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天才与大脑

2013-09-18 22:18:10

天才与大脑

乔梁

 

古今中外,不少人相信,名人或天才的大脑肯定与常人大不一样。大脑中必然有某种东西决定一个人成为天才。例如,要么天才的大脑容量大, 或者大脑表面积大,要么是他们的大脑神经元多于常人,或者是他们的大脑沟回多,皱褶深。

不过, 对大量名人和天才, 包括爱因斯坦、笛卡尔、拜伦、高斯等人的大脑研究的结果发现,天才与犯人、普通人的大脑并无特别差异之处。

 

爱因斯坦大脑优于常人大脑?

在人类的科学、文学、艺术和政治领域中,有为数不多的人取得了非凡的成就。而人们对他们的大脑的研究也从来没有中断过。其中,爱因斯坦的大脑是人们探索得最多的,但是得出的结论也是五花八门。结论之一是,爱因斯坦作为一名科学天才其大脑有过人之处。

美国学者布赖恩•伯勒尔的新著《来自大脑博物馆的明信片:对名人心智物质未必可信的探索》对此作了较详尽的描述。

最先把爱因斯坦大脑与普通人大脑对比研究的是美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的神经科学家马里恩•戴蒙德。此前,她曾对小白鼠的大脑做过研究。她把小白鼠分为两组,一组放在有智力刺激的环境中,另一组则放在缺少刺激的环境中。经过一段时间她发现,在有刺激的环境中生活的小白鼠的大脑功能更好,而在缺少刺激环境中生活的小白鼠的大脑功能较差。这一结论是通过对两组小白鼠大脑切片中的神经元(脑细胞)计数所获得的。

听说爱因斯坦的大脑还保存着,戴蒙德从保存者哈维那里要来了爱因斯坦大脑左右半球的布罗德曼9区和39区的一些样品,同时以11位已死亡的64岁男性的相同部位的大脑作对照研究。这11人都不是因神经性机理失调而死亡的,因而大脑之间具有可比较性。

戴蒙德采用的是高尔基染色法,是当时技术中最能显示解剖组织和细胞的。戴蒙德的计划是统计单个神经元、两种神经胶质细胞(星形胶质细胞和少突胶质细胞)和总的胶质细胞4个数据。然后建立3个比率,即在大脑单位面积中的神经元与星形胶质细胞、少突胶质细胞和总胶质细胞的比率。

戴蒙德把爱因斯坦的神经元计数和与胶质细胞的比率与对照组进行了对比。戴蒙德选取了4个标本,因而在7种测量(4个计数和3种比率)中总共有28种可能的比较。但是,在观察了所有的结果后,戴蒙德抛弃了其他测量的结果,只留下了神经元对总的胶质细胞的比率。戴蒙德认为,有必要计入所有的胶质细胞才能得到统计上的显著差异。结果发现,爱因斯坦的大脑与普通人大脑的差异仅仅存在于一个布罗曼区——左脑半球的39区。在这个区域,爱因斯坦大脑的神经元对神经胶质细胞的比率显著低于他人。

这似乎是爱因斯坦大脑优于常人之处。因为,神经胶质细胞是神经元的营养和支撑细胞,在其一生中一直在分裂和产生新细胞,但神经元却没有。因此,只有两种情况会导致神经元对胶质细胞比率的减低,一是神经元很快死亡(如老年性痴呆患者),另一是胶质细胞数量增长。戴蒙德以前的研究发现,营养充足的环境会导致小鼠胶质细胞的增殖,从而会降低小鼠神经元对胶质细胞的比率。而爱因斯坦大脑中也出现了这种情况,据此,她认为这“提示了胶质细胞对神经元更高新陈代谢需求的反应”。

 

爱因斯坦的大脑不如常人?

戴蒙德的研究结果于1985年发表在美国的《实验神经学》期刊上,题为“论一位科学家的大脑:阿尔伯特•爱因斯坦”。而新闻媒体将此研究解读为爱因斯坦大脑拥有比常人多的胶质细胞,因而比常人更聪明,或者说奠定了他作为天才的大脑基础。

但是,不同的解释和批评接踵而至。科学家同行的一个著名的评议是:如果观察足够长的时间,测量数量足够多的特性,并且是高度选择性的,那么最终你都能找到统计数据来支持或否定任何主张。1998年佩斯大学的海因斯在《实验神经学》上发表文章称,戴蒙德的研究“存在如此严重的缺陷,其结论不应被接受”。

在此之前, 另一些研究人员得出了与戴蒙德相反的结论。1992年,日本大阪生物科学研究所的坎塔从戴蒙德的研究推论出了另一种结果。戴蒙德研究的细胞计数表明,极有可能在爱因斯坦大脑的语言相关区域存在某种病理转变,而病变导致了他幼年的诵读困难。这是众所周知的一段历史,爱因斯坦在童年时看起来很愚笨,话也说不清楚。

换一句话说,爱因斯坦并非拥有一个超级大脑或天才的大脑,他很有可能是以一个严重受损的大脑开始其人生的,但后来痊愈了。这尽管也是一种推论,但却有足够的事实基础,而且引发了人们极大的兴趣。因为,如果爱因斯坦的父母当时知道爱因斯坦的大脑有缺陷,就不会让他搞学术研究,而会让他做公务员了。

而且,坎塔对戴蒙德的研究提出了几个疑问。戴蒙德的研究中的对照组是一些什么人?这些作为对照组的人在此前的30年中经历了什么?戴蒙德对数据的取舍不完整,而且为什么用比率而不是用实际的神经细胞计数来进行解释?

还有一些重要的研究结果也相继发表,并提示爱因斯坦的大脑甚至比常人更不如。1996年,美国阿拉巴马大学的布里特•安德森在《神经科学通讯》上发表了“爱因斯坦额叶皮质中皮质厚度和神经元密度的改变”的论文。该文讨论的额叶皮质是布罗德曼9区。安德森测量了爱因斯坦皮质(脑灰质的外6层)的厚度,并计算了大脑单位面积中神经元的数量,目的是要计算这些细胞的多少和密度。

当然,安德森也采用了对照组作对比。对照组是5名男人的大脑,平均年龄是68岁,而爱因斯坦的年龄是76岁。安德森的研究没有发现爱因斯坦与另5名男性的大脑有什么明显的不同,无论是大脑细胞的数量还是细胞的大小。而且,安德森还发现,爱因斯坦的大脑皮质要薄一些,但是,这被爱因斯坦大脑神经元更紧密的排列所补偿。如果爱因斯坦有一个特别巨大的大脑,那么他的神经元排列紧密的结构也许会让其有多于常人的神经元,因而可以得出其大脑思维优于常人之处。遗憾的是,通过测量,爱因斯坦的大脑不仅不比常人大,甚至还小于常人。不过,多数科学家认为爱因斯坦的大脑在正常值的范围,也就是1230克。

对于大脑的大小,也有一些有趣的解释。为什么男人的大脑比女人大15%。有的研究人员认为,男女的智商是没有差异的,但大脑大小的差异可以被另外一种情况所弥补。由于大脑小一些,神经元的排列就更为紧凑一些,因而在信息处理上就更节约时间。换句话说,大脑的尺寸小可以使心理过程更为经济。所以,女人的大脑小于男人可以用神经元的排列紧凑来弥补。

那么,爱因斯坦大脑小于常人是否也可做如此的解释呢?其实,这也是一种推测,也说明人们迄今还无法找到一种可以自圆其说的大脑解剖结构与智商有密切关系的证据。

 

从高斯大脑得出的结论

另一位与爱因斯坦为同一级别的世界性天才科学家是高斯,但早于爱因斯坦一个世纪。他的大脑出于科研的需要被保存了起来并被广泛研究。

19 世纪初德国有3位伟大的天才,一位是贝多芬,一位是歌德,另一位就是高斯。高斯留下的遗产有以他的名字命名的磁通量单位,也有钟形曲线(也称高斯曲线),还有描绘行星轨道的最小二乘法, 其代表作有《算术研究》,堪比牛顿的《自然哲学的数学原理》。因此,科学史上把牛顿、阿基米德和高斯并称为史上最伟大的数学三巨头。

1855223日高斯逝世,他的大脑在5位哥廷根大学教授作为见证人的情况下被保存了起来,其中一位见证人是生理学和生物学家瓦格纳,由他对高斯和其他一些人的大脑作对比研究。1860年,瓦格纳发表了他对许多名人和一般人大脑研究的论文——《作为灵魂器官的人脑的科学形态学和生理学之初步研究》。

这项研究的核心是对964个大脑进行了对比研究,并列表比较。在这964个大脑中不仅有大名鼎鼎的高斯,还有另外8名属于世界级精英的大脑,包括拜伦、迪皮特朗、居维叶和哥廷根大学的另5位教授,当然也包括一些普通的人,如工人、洗衣妇、普通市民和农民等。尽管瓦格纳希望看到在大脑的尺寸或外表的复杂性与智力的品质之间有清楚的关联,但是他对高斯等天才大脑的研究却无法得出这样的结论。

瓦格纳写道,天赋很高或智力活动积极的个体的脑皱褶是否特别多,这个问题现在还无法得出结论。对于大脑重量是否与天才有关,瓦格纳也持怀疑。他认为,固然,某些天赋卓绝的人在脑重量排名上位居前茅,例如拜伦和居维叶,但是,另外一些天才人物,如高斯的大脑却并不重,只排在他所研究的900多人的第二个100位中。这也证明,脑重量与智力的联系并不密切。

但是, 瓦格纳并没有放弃,他在晚年研究高斯的大脑时发现,高斯的大脑有超常丰富的裂隙,这意味着高斯大脑的表面积大于同等体积脑的表面积。那么,是否大脑表面积越大,智商就越高呢?

为此,瓦格纳和其儿子赫尔曼(也是一位生理学家)用不同的纸来测量高斯的大脑和对照大脑的表面积。他们不仅要测量大脑外部看得见的面积,还要测定脑皮质(即灰质)皱褶里隐藏的面积。当然,他们的研究有了新发现,大脑其实有2/3的表面积是隐藏在皱褶里。这也意味着,一个人大脑皮质中皱褶越多,大脑的表面积越大。但是,他们也发现,大脑表面积与智力的关联可能并不大。因为,通过比较高斯和一位农夫的大脑时发现,他们之间的大脑表面积并无显著差异。

同时, 另一项指标也让瓦格纳失望,即大脑表面积和体积的关系,也许是两者之比越大,可能智力越高。但是,尽管较大的脑似乎比较小的脑有更多的沟回和皱褶,但它们的表面积与体积之比却更小。这一结果让瓦格纳彻底失望了,大脑的解剖特点与智力并没有必然的联系,尤其是天才的大脑。

然而,对于高斯大脑的研究还没有完结。20世纪的最后几年,有人又取出了高斯的大脑进行磁共振成像扫描。这一研究只是提示,高斯的大脑在最后几年并无任何退化的迹象。那么,这是否是天才与常人大脑之间的区别之处呢?也未必。

不过,人类对自己大脑智力的研究还将继续下去。也许未来会有让人吃惊的结论。

 

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