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认知神经科学的诞生

当加扎尼加深入研究脑如何产生心智的问题时，急需一位心理学专家共同讨论。幸运之神又一次眷顾了他，被后人称为是20世纪最伟大的心理学家之一的米勒当时正巧就在离康奈尔大学不远的洛克菲勒大学工作。他打电话给米勒，问是否可以去拜访他，并得到了肯定的回答。当他走进米勒办公室时，第一个印象就是里面的书刊比整个心理学系的还多，而且看上去其中的大多数都被读过！他们一见如故，成了好朋友。

米勒的专长是语言心理学，他深切感到，当时在心理学研究中占据统治地位的行为主义否定对内心过程的研究的想法是不对的。足足有3年时间，他们两人定期在洛克菲勒大学的酒吧里讨论脑怎样产生心智的问题。他们的经历正好互补，加扎尼加介绍临床发现，而米勒则提出新的实验方法和思想。有一次，加扎尼加带他一同去查房，这是米勒以前没有经历过的，后来他评论说神经病人正是许多心理学家梦寐以求的研究对象。这些病人由于脑损伤所表现出来的认知缺陷，正是正常人由于脑的局限性而犯错的放大版。

                                             乔治·米勒（George Miller）

美国心理学家，认知心理学的奠基人。他最有名的发现是有关短时记忆容量的“魔数7±2”规律，也就是人只看一眼所能记住的对象数在5到9的范围内，平均为7。

无数次讨论使他们意识到，他们所讨论的问题应该成为一门新学科的主题，他们不仅在工作时讨论、在酒吧中讨论，甚至坐出租车时也还继续讨论。“认知神经科学”（cognitive neuroscience）这个名称就是他们在出租车的后座中提出来的。研究脑如何产生心智，终于有了自己的专门学科。几年以后，加扎尼加在达特茅斯大学建立起了第一个认知神经科学研究所，还创办了一本国际期刊《认知神经科学杂志》。

20世纪80年代以前，对裂脑病人进行研究经常遇到的一个问题是，裂脑病人的胼胝体是否真的完全断开了？当时的成像技术，包括计算机断层扫描（CT）不能显示白质（神经纤维），因此回答不了这个问题。只有在磁共振成像（MRI）发明以后，科学家才能在术后鉴定这一点。当裂脑病人J.W.躺到磁共振成像仪中去进行测试时，整个研究团队都紧张得喘不过气来，因为如果结果表明J.W.的胼胝体还残存有少量神经纤维，那么他们以前的许多工作都得重新解释。结果使他们如释重负：整个胼胝体都被切断了，而前联合依然保持完整。他们的认知神经科学研究通过了严格的考验。

技术的发展进一步为认知神经科学提供了新的研究利器：事件相关电位（ERP）使研究者可以看到当人在做某种认知活动时，相关脑区的电活动是如何随时间变化的；而功能性磁共振成像（fMRI）则使研究者可以看到当人在进行某种认知活动时，哪些脑区的活动发生了变化。在认知神经科学的历史上，对神经病人的研究一直占据着重要的地位，这些新技术的出现并没有降低其重要性，而是赋予了其新的可能性。加扎尼加和米勒在此时提出认知神经科学作为一门独立学科，可谓适逢其时。

战果辉煌

加扎尼加对裂脑病人的执着研究，使他对左、右脑功能上的差异和两者之间的关系有了逐步深入的认识。

虽然正常人一时只能注意一件事，但是裂脑病人的两半球却可以各自注意不同的事。他的下列两个实验说明了这一点。

他给裂脑病人的两半球各自显示一个井字格，然后往其中的4个格子中依次填上X。这里有两种情况：一种是两边井字格中4个X的分布是一样的，称为简单任务；而另一种则是两者不同，称为困难任务。要求受试者记住显示的模式。在这之后，实验者在井字格中再一次依次填上4个X，要求受试者按照先后两次的模式是否完全相同，分别按“是”或“否”两个按钮。对于正常受试者来说，他能很快地正确完成简单任务；裂脑病人J.W.也同样能正确完成简单任务。但面对困难任务，甚至信心满满的大学生也给难住了。可这反倒是难不住J.W.，就好像他有两个心智分别注意各自视野中的模式有没有发生改变。

他们的第二个实验是在散布有许多上半部为红而下半部为蓝的长方形（分心物）的背景中插入一个上半部为蓝而下半部为红的长方形（目标），要求受试者尽快找出后者。对正常受试者来说，如果增加分心物的数量的话，那么找出目标的时间也要线性增大，每增加2个分心物，搜索时间就要增加70毫秒，而且这和分心物的位置无关。但是对J.W.做同样实验却得到了不同的结果：如果增加的分心物都在同一半视野，那么他的结果和正常人一样；然而如果把增加的分心物平均分布在视野的左右两半，那么搜索时间就会加快。这似乎说明分裂开来的两半球各有自己的搜索扫描机制，两者并行工作，因此加快了速度。

如前所述，威尔逊在做裂脑手术时，往往先切断胼胝体的后部，如果这对控制癫痫效果不够的话，那么在10周之后再次手术切断胼胝体的前部。对J.W.的手术就是如此，这给了加扎尼加宝贵的机会测试他在手术前、两次手术之间和整个手术都完成以后的变化。

威尔逊对J.W.的第一次手术是切断了后一半胼胝体。在这以后对J.W.所做的测试似乎表明他显示出裂脑病人的所有症状。但是由于前一半胼胝体还是完整的，那么这前一半胼胝体传输的究竟是什么信息呢？为此他们对J.W.做了如下实验：给J.W.的左半球闪现文字“太阳”，而给右半球闪现一幅交通信号灯的黑白线条画。下面是他们之间的一段对话：

“你看到了什么？”

“右面是太阳这个字，左面是一幅图画。我不知道这究竟是什么，我讲不清。我想讲但是就是讲不出来。我不知道这究竟是什么。”

“这个东西有什么用吗？”

“这我也讲不清。右面是太阳这个词，左面是一幅什么图……我想不起它是什么。我能看到它就在我的眼前，但是就是讲不出来。”

“这和飞机有什么关系吗？”

“没有关系。”

“这和汽车有关系吗？”

“有关系（点了点头）。我想是有关系的……这是某种工具之类的东西……我不知道它究竟是什么，我讲不出来。太糟了。”

“这和颜色有关吗？”

“有关啊，红、黄……是红绿灯吗？”

“你答对了！”

看来，胼胝体前部传输的是一些更为抽象的信息，它传输的并不是图像的具体图形。左半球接收到这些信息之后，就像猜灯谜那样试图找出某个词来描述。在第一次手术之后8周，加扎尼加给J.W.的右半球显示“骑士”这个词。他自言自语说：“我头脑里有张图，不过我讲不出来。比赛场中有两位斗士……古装，穿着铠甲，带着头盔，骑在马上要把对方挑下马来……是骑士吗？”所以“骑士”这个词在右脑中激发起所有这些高层次的关联。左脑根据这些信息，最后解决了问题，说出答案。而在第二次手术之后，也就是整个胼胝体都被切断以后，当仅仅显示给右脑某个词或图画，他就再也不能这样用话语猜出右脑看到的是什么了。

任重道远

自从对W.J.进行研究到现在，半个世纪已经过去了。加扎尼加说：“至今我还依然在努力寻找对这一基础性的原创发现的正确认识。我深知我只是参与了这一长征，还没有走到终点。也没有人走到了终点，今后在一段时间里也不会有人走到终点。”

裂脑研究表明，我们每个人实际上都有多个心智，但是脑如何把这许许多多局部的处理综合成一个统一的心智，一个带有个人特征的心智，这依然是个谜，而这也是神经科学的中心问题。正如2000年诺贝尔奖得主埃里克·坎德尔（Eric Kandel）所言：“认识人心智的生物学基础已经成为21世纪中对科学的核心挑战。我们想要认识知觉、学习、记忆、思维、意识乃至自由意志的生物学本质……生物学在过去50年中所取得的巨大成就已经使得现在有可能这样做了。”在这些“巨大成就”中无疑包括了加扎尼加的裂脑人研究。从这些研究出发，科学家在21世纪中正在向脑如何产生心智这一世纪之谜发起冲击。

（本文发表于《科学世界》2016年3期）