而当埃尔库拉诺·霍泽尔把关注的焦点投向大脑皮层(大脑的最外层褶皱)时,她发现了一个令人震撼的差异:人类有160亿个皮质神经元,排在第二位的是猩猩和大猩猩,有90亿个,黑猩猩的则是60亿个。大象的大脑虽然比我们人类的大3倍.但大脑皮层里只有56亿个神经元。迄今为止,在地球上的所有物种当中,人类似乎拥有着最多数量的皮质神经元。
工具制造、解决问题、复杂的交流和自我意识等能力,此前曾被认为是人类独有的心智能力,如今都已被证实,在动物界存在的远比人们之前认为的要普遍得多。人类只是将这些能力发展到了一个空前的程度而已。埃尔库拉诺·霍泽尔认为,对于这种差异最简单的解释就是,人类大脑皮层神经元的数量是已研究过的其它物种的将近两倍。
即便如今我们人类的大脑皮质神经元比其他任何物种的都多,但这一差异性的真正意义依然不甚明确。要知道,大象的皮质神经元不足人类的三分之一,但大象是人类已知的最聪明的动物之一,会制造工具,能认出镜子中的自己,甚至对死亡也有某种程度的认知。同样,属于无脊椎动物的章鱼并没有大脑皮层,其大脑和触手内分别分布着不足1亿和3亿多个神经元,但这并不妨碍它成为最聪明的海洋生物之一。章鱼能够记住不同的人,打开结构复杂的谜题箱子,从“防脱逃”水箱中逃出。大脑极其微小的蜜蜂,则有着优于很多大脑更密集生物的协作与沟通天赋。
归根结底,简化论既是“大脑汤”技术的核心力量,也是此项技术的一大缺陷。将一个难以捉摸、错综复杂的生物实体转化为小小的一组数字,该方法使之前无法实现的研究成为可能,但与此同时,人类也可能高估这些数字的作用。
在其《人类的优势》一书中,埃尔库拉诺·霍泽尔强调了认知潜能和能力之间的差异。我们和20万年前的人类拥有几乎相同数量的神经元,所拥有的能力却天差地别。人类的智慧至少有一半不是源自生物学,而是源自文化——源自于我们所处时代的语言、传统和科技。文化,释放了大脑的潜能。
[译自美国《纽约时报》]