1848年9月13日，鐵路工人蓋奇用孔洞中塞滿黑色火藥，放入引信線，填上沙子，然后用鐵棍夯實。然而，這次炸藥爆炸卻發(fā)生了不幸的意外，爆炸時鐵棍穿過他的左下巴，整個穿透了他的頭部，受爆炸沖擊力，他的身體飛出了30碼之外。爆炸之后幾分鐘，蓋奇蘇醒過來慢慢地離開了爆炸現(xiàn)場。幾天之后，他的頭部傷口感染，幾周后從頭皮竟流出了200多毫升膿液，由于前額皮層受損，隨著時間推移，人們開始注意到了他身上的差異。他經(jīng)常忘記了一些社會禁忌，由此導(dǎo)致了行為舉止異常。以前，菲尼亞斯是個愿意合作而友善的人，而他卻變得專橫、優(yōu)柔寡斷、傲慢、頑固、對旁人漠不關(guān)心。最終，他離開了在鐵路上的工作，到處游蕩，最終成為集市上一個行為怪誕的人而了卻了他的余生。

The case of Phineas Gage （ 蓋奇案例）

1848年9月的一個下午，有一名叫菲尼亞斯.蓋奇的 美國人身上發(fā)生了一場悲劇。一根大鐵桿穿過了蓋奇的大腦的前部，但他的語言能力卻未受影響。這一令人驚異的案例的意義在于，如果我們的語言能力位于大腦中，很顯然不在大腦的前部。 　這個案例啟發(fā)了 語言學(xué)家開始探索 語言與 大腦的關(guān)系，也就是 心理語言學(xué)的研究發(fā)端。

這個事件后，更多觸目驚心的腦損傷病例出現(xiàn)在報道里，它們或多或少地表達了相同的觀點：前額葉皮層看來與呼吸、體溫調(diào)節(jié)等基本生存功能或任何一種感覺加工或運動協(xié)調(diào)并無任何關(guān)系，但與我們頭腦中最復(fù)雜的方面，即我們個性的本質(zhì)和我們?nèi)绾巫鳛閭�體對外部世界作出反應(yīng)等有關(guān)。這些奇聞軼事馬上引起了關(guān)注，因為它們揭示出這樣一個事實：我們看作是自身固有的神圣不受侵犯的性格竟然受肉體的腦的擺布，要知道它們可是我們的腦。另外，我們正在討論的前額葉皮層而言，這些報道也提出了與這部分腦區(qū)功能有關(guān)的問題，雖然不那么有哲理性，卻更專一。這個控制性格的單一腦區(qū)是不是腦內(nèi)的一種總管性的微型腦呢？顱相學(xué)家曾將性格加以細分，并錯誤地將它們劃分到不同胞區(qū)，上述的這種概念甚至對于他們來說也太粗淺了。那么，額葉腦區(qū)的功能到底是什么呢？

1935年，葡萄牙神經(jīng)病學(xué)家埃加斯·莫尼斯（Egas Moniz）出席了在倫敦召開的第二屆神經(jīng)病學(xué)國際會議。在這次會議上，他聽到了一則報告，稱一只明顯神經(jīng)質(zhì)的猴子在額葉損傷后變得松弛得多了。這使莫尼斯頓生靈感，提出一種類似的方法來治療疑難病例。他發(fā)展了一種名為腦白質(zhì)切除術(shù)（leucotomy）的技術(shù)。 這一術(shù)語來自于希臘語，意為“切除白色物質(zhì)”，這里指的是切除連接額葉和其他腦區(qū)之間的神經(jīng)纖維。直到60年代，額葉白質(zhì)切除術(shù)仍然是處理抑郁、焦慮、恐懼和侵犯等一系列極其強烈而持久的情緒反應(yīng)的可選療法。1936年至1978年間，在美國大約有35000個病人接受了這種外科手術(shù)。若想對到底有多少個人接受了治療有個感性認(rèn)識的話，就請看一眼紐約市電話號碼簿上姓為史密斯的人有多少吧！自60年代后期起，腦白質(zhì)切除術(shù)的施行例數(shù)逐年下降。幾十年前，臨床醫(yī)生似乎只有外科手術(shù)這樣一種可行的治療方案。他們手頭已有更有效的藥物，而且也最終意識到這種手術(shù)可能導(dǎo)致認(rèn)知的缺陷。

在腦白質(zhì)切除術(shù)的全盛期，這種手術(shù)被認(rèn)為幾乎不產(chǎn)生副作用。漸漸地，人們開始發(fā)現(xiàn)其療效并非無可爭議，事實上它的副作用相當(dāng)嚴(yán)重。這些接受過手術(shù)的病人與菲尼亞斯一樣，在性格上發(fā)生了變化，變得缺乏預(yù)見、感情漠然。與這種明顯的無能力作前攝（proactive）相一致，額葉受損病人在處理特定問題時，往往拘泥于陳規(guī)，缺乏創(chuàng)新能力。他們不能根據(jù)外界環(huán)境的變化來調(diào)整或改變行為，只是執(zhí)著地沉溺于舊時的經(jīng)驗。讓額葉受損的病人或猴子執(zhí)行某些特定的實驗操作，使得人們對這種機能障礙的大致狀況逐漸清楚起來。例如，讓病人進行一項操作，如先按符號的顏色對卡片進行分類，然后再按照符號的形狀加以分類，他們往往不能按規(guī)則加以更換。有人把這種我們正常人皆具備的能力稱為工作記憶，即完成一項任務(wù)的工作框架（俗稱為“腦的黑板”）。在工作記憶受損時，難以記住事件正確的前后關(guān)系。不過，前額葉皮層損傷所造成的障礙不只是對記憶有影響，這種損傷的另一個后果是，喪失了言語上的自發(fā)行為：這些病人傾向于不愿接受信息，離群索居，就像我們在菲尼亞斯身上看到的一樣。

雖然我們已有上述的豐富資料，但還是很難確切地說前額葉到底有什么功能。一些神經(jīng)科學(xué)家指出，前額葉受損病人與精神分裂癥患者有相似之處。精神分裂癥患者似乎與這些病人一樣，在工作記憶方面有問題。所以人們把精神分裂癥解釋為是傳入信息與內(nèi)在的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則或期望之間匹配的失調(diào)。精神分裂癥和前額葉受損的病人有同樣的問題，他們不能恰當(dāng)?shù)貙Ω杏X輸入加以分類，也不會按照正確的時間順序來進行記憶，而這些感覺輸入或記憶又恰恰籠罩和支配著他們�？磥硭麄兿袷侨狈Χ鄶�(shù)人具備的內(nèi)在應(yīng)變能力，而這種能力對生命中偶然事件的沖擊起著緩沖器的作用。如果這樣的假設(shè)是對的話，那么要把一個有著太多不同側(cè)面、后果和結(jié)局的過程歸結(jié)到我們?nèi)粘Ｉ�活中的單一確定功能，實在是太復(fù)雜、太抽象了。即使我們是顱相學(xué)家，也難以為額葉貼上一張簡單而又貼切的標(biāo)簽。

我們可以認(rèn)為，病人患有社交障礙或工作記憶障礙，但很難在這兩類完全不同的損傷之間找出共同的因子。事實上，對于許多腦區(qū)（如果不是大多數(shù)的話），要把協(xié)調(diào)外部世界熟識的事件唯一地與單一腦區(qū)內(nèi)的實際事件匹配起來是非常困難的。皮層的不同部分，如運動皮層和軀體感覺皮層，明顯地有不同的功能；而聯(lián)合區(qū)，如前額葉皮層和部分項葉皮層，都各有其自身專門化的作用。但與顱相學(xué)家的看法相反，這些作用并不一一對應(yīng)于我們性格的主要方面和現(xiàn)實世界中的特定活動。某個腦區(qū)究竟在進行什么活動？這些內(nèi)在生理活動又如何反映于外表行為？這兩者之間的關(guān)系是現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)面臨的最重大的挑戰(zhàn)之一。

鑒定特定腦區(qū)作用時所應(yīng)用的一種腦研究方法是，考察特定腦區(qū)受損的病例，從病人明顯的機能障礙出發(fā)，推斷該腦區(qū)原來的功能——菲尼亞斯·蓋奇和腦白質(zhì)切除病人的病例都采用了上述方法。在選擇性腦損傷中，一個眾所周知的例子是帕金森病，這種病癥立即使人直接聯(lián)想到其所涉及的腦區(qū)功能。帕金森病是以詹姆斯·帕金森（James Parkinson）的名字命名的，他在1817年首次報道了這種病例。這種嚴(yán)重的運動障礙主要侵襲老年人，雖然較年輕的人有時也可成為犧牲品。病人表現(xiàn)為步履艱難，而且安靜時他們的手也會震顫，肢體僵直。帕金森病的吸引人之處是，與抑郁癥或精神分裂癥等許多腦的疾病不同，我們確切地知道它的問題出在哪里——中腦深部的一個區(qū)域。

在中腦的最核心處有須狀的黑色區(qū)域，后來命名為黑質(zhì)（black mass），源自拉丁語“黑色的物質(zhì)”（substantia nigra）。黑質(zhì)之所以呈黑色，是因為這個部位的細胞含有黑色素。黑色素是腦中重要的化學(xué)物質(zhì)多巴胺在經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)后的終產(chǎn)物。現(xiàn)已確證，黑質(zhì)細胞在正常情況下產(chǎn)生多巴胺。

同樣，人們早已知道，如果拿正常的腦與帕金森病患者的腦作比較，就會發(fā)現(xiàn)后者腦的黑質(zhì)蒼白得多，這是因為含有黑色素的細胞已經(jīng)死了。這些細胞死亡帶來的一個嚴(yán)重后果是，這個部位不再產(chǎn)生多巴胺了。如果帕金森病患者服用含多巴胺前體左旋多巴的藥片，病人的運動就可以得到顯著的改善。盡管我們確切地知道帕金森病的損傷部位在黑質(zhì)，盡管我們知道所缺乏的特定化學(xué)物質(zhì)就是多巴胺，但迄今為止尚未能對黑質(zhì)在正常運動中的功能有清楚的了解。

此外，我們不能忽視這樣一個事實，那就是帕金森病不僅涉及黑質(zhì)這樣一個解到部位，而且也特異性地與多巴胺這種化學(xué)物質(zhì)有關(guān)。有人把黑質(zhì)看作是關(guān)鍵性細胞向腦中另一有關(guān)的靶區(qū)（紋狀體）傳送多巴胺的唯一部位。于是又產(chǎn)生了一個重要的問題：紋狀體中的多巴胺有什么功能？腦的解剖結(jié)構(gòu)并非直接與腦中的化學(xué)物質(zhì)相匹配，沒有一種化學(xué)物質(zhì)是某一腦區(qū)所專有的。更確切地說，同一化學(xué)物質(zhì)可以分布在許多不同的腦區(qū)，而每一腦區(qū)可以產(chǎn)生和利用多種不同的腦化學(xué)物質(zhì)。正因為如此，在考慮腦損傷時，很難說哪個更重要，是涉及的腦區(qū)呢還是腦中化學(xué)平衡的改變。促使我們在確認(rèn)特定腦區(qū)的特定功能時持謹(jǐn)慎態(tài)度的另一個理由是，存在著神經(jīng)元的可塑性。腦損傷自然有多種原因，可以是疾病、車禍或槍擊，但很常見的原因是中風(fēng)。如果腦內(nèi)沒有足夠的氧分，就會發(fā)生中風(fēng)。氧的不足可以是由于血管的阻塞，從而阻止了攜帶氧氣的血液進入大腦，或是因為血管變窄而造成血流量減少。如果發(fā)生中風(fēng)，以運動皮層為例，將有可能追蹤到一連串逐漸顯露的相當(dāng)有趣的事件。經(jīng)歷了這樣一次中風(fēng)后，起初病人可能沒有任何運動，甚至沒有反射活動，患側(cè)肢體只是無力懸垂著（軟癱）。幾天或幾周后，出現(xiàn)了外觀上的奇跡，盡管奇跡的程度將因病人而迥異。首先，反射恢復(fù)；接著，手臂開始變得有力，病人能進行肢體活動；最后，中風(fēng)者能抓住東西。在一項研究中，三分之一的運動皮層中風(fēng)患者能自發(fā)地抓住物體，由此達到康復(fù)的終期。

某些頭部損傷可影響到言語和記憶功能，關(guān)于這類腦損傷的康復(fù)也有報道。因此，腦功能不一定歸屬于一個區(qū)域、一群特定的神經(jīng)元，否則當(dāng)所涉及的原先起著完全壟斷作用的細胞死亡后，腦功能又如何能恢復(fù)呢？其他腦細胞似乎能逐漸地學(xué)會接替受損傷細胞的作用。其實，我們剛剛談到的運動皮層中風(fēng)后抓握運動恢復(fù)的階段，與我們將在第四章中看到的嬰兒同一運動的最初發(fā)育非常相似。這再次表明，我們難以斷定腦的某一部分明確地實施某一功能。如果鄰近的腦區(qū)能代替其他腦細胞的功能，那么，很顯然，至少存在一定程度的靈活性，即所謂神經(jīng)元的可塑性。

那么，我們?nèi)绾蝸硌芯坎煌�腦區(qū)的功能呢？我們真正需要的是一張快照，最好是一段錄象，記錄當(dāng)一個人在思考、談話或?qū)嵤┤魏我环N日常功能時腦內(nèi)的情況。這個理想正在變成現(xiàn)實，這種變化始于我們熟悉的X射線的應(yīng)用。X射線是高頻電磁波，因為X射線輻射能量非常高，它很容易穿透實驗物體。