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一位神经科学家对神经科学的愿景与隐忧

2016-03-08 08:27 (英)S.罗斯


“  大脑的未来,在作者的描述之下,真是一个令人兴奋又令人担忧的未来。

——蒲慕明


我是一个神经科学家,也就是说,我在研究脑如何工作。就像其他许多神经科学家一样,我做这门学问,是因为我相信在分子、细胞和系统层次探索“脑如何工作”,我们可以对思维如何运作有些理解。对我来说,这是一个科学家或任何一个追寻真理的人所能提出的最有意思,也是最重要的问题之一了。然而,我们这些神经科学家发现的不仅仅是对世界被动的认识,这些知识也提供了可能预测、改变和控制意识的精密技术。


当然,对于很多神经科学家来说,叩问脑如何工作,即探究心智是如何工作的。因为他们认为,人类心智理所当然地寓于这1500g 紧密堆砌的细胞和神经连接所组成的脑中。这个问题不仅涉及科学,还关乎上千年来的哲学、宗教和诗歌——在此刻,让我继续解释作为一个神经科学家到底意味着什么吧。关于心智如何工作,我个人尤其感兴趣的是人类怎样学习和记忆—— 这既令人着迷,又重要,并且具有神秘的一面。或者,更准确地说,是什么样的过程在脑中上演,使得学习与记忆得以产生。为了研究这个问题,我应用了各种技术:因为脑工作的方式,其他动物和人类在很多方面几乎一样,所以可以在动物学习新技能和任务时对其进行实验,研究脑内部发生的分子和细胞生物学过程。同时我也使用了一种特殊的新成像技术,作为窥视在学习和回忆过程中人脑(包括我自己的)的一扇窗口。


从个别神经元中特定分子的性质,到数亿个细胞的电学和磁学行为;从显微镜下观察单个细胞,到研究动物行为—— 这就是神经科学的范畴,也是使神经科学成为一个较新学科的原因。自有记录的科学活动之初,科学家就已开始对脑和行为进行探索。但直到近来,分子还是化学家在研究,细胞集群的性质由生理学家检测,心理学家则阐释活体动物的行为。直到20 世纪末,才开始将这整个“七巧板”拼接起来。


作为对脑研究进展的回应,美国政府将20 世纪90 年代定为“脑的十年”(The Decade of the Brain)。大约4 年之后,欧洲人不太情愿地宣布了自己的10 年,因此当我写这本书的时候,这个10 年正将结束。抛开正式的宣定不说,近几年神经科学领域的大规模扩张已使很多人建议,21 世纪的头十年应被称为“心智的十年”(The Decade of the Mind)。借助人类基因组计划的规模和技术成就,理解甚至解码脑和心智之间复杂交错的联系已被视为科学最后的前沿。人脑是宇宙间最为复杂的已知现象,它拥有上千亿个神经细胞及它们之间百万亿个相互连接点,且不说约60 亿个这样的脑之间还会产生互动,而这些脑的主人又生活在地球生态系统的科技社会文化之中!


如今来自全球范围的研究力量已经注入神经科学领域—— 主要来自美国,但欧洲地区和日本也紧随其后,使神经科学从传统的“小学科”变成了一项涉及众多研究团队,吸纳政府(包括其下的军事单位)和制药业上亿投资的大产业。结果,像解剖学、生理学、分子生物学、遗传学和行为学这些曾经截然不同的领域,如今都包容在“神经生物学(neurobiology)”中。然而,神经生物学的“野心”还更大,它开始触及生物学、心理学和哲学之间久负争论的领域。因此,“神经科学(neurosciences)”这个无所不包的词语应运而生—— 这个词语作为复数出现是很重要的。每年有3 万以上的研究人员汇聚在美国少数几个足够大的会议中心举行美国神经科学学会的年会,研究同一个对象——脑,以及其正常与异常的功能。尽管如此,他们仍是在不同的层面开展研究,使用了多种不同的研究模式、选题思路和实验技术。


多种学科为神经科学做出贡献。对正常的心智功能如学习和记忆,以及异常功能如抑郁、精神分裂和阿尔茨海默病,遗传学鉴定了与之相关的基因。由物理学和工程学带来的脑成像系统如正电子发射断层扫描术(positron emissiontomography, PET)、功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)、脑磁图(magnetoencephalogram, MEG)等,打开了一扇观察脑的新窗口。仅从这些成像系统的缩写上难以直接看出这些装置的强大功能,它们提供了对活体脑内动态电活动的深入理解。信息科学领域已有人宣称能为脑的运算过程建立模型,甚至在计算机的人造世界里模拟脑功能。


还有一点有意思的,神经学家几乎被这些超乎寻常的新技术灌醉了,他们开始要占领人类最终的未知领域—— 意识及其本质。过去10 年间,已有几十本猜想性的书,将“意识”这个词以不同方式放在书名上;还有一个称为《意识研究》的期刊,而亚利桑那州的Tucson 更定期召开“意识论坛”。但我还是有些怀疑,我会试着去解释,为什么作为神经科学家,我们对了解“意识”这个大问题并不会有太大的贡献。这也是为什么多年前维根斯坦(Wittgenstein)曾说:咱们最好保持沉默。


开这样一个“意识论坛”意味着我们对理解意识的框架,甚至意识这个词的定义是什么,已达成某种共识。事实并非如此。神经科学的急速发展,带来了从亚分子到整体脑的各个层面多得难以想象的数据、现象和实验发现。我非常关心的问题是如何将这些大量的信息衔接、融合到一个贯通各层面的脑理论中。脑充满了表面矛盾的现象,因为它是一个固定的结构,同时又具有一套动态的、有些相关又有些独立的过程。其性质(或称“功能”),既可以被定位,同时又弥散—— 寓于小的细胞集群中,或是整套系统工作的某些侧面。尽管我们对某些集群在分子水平的特性有部分了解,但对它们如何与更大的神经系统图景相关联,我们只是一知半解。


我们自诩神经科学家,这个称号并无助于把零散的见地拼接起来,产生一些“大统一理论”。解剖学家,在50 万甚至更高的放大倍数的水平,为一个个神经元成像。分子生物学家为各种特定的分子在细胞中定位,他们把脑看作一个复杂的线路图,经验可以通过改变特定的通路和相互连接被编码。而电生理学家和脑成像学者所看到的,是20 世纪初神经生物学发展初期Charles Sherrington 所说的那个动态的、变换不息的电波造成的“迷人的幻影(an enchanted loom)”。神经内分泌学家认为,脑的功能持续被一股股激素所调制,从类固醇到肾上腺素,神经调质轻柔地从每个神经元的身边流过,改变着它们的受体,使之迸发出活力。究竟怎样才能把上述这些不同的视角融成一个贯通的整体? —— 更不用说把神经科学实验室中得来的那些“客观的”现象联系到我们日常生活的主观经验上。我们已经走出了“脑的十年”,也已走过了所谓“意识十年”的半程,却依旧是数据丰富而理论匮乏。


我们的知识虽破碎,却终究十分惊人。当然,Francis Bacon 在西方科学诞生时便指出知识就是力量。就和新遗传学一样,神经科学不只是探索脑与意识过程,也关系到怎样操控它们。也就是说,神经科学和神经技术密不可分。这也是为什么,神经科学领域的发展不能脱离其所处的社会经济背景,其中最主要的就是追寻用于个体的基因或药物疗法。


显而易见,心智和脑的损伤或异常给人类带来了巨大的痛苦。西方工业社会的老年人群中,由看来不可逆转的脑细胞死亡和精神机能丧失所导致的阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease)已是社会越发沉重的负担。到2020 年,在英国可能会有100 万人将患阿尔茨海默病。现在已知有些基因的突变和各种环境诱因是使患病风险增加的因素,而已有的治疗方法只能缓解症状。亨廷顿病(Huntington’s disease)较少见,它是单个基因异常的结果。帕金森病(Parkinson’s disease)较为普遍,现在的关注点是怎样用各种基因疗法减轻症状。


除了这些有较清楚的神经病学和神经化学表征的脑疾病外,还存在着一些更为广泛而棘手的疾病。例如,蔓延全世界的抑郁症,被世界卫生组织(WHO)认定为21 世纪的主要疾病。仅仅为了缓解(还不是治愈)抑郁症,每年要生产并销售成吨的精神类药物生产与销售。“百忧解”(prozac)虽然最为人所熟知,但它只是几种与神经递质血清素(serotonin)系统相互作用以达到疗效的药物之一。很少有人会问为什么如今确诊为抑郁症的病例数量会如此飙升?也许人们是怕发现毛病并不出在个人,而是源于社会和人类整体精神的问题。但是大多数的注意力都集中在个人脑子和身体里发生的变化。目前的药物治疗还只是经验性的,而神经遗传学家已经提出可以确认致病的特定基因,可以与制药业联手,为每一个人量身打造一些(“合理的”)药物—— 即所谓精神药物遗传(psychopharmacogenetics)。


然而,神经技术的雄心还不止于此。这些技术植根于狂热的还原论,后者认为大量的各种社会问题和个人疾病均源于脑功能障碍,而这些障碍又是基因出错的结果。权威的《美国精神疾病诊断与统计手册》(Diagnostic and Statistical ManualDSM)现在加入了很多新疾病类别,如“对立违抗性障碍(oppositional defiance disorder)”、“破坏性行为障碍(disruptive behaviour disorder)”及最臭名昭著的“注意力缺乏多动症(attention deficit hyperactivity disorder, ADHD)”,据估计近10% 的孩子(主要是男孩)患有ADHD。这种“疾病”体现于孩子在学校里表现不好、无法集中注意力听讲或听从父母的管教。一般认为,这是源于与另一种神经递质多巴胺相关的脑功能紊乱,处方药物是一种名为利他林(ritalin)的安非他明类似物。利他林正在被全世界广泛使用,据说没有接受治疗的孩子更有可能犯罪,而关于“犯罪与反社会行为的遗传学”的文献资料越来越多。这是一种对个人疾病合适的医学精神病学的诊断治疗思路吗?或者说,这只是一种简单的敷衍,以免叩问学校、家长和教育背后更广阔的社会面?


借此,神经遗传学与产业的复合体已不断壮大。当前分子生物学家面对着人类基因组计划的结果,已开始从遗传决定论的立场上退缩。心理测试学家与行为遗传学家和那些与他们有时合作、又有时对立的演化心理学家,宣称人类信仰、意愿与行动——这些原本无法被生物学解释的现象——都具有遗传基础。不仅关于智能、成瘾、攻击性这些老生常谈的问题,且连政治倾向性、宗教虔诚性和中年离婚可能性都在从社会和(或)个人心理范畴转移到生物学的领域。这些转移伴随着治疗、改变和操控它们的可能性。20 世纪30 年代,Aldous Huxley 在《美丽新世界》(Brave New World)一书中提供了一剂万灵药,它称为“索麻(Soma)”,可以消除一切痛苦。今天的“美丽新世界”将有多种精心设计的神经药物,消费者可以选购(所谓可以提高认知能力的“聪明”药),或者由政府提供(如用于行为控制的利他林)。


这些都是正在崭露头角的神经技术,目前虽然粗糙,但会逐步变得精细。在当前工业社会背景下,它们的发展和运用就像新遗传学那样,造成一系列医学、伦理、法律和社会的重要问题。我们需要尽早正视这些问题。举些实际的例子:如果聪明药(曾称为“脑兴奋剂”)被开发出来,吃了它可以顺利通过考试,这意味着什么?对遗传上有阿尔茨海默病倾向的人,是否应该给予终身的“神经保护剂”?如果诊断出ADHD 真的能预示日后的犯罪行为,我们能让孩子在童年期一直服用利他林或其他相关的药物吗?如果他们的犯罪倾向可以通过脑成像的方式判定,是否应当在某人切实犯下罪行之前采取预防性措施?


更根本地,不断发展的神经科学和神经技术对我们每个人的责任感和人格会有怎样的影响?它们对法律、道德系统及司法又会有多么深远的影响?作为神经科学和信息科学的产物,人机接口(cyborgery)的飞速发展将如何影响我们的生活和思维方式?这些不仅仅是与少数人有关或科幻小说中的问题,我们也不是在讨论遥远未来那奇妙的人类克隆,而是在未来10 ~ 20 年,我们和孩子所面对的越来越突显的前景和问题。因此,另一个合成词走进了我们当前的话题—— 神经伦理学(neuroethics)


这些都是我在45 年的神经科学研究生涯中一直探讨的问题,这些问题也是我在《大脑的未来——神经科学的愿景与隐忧》一书要正视与解决的。


究竟脑的未来是什么?我的意思是,我们目前对“理解”脑有多大希望?我们能否在时间和空间上把脑—— 这个四维、多层次的七巧板—— 拼接起来?这一步是在真正破解脑和心智的联系—— 更好地理解这两种迥异语言之间的翻译法则—— 之前所必需的。在操控神经系统的技术日益强大的未来,我们所有人的脑和心智将会是怎样的?



本文由刘四旦摘编自( 英)罗斯( Rose, S.) 著,尚春峰、许多译《大脑的未来:神经科学的愿景与隐忧》一书“1  愿景与危机”,标题为编者所加,有删减。


ISBN 978-7-03-047270-0


神经科学在自然探索、临床治疗、智能技术以至社会生活等方面都具有重要意义,因而受到了越来越多的关注。《大脑的未来:神经科学的愿景与隐忧》全面阐述了目前神经科学在大脑的演化来源、发育过程、神经元网络功能运作、脑疾病与衰老、神经药物和神经调控技术等方面的理解,结合神经科学发展的历史,深入分析和探讨了神经科学和一般的生物学研究中若干基本的哲学问题,特别是深入讨论了神经药物和神经调控技术将会对社会生活和伦理造成的种种影响,以及科学家和一般民众所应持有的态度。作为近十年来欧美出版的神经科学普及读物中最为深刻的一种,本书可以作为高年级大学生、研究生,以及其他领域的科研工作者进入神经科学的入门读物,也是对神经科学感兴趣的其他读者的恰当选择。


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