挑战科学的脑残：脑子进水、没有小脑和脑子短路_风闻

一个脑子浸水，一个没有小脑，最后一个一分为二……可是，这三个脑子的主人都过得好端端的。这究竟是怎么回事？

他们的故事离奇地相似。

他们三人都过着正常生活：工作，运动，结婚，生子。每个人都拥有良好的社会适应性。

有一天，三人分别因为恶心、记忆问题、肢体无力去了医院。为了解病因，医生让三人都去做了核磁共振，以便找到脑中可能的异常。检查结果让众人瞠目结舌。

第一个病人的大脑空空如也，只有一脑袋的液体。

第二个没有小脑。

第三人的脑子一分为二，因为没有连接左右半脑的神经束。

三个匪夷所思的故事引发了同样的疑问：这三人是如何思考的？一个表面看似正常的人，其脑壳下的器官怎么会是不健全的？维持精神生活的最低条件是什么？

必须指出的是，三个病例中，大脑负责调控生命基本功能——如心率和呼吸——的部分都完好无损。至于剩下的……

在“空脑人”的病例中，“似乎还剩下一点视觉皮层，可能还有一点运动皮层。额叶皮层最前端的部分幸免于难。小脑似乎没受影响。这些不同的大脑结构可能承担了额外的功能。”马赛整合和适应神经科学实验室主任克里斯蒂安·赫里（Christian Xerri）谨慎推测。

黑色区域就是脑脊液（99%是水），它把脑组织挤压得紧贴脑壳。起因可能是脑积水：用于排出脑脊液的管道收缩变小。

但他随即表达了自己的惊异：“当你我做出一个动作，需要同时调动视觉、听觉、注意力、工作记忆……整个大脑都会参与进来。然而这个人的大脑在工作时，可用的神经元要少很多。他竟然能弥补这些巨大的不足，这的确令我们困惑不已。”

第二个没有小脑的病例（来自中国）同样令人百思不得其解。小脑负责协调人体动作，缺它不可，第二个病人是如何弥补这个缺陷的呢？

这一组角度略偏的X光侧视图无一例外地显示病人缺少小脑，它本该出现在深色区域位置。除了这一显著畸形（脑容量缺失10%，对应50%的神经元），研究者没有在她的脑中发现其他异常。

“其他脑部结构，如大脑皮层和基底核，或许填补了缺失的功能。”布鲁塞尔实验神经实验室研究员、神经学家马里奥·曼托（Mario Manto）提出了自己的假设。可是……“这些大脑结构都有各自的功能，它们如何做到身兼数职呢？”

“第二条路”

第三个大脑一分为二的病例也是难解之谜。

正常情况下，左右半脑之间的信息流通是必不可少的。神经外科医生都知道，神经桥梁若被切断，如有些严重的癫痫患者，患者的语言、动作、对所见物体的理解……都会受到影响，至少是暂时性的。而在第三个病例中，似乎一切正常。

连接起左右半脑的胼胝体并不存在。

这表明，这位病人的大脑应该找到了“第二条路”用于传输信息……或者每个半脑自力更生，应付掉了另一半大脑的工作。

大脑在大幅变化后还能正常运作，这挑战了我们对其“再塑”能力的认知。对于神经科学家而言，最典型的例子就是盲人。

右为盲人大脑

在他们的大脑中，视觉皮层被用于触觉——这是盲文阅读可行的关键。只是，“被招募”用来辅助手指的视觉皮层生来就在该在的位置上，即大脑后部。先天失明的人从未能获得视觉信息，因而这部分大脑皮层是闲置的。但是，在上文提及的三个病人的脑壳中并非如此：他们的大脑本身就缺了一大块，没有荒地可以开垦！

因此，要解释这些不健全的大脑是如何履行任务的，必须假设存在更为基本的补偿方式。

关注这些奇特病例的研究者首先想到的是“功能冗余”。日内瓦大学计算认知神经科学实验室主任亚历山大·普热（Alexandre Pouget）解释说：“也就是说某些系统功能有交叉。其中一个发生故障，其他系统就会接过接力棒。”

举一个大脑功能冗余的例子。控制双眼运动的皮层区域有两个。其一位于顶上小叶，其二位于额叶。

“我们观察了这两个区域中不同种类神经元的活动，得到了极为相似的答案。”亚历山大·普热瓦表示。结论：其中之一若发生病变，另一个能部分承担其职能。

推论：在“空脑人”的脑壳里，神经元的数量并不足以保证功能冗余，但对于维持基本的正常活动已是足够。

要知道，冗余不仅发生于大脑的宏观区域，也存在于神经元：同样一个信息经过编码，存储在数百个神经元中。这是生物进化为应对神经元日常自然消耗而发明的一招：虽然有些神经元死去，但思想和记忆还是保留了下来。

这一冗余的程度如何呢？从生物神经运作中得到灵感的人工神经网络，可以让我们对此有一个概念。

“训练一个人工神经网络辨识物品，然后，从中陆续抽掉20%、30%、40%的神经元……人工神经网络的辨识能力会慢慢变差，”亚历山大·普热解释说，“但要抽掉80%的神经元才会真正导致巨大的差异。”

强悍的神经密码

对帕金森病人的观察印证了这一估测。该疾病最为典型的运动问题就是由多巴胺能神经元不断减少引起的。然而，只有当90%的多巴胺能神经元消失后，症状才会显现出来。由此可见神经信号是多么顽强。这或许能够解释，为什么尽管大脑缩小了一半，“空脑人”还是能照常过日子。

不过，功能冗余并不是大脑弥补其不足的唯一秘笈。大脑的构造允许其多个区域都能承担不同的功能。

亚历山大·普热指出：“如果我在显微镜下向你展示次级视觉皮层或布罗卡区（主管语言）的切片，你绝对分不清楚哪个是哪个。”换言之，大脑皮层各处的计算能力几乎一样。“视觉区域和语言区域的差别在于输入信息。但在计算能力上，两者大抵相似。失去惯常信息来源的某部大脑皮层，会很快被转作处理其他输入信息。”

“空脑人”的脑壳下还残留一点大脑皮层，就是这点皮层担负起了本该由缺失区域完成的运算……

缺少小脑的中国女子的病例更令人疑惑，因为大脑皮层和小脑的构造截然不同。“也就是说，大脑皮层或其他区域替代了缺少的小脑，尽管上述部分的功能从理论上来说完全不同。”亚历山大·普热设想道。

事实上，某一大脑区域并不拘泥于单一功能的观点而今已成主流。最近，剑桥大学神经科学家迈克尔·安德森（Michael Anderson）将这观点升格为“大脑组织的基本原则”。

以该理论为指导，迈克尔·安德森于2010年整理了1469份研究报告，它们涉及11个认知层面的大脑活动：视觉、听觉、注意力、情感、语言、记忆等。迈克尔·安德森将大脑皮层随意地划分成66个区域，他发现，每个区域平均要参与这11项认知活动中的9项！

这就证明，很多最初为特定功能而建的神经回路，在保留原始功能的基础上，后来都被用于他途。迈克尔·安德森把这一现象称作“神经再利用”。

这或许也能解释“空脑人”为何能够维持大脑的认知功能。“可能在他的大脑中或者说剩下的大脑组织中，所有未受损伤的组织都参与到了复杂且多样的任务中。”克里斯蒂安·赫里如是认为。

功能冗余，神经再利用，还有神经之间的新连接——神经科学家对大脑的这种“可塑性”并不陌生，它们都表明，大脑确确实实具备极其强大的补偿机制。

许多大脑区域都可以挪作它用，因为它们扮演着后备军的角色。神经元可以从一个功能转变为另一个功能，并数百次地编码传送同一条信息。这难以置信的适应力似乎解释了为什么极为有限的大脑也能确保正常的生活。

极为脆弱

但实际情况没那么简单。

跟踪三个特殊病人的研究人员指出，这三人的大脑适应能力已经运用到了极限。他们也因此而变得极为脆弱。

空脑人“可能每时每刻都要百分之百地调动大脑，每个区域的能力都被开发到了极致。一点点病变或许就会导致灾难性的后果。”玛丽·蒙唐（Marie Montant）如是猜想，她在艾克斯-马赛大学的认知心理学实验室工作。

有件事可以肯定：有缺陷的大脑或许能运转如常，但这些损伤不能突然出现。疾病或者事故会突然重创成人大脑的大片区域，必将导致严重的后果（残疾、失忆、语言丧失……）。

克里斯蒂安·赫里着重指出，本文提及的三个病例，“病变都是循序渐进的”。这三个人的人生本来平淡无奇，但在一次普通问诊之后迎来了转折点，他们为科学家提供了人类大脑适应性的绝佳证明。

撰文 Marie-Catherine Mérat，Fran ç ois Lassagne

编译 黄雅琴