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神经科学研究的困惑

已有 1157 次阅读 2019-10-16 06:31 |系统分类:观点评述

神经科学研究的困惑

孙建军

        神经科学是研究脑的结构和功能的科学,通过记录神经电信号的变化来解释行为和心理的生物学基础,是神经科学研究的主要方法和思路之一,其背后的哲学依据是进化论和无神论的,即任何复杂过程包括思维和情感的基础不但是物质的,而且是可还原的。在神经科学领域,则表现为任何脑的功能活动都可以还原为神经元的电活动,而电活动的本质是离子流的跨膜流动, 所以可以说行为和心理的生物学基础实质上是离子流的不同运动模式。

        用这种思路进行动物的神经科学研究显示了其合理性和科学性。动物的各种行为,例如感觉信息处理,觅食,择偶,行为决定,位置导航等都可以在脑皮层的不同区域找到与其相关的码,即神经元的电活动模式的变化。实际上,应用电生理记录的方法,已经在很大程度上扩展了我们对脑功能的认识。甚至有的科学家认为,如果某种行为或心理不能用电生理来解释和观察的话,那它就不是一个真实的现象,也不是一个科学问题。

        动物的研究结果,可以在一定程度上来推演人类大脑的功能。比如鼠类的海马和人的海马有着类似的功能,它们都和记忆形成和位置导航密切相关。尽管人类大脑和动物脑有结构和功能上的相似性,但人类大脑结构更为复杂,神经元数量巨大,而在功能上则出现了质的飞跃,例如语言,高级情感,逻辑思维等功能的出现。而这些人类所独有的功能,即便是最高等的灵长类动物也不具备。那么,这些人类所独具的功能是否也可以用传统的神经科学的思路和方法进行研究呢?

       这个问题实际上还没有答案。尽管功能磁共振可以对人脑的功能进行观察,但由于人的情感、思维和意识等心理活动是一个流动着的快速变化的过程,对其很难进行量化,而目前又很难对人类大脑进行直接的电生理记录。如果按照进化论和无神论的思想,人的心理过程尽管复杂,但其本质也可以归结为神经元的电活动,那么从事神经科学研究的人员和进行写作的笔者的思维过程,都可以还原为神经元电活动,用神经元电活动去研究和解释它本身,想要把它说清楚,是不是有点揪着自己头发想要上天的感觉呢?

             那么,是否有一种超越于物质和时空的精神之类的存在呢?探讨这个问题可能已经超出了科学的范畴,但仍可能在科学研究中找到一些提示。比如在大脑皮层功能定位研究中,人们发现不同的感觉模式相对着一个特定的皮层区,在某个特定的皮层区,又有着非常精确的功能定位。比如,人类感觉皮层定位于中央后回,而在中央后回内,感觉反应区又呈现为一个倒立的人形分布,即头部在下而脚部在下。神奇的是,在人的头部,又呈一个正立分布,即眼睛在上而嘴部在下。为什么感觉区在这里而不在其他区域?为什么要以倒置的人形分布?当然可以说这是一种随机的演变和选择,并不承载任何信息;但另一方面也可以想象这种精妙的设计体现了某种高级智慧的存在。再以网格细胞的研究为例,网格细胞是存在于内嗅皮层的一种与位置导航密切相关的细胞,每一个网格细胞会在空间的固定位置点放电,当把这些放电的位点连接起来后,会形成一个规则的三角形网格结构。不同的网格细胞有不同的网格模式,当记录电极从背侧向腹侧移动时,不同网格细胞所产生网格间距由小变大,即放电点之间的距离变大,而且是以固定倍数的增加。网格细胞的这种放电模式对于动物计算自己在空间的位置起着关键作用。问题是,网格细胞这么一种精确的放电模式从何而来?这种已经精确到数字的高度规律的放电模式很难是通过后天的学习而来,它很可能是一种预设的机制。通过这么一种大脑内预先存在的机制来赋予动物空间学习和导航的能力。而这种预先的设计有没有背后的推动力量呢?

        临床经验告诉我们,当物质大脑损坏或死亡后,相关的功能就会受损或消失。比如,运动区受损,则发生瘫痪,前额叶受损则产生精神障碍, 多巴胺神经元死亡就会导致生帕金森等等。但这是否可以得出物质大脑主导了所有脑功能的结论呢?其实这是一个简单的逻辑问题,没有A就没有B并不能导出B就是由A所产生的结论。还有另外一种可能,比如说有一种超物质的精神存在,它和物质大脑是一个相互独立而又相互依存的关系,举例来说,人的大脑就像一部设备精良的高端汽车,而要使这部车完美地开动起来,还需要一个技术精湛的司机,它们既相互独立,又融为一体,并相互影响。神经元的电活动不仅仅是物质的离子流,它同时承载并体现了超物质的智慧信息;就像车的移动一定有司机的意图在里面;另一方面,超物质的精神存在要通过物质的电活动来表现自己,就是说,如果这部车出了问题,那驾车司机的意图也就不能得以呈现,就像人的大脑坏了,人的意识活动就不能表现出来,但这并不是说人的意识就要依赖于大脑这个物质才能存在,它们是相对独立的。另外,人的精神或意志可以在某种情况下改变物质大脑的运动, 比如对某些成疾病的心理治疗,这就好像一个好的司机可以使自己的车更加完美,而坏的司机则可能造成车本身损坏是一个道理。

        如果真如以上所说,那么神经科学传统的以神经元电活动来解释一切脑功能活动的研究模式就会受到挑战。就像对车子本身的结构和行驶特点了解的再多,也只能在有限程度上了解驾驶司机的某系特点或习惯,而不可能认识司机的本体一样。人类对大脑的结构和功能可以有越来越深入的了解,但对它所承载的某些信息的奥秘,则不可能通过现有的研究方法获悉。比如,人类特有的理性,情感,思辨、认知和决定能力,道德感等,它们均在某种程度上表现在神经活动中,但又不能完全由神经元电活动来解释,它们具有超越的性质。

          行文至此,也许就要引出宗教的问题。那么科学能否摆脱宗教的存在呢? 爱因斯坦说过,“没有宗教的科学是跛子,没有科学的宗教是瞎子”。这似乎是在说,探索真理需要科学和宗教的结合,因为真理不仅存在于具有规律的物质世界中,也可能存在于这种规律性背后的某种智慧当中,它是难以用科学手段来解释的某种神秘力量。爱因斯坦这句话可能尤其适合于探索人类大脑奥秘的神经科学研究,因为神经科学的研究对象涉及了外在的物质大脑和由与它密切相关的内在的精神和意识。引用康德的一句话作为本文的结尾:“有两种东西,我们对它的思考越是深沉和持久,它们在我们心灵中唤起的赞叹和敬畏就会越来越历久弥新,一是我们头顶浩瀚灿烂的星空,一是我们心中崇高的道德法则。它们向我印证,上帝在我头顶,亦在我心中”。




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