我国陕西有位医生,能够记得《红楼梦》中的225首诗词;能够一口气背出5800字的小说。1995年5月,他给某中学的高中生讲唐诗宋词课,在33个课时中,他背出了无数诗词,同时还能讲出作者的身世和当时的处境。他给人看病,也都能一一记得诊治、用药、时间等等情况,被誉为是当代的“记忆奇人”。
经验告诉我们:各人的记忆是不同的,有的好些,有的差些,更有的“过目不忘”;有的在这方面的记忆能力好,那方面的记忆能力则差些;也有的记忆能长久保存、到老不忘,可有的记忆说不定过几小时就记不准了。
记忆力好坏的原因多种多样,通常认为与遗传、营养、教育、勤奋及刺激强度等因素有关。可是有的专家却说,每个人的记忆能力原本是差不多的,并无明显好坏之分,以后之所以表现出记忆有好坏,是各人“存放记忆”的方式不同所致。
“忘记”,又是怎么回事呢?科学家也有不同的看法。例如,有的学者主张:我们每天都会像擦黑板那样,刷去“无用的记忆”,而仅仅保存对自己有用的东西;要是脑子把每天的所见所闻都“储藏”起来,那脑子“仓库”就必须不断增大,这就很难进行整理、思考和创造了。可有的学者则说:许多事一经提醒就能回忆出来:“十年离乱后,长大一相逢。问姓惊初见,称名忆旧容”——这说明“忘记”只是暂时的,实际它并未消失。
有关记忆好坏与遗忘的原因,仍无定论。
智慧从何而来
人的聪明才智是从哪里来的呢?对这个极为有趣而又极有意义的问题,古今中外无数的学者都曾经对之进行探索,以求解开疑窦,找出答案。
然而,“智慧”却不愿轻易地将自身的来龙去脉告诉人们,于是引起了种种猜测和议论。
东汉的思想家王充在著作中谈到,齐的都城世世代代都刺绣,那里的妇女没有一个不会刺绣的;襄地方传统产锦,那里的女子都成了织锦的巧手。原因是她们天天看到,天天实践,技艺就日益精巧了。而不是“不学自知,不问自晓”。
发现“万有引力”的英国科学家牛顿,是在学习前人知识经验的基础上,又经过自己的长期实践和刻苦研究后,才总结出这一科学定律的。连他自己都承认:“如果我所见的比笛卡儿要远一点,那是因为我站在巨人肩上的缘故。”
天花,曾经被称之为“死神的帮凶”。得病的人,轻则脸麻眼瞎,重则失去生命。仅在18世纪,欧洲一地死于此病的就达6千万人!可现在,在20多年前,世界卫生组织正式宣告:天花已在全球绝迹了。横行了千万年的天花病毒何以会乖乖地向人类投降的呢?主要应归功于琴纳的牛痘接种术。由于英国乡村医生琴纳发现了接种牛痘,找到了预防天花的好方法,“天花女神”就再不敢在人类面前作威作福了。有些人在称颂琴纳的时候,只归功于他的“天才的大脑”。其实,我国古时候早就推行过多种预防天花的方法:有的是把天花病孩的内衣给健康的孩子穿;有的是将天花病人的痘浆沾在棉花上,塞进健康人的鼻孔内;有的则把病人的痘痂研细后,让健康人吸入鼻腔……这些方法,与琴纳的牛痘接种原理是一致的,都是提高自身免疫力的方法,只不过牛痘接种术更加安全、可靠罢了。
史实告诉我们,琴纳正是受到了中国人种痘技术的启发,总结了挤奶姑娘预防天花的实践经验,又经过自己多年的努力钻研,才有可能作出“使人类平均寿命延长20年”的重大贡献。
问题很清楚:“不学自知”的“天才大脑”和“生而知之”的“超常完人”是没有的,智慧只有从实践中来。
星罗棋布的神经核团
前面我们已经介绍过,神经元(即神经细胞)是神经系统最基本的功能单位。但是,独木不成林,单个神经元怎么能完成那样复杂的功能呢?它们只有协同起来,组成“集团军”才能发挥作用。
俗话说:“物以类聚,人以群分。”许多功能相同的神经元集聚在一起,组成“神经核团”。如果借助一种特殊结构的显微镜(称为“激光共聚焦扫描显微镜”)观察大脑中的神经核团,我们眼前出现的景象,就仿佛晴朗夏夜瑰丽的星空——在广袤无垠的夜空中,闪烁着群星璀璨的光芒。大大小小的星座,洒落在深蓝的天穹,远近错落有致,熠熠发散出淡淡的柔光……
不过要提醒大家,我们此时此刻观察的是神经核团。
这些神经核团有大有小,形状也各不相同,有的是圆形;有的像织布的梭子,两头尖尖,中间像一只粗筒;有的则像三角形;有的恰似空中的半只月亮;而有些核团,可任意变幻自己的图形。每一个核团都有比较明显的“疆界”,也就是它们的“势力范围”。所以,神经学家可以分辨出它们。
在这样的核团里,有许多神经细胞的细胞体。
每一个核团中究竟有多少细胞,计算起来恐怕相当困难。在研究神经科学时,经常使用大白鼠作为实验动物。神经科学家们曾经通过实验方法,想推算一下大白鼠脑桥部位的一个特殊核团——“蓝斑核”内有多少神经元。显微镜下的神经组织图结果在长度不到1毫米的距离内,发现了1500个“去甲肾上腺素能神经元”(神经元中的一种类型)。
神经核团在信息传递的过程中,具有非常重要的作用。在这里,来往的神经信息,需要进行“交接”,把信息的“接力棒”一个接着一个地传递下去。这时,神经核团就好像迎来送往的“中继站”。除了中继站的作用外,神经核团还是“整合”各种信息的核心,对来自各方面的信息进行整理、分析。我们经常说的所谓“中枢”,就定位在许多不同的核团上。
人脑中究竟有多少核团?至今也无法加以完整的统计,因为这项研究工作做起来非常艰巨。但是,科学家们已经知道,它们并不是杂乱无章地分布的,而是按照一定的功能排列在一起:有的核团是感觉性的,有的核团是运动性的,更多的是处于感觉和运动之间的联络性核团。有时,功能或性质相同的神经核团,还像柱子一样整齐地排列起来。
例如,“下丘脑”是大脑高级中枢的“下属单位”,它管理着内脏的活动。于是在下丘脑中,就有管理摄食的“饱食中枢”,也有管理血压和水代谢的。“视上核”和“室旁核”,还有管理“垂体前叶”内分泌活动的神经内分泌核团。
错综复杂的信息网络
神经系统在身体内部,犹如像一个庞大无比的“信息库”,日夜不停地进行着信息的贮存和交换;而在脑和脊髓这样的神经中枢中,又充满无数的“通信线路”。我们不妨将这些“通信线路”称为“神经通路”,而在这些通路中通行的既不是光缆,也不是无线电波,而是数也数不清的神经纤维。
如果我们真的能进入神经网络的世界,就会被那里的景象所折服。
在神经系统中,各种网络交织在一起,错综复杂。即使目前世界上最先进的通信中心,与人的神经系统比起来,也只能是“小巫见大巫”,望尘莫及。
在神经系统中,一条条神经通路各司其职,传递着不同的信息。
有的通路很长,最长的几乎有1米长;也有的是一些短途线路,传递的范围只是在脑内或脊髓的各节段之间。
这里有的“线路”是单线,有的是双向;有聚集成束的(称为“传导束”),也有分散行走的;有直线到达的,也有环行返回的。
有的是从感受器传来的,它们向上行,传至脑或脊髓,管理着人的各种感觉;有的却是从脑和脊髓发出,一直到效应器,管理着各种运动。
这里的线路虽然五花八门,却又井井有条,就像穿行着密密麻麻的电缆。在外行人看来,可能会眼花缭乱,然而神经信息就在这种复杂的网络中,准确无误地传递。
当然,你可能问道:“在中枢神经系统中,有多少这样的神经通路呢?”这个问题可能世界上还没有人能够回答。
但是,有两点可以肯定:一是随着神经科学研究的深入,不断会有越来越多的神经通路被发现;二是终究会有一天,人类会将它们的“庐山真面目”揭开。
读到这里,你可能还会提出一个问题:“在人体那么狭窄的空间里,有那么密集的神经通路,它们会不会也像我们使用电器时出现‘短路’现象呢?”回答是:“不会的。”
这是因为每一根神经纤维的外面,都不同程度地被一种“髓鞘”包裹着,能够有效地起到“绝缘”作用。更有趣的是,每一条神经通路,都会有不同的“神经递质”,执行着特定的功能。
关于这一点,大家可能不容易理解。
我们只要举出一个日常生活中遇到的例子,你就会明白。例如,现在许多人使用移动电话,每一只电话都有自己特有的频率,所以尽管许多电话挤在一条线路里,但是彼此却互不干扰,听得非常清晰。
电话线的线路坏了,或者断电了,就会出现通信故障。人体中某一条神经通路中出现了“故障”、受损中断后,就会产生相应的功能障碍。
例如,从中脑的“黑质”到前端的“纹状体”之间,有一条“黑质——纹状体”通路。在这一条通路上的神经递质,是一种称为“多巴胺”的化学物质。当黑质的神经细胞受到损害时,传递到纹状体的多巴胺就会减少,这时病人就会出现一种运动性的功能障碍——震颤麻痹,也称为“帕金森病”。病人的头部和四肢可发生自己不能控制的震颤运动。又如半身不遂的病人,其发病的原因是由于负责运动的神经传导通路——“锥体系”受到了损害。
许多神经系统疾病都是由于神经通路受到损伤或者机能障碍所造成的。所以,作为一名神经科的医生,必须非常熟悉各种神经通路的组成,了解这些通路是从哪里发出来的,又通向哪里;还要知道,这些神经通路所包含的神经递质是什么;一旦出现了障碍,会影响什么样的功能等。只有掌握了这些知识,才能对神经系统的疾病加以诊断和治疗。
精密准确的反射弧
当病人生病刚刚住进医院的时候,医生就要对病人的全身状况进行一番系统的检查。其中有一项检查,是医生手握一把有橡皮头的叩诊槌,轻轻叩打病人膝盖稍下一些的股四头肌肌腱部位。随着小槌落下,病人的小腿就不由自主地向前伸去。当然有的病人(如患有下半身瘫痪的截瘫病人)小腿就没有任何反应,有的病人则比正常人更有力地伸出去。
医生的检查,往往使病人自己也感到非常有兴趣,敲敲膝盖为什么小腿会伸出去呢?很多人都知道,这是医生在检查病人的“膝跳反射”。
我们且不谈医生检查的目的是什么,只是谈一谈为什么会出现上述现象,这就是下面即将介绍的“反射弧”。
所有动物的身体,在接受内、外环境中的刺激以后,就会出现反应,这是动物的共同特征。这种特征在维持动物与外界环境的统一,以及自身内环境的统一方面,是极其重要的。否则动物就无法在复杂多变的自然界中生存。高等动物由于有了发育良好的神经系统,才使得它们对内、外环境的刺激能做出迅速准确而又适当的反应。
之所以会出现膝跳反射,是因为在医生敲打股四头肌腱(“感受器”)时,这个敲打刺激被感受器接收以后,就立即被位于人体下肢的“股神经”的感觉纤维(“传入神经”)传入。这根神经一直通向脊髓(“中枢”),将刚才发生的刺激向中枢这个“司令部”“汇报情况”。然后,脊髓“下达命令”,这个“命令”又顺着股神经的“运动纤维”(“传出神经”)迅速传出,到达股四头肌(“效应器”),于是股四头肌收缩,小腿也就伸了出去。
神经科学家将这段由接受刺激到产生反应的神经通路,称为“反射弧”。一个完整的反射弧由5个部分组成,即感受器——传入神经元——中枢——传出神经元——效应器。它们一个接着一个,经过的路程仿佛画了一条圆弧。脊髓形成的反射弧如果在组成反射弧的5个部分中,有任何一个部分受到了损伤,这条传播神经冲动的路线就会出现“交通断绝”的现象,反射也就无法完成了。脊髓受伤的病人,伤在中枢,反射弧被切断,当然也就不会出现膝反射了。
神经系统能够完成的反射是多种多样的,上面举的膝反射是最简单的例子。但是,无论多么简单的反射,或者是极其复杂的思维活动,都离不开反射弧,所以说它是神经系统机能活动最基本的方式。
有的反射很简单,而有的反射又非常复杂,它们之间差别的秘密,就在于中间神经元的多少。中间神经元越多,反射越复杂。中间神经元是大量的,它存在于中枢神经系统内,它能与传入和传出神经元发生广泛的联系。
神经信息的处理器——突触
从前面我们已经知道了神经纤维上电脉冲信息传导的有关问题。那么,当电脉冲传导到神经末梢以后,它又是如何跨过细胞,传给另一个神经细胞的呢?
一个神经元要把它的信息传给另一个神经元,两个神经元就必须密切接触。通常我们把两个神经元之间密切接触,并能够传递信息的这个特殊部位叫做突触。要想搞清楚神经细胞之间信息的接力传递,必须首先要了解神经突触的微细结构。