阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第62部分
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即刚出壳的小鸡或小鸭会出自本能地跟随它们的母亲。但通过更
仔细的观察人们会发现并非如此。
它们的本能并不是跟随它们的母亲，而只不过是跟随某种具
有特定的形状和颜色或能够运动的东西。不论什么物体，只要在
这些小动物生命早期的某一特定的阶段提供了这种感觉，就会在
那以后被它们当作母亲来对待。这物体可能真的就是它们的母
亲，事实上几乎总是这样，但并不是说必然会如此。换句话说，跟
随是本能的，但所跟随的“母亲”则是通过学习才认识到的。（这一
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
点的发现主要应归功于奥地利博物学家
K。 Z。 洛伦茨。大约
30年
前，这位了不起的科学家在进行这方面的研究时，有一个时期不论
走到哪里，身后总是跟着一群小鹅。）
对在生活的某一特定时期遇到的某一特定刺激的反应所确立
的某种固定的行为方式叫做印记。印记发生的特定时期叫做关键
期。对于小鸡来说，母亲印记的关键期是在孵化后
13至
16小时
之间。对于小狗来说，则是在出生后
3至
7周之间有一个关键期。
这一期间一只小狗遇到的各种刺激，会形成我们所认为的正常狗
类行为的印记。
印记是最原始的后天学会的行为。这种行为是在一个非常有
限的时期内，在一整套非常一般性的条件下，以极为自动的方式发
生的，因此它很容易被误认为是本能。
印记的一个符合逻辑的原因是它提供了一定的合乎需要的灵
活性。如果一只小鸡生来就有辨别它真正母亲的某种本能以便只
去跟随它的母亲，而它的母亲又刚好由于某种原因在小鸡出壳后
的第一天便不在它身边，那么小鸡就会无依无靠了。事实上，有关
母亲的问题在最初几个小时之内没有固定的答案，小鸡可以使自
己接受附近任何母鸡的印记，从而为自己找到一个养母。
电脉冲
如前所述，伽伐尼在
18世纪末所做的实验第一次表明了肌肉
和神经的活动与电之间有着某种联系。
由于荷兰生理学家埃因托芬的工作，肌肉的电特性引出了一
项惊人的实用医疗方法。1903年，他制作了一个极其灵敏的电流
计。这个电流计灵敏得足以随着心脏跳动所产生的细微电位变化
而波动。到了
1906年，埃因托芬已经在记录这个电位的波峰和波
谷（这种记录就是心电图）并研究它们同各种心脏疾病之间的关系
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了。
神经脉冲的电特性比肌肉的电特性更微妙。以前人们认为这
种电特性是通过神经内部的化学变化产生与传播的。
19世纪德
国生理学家杜布瓦…雷蒙通过实验观察证实了这种猜想。他使用
灵敏的电流计观测到了受刺激的神经中的微小电流。
借助现代电子仪器，对神经电特性的研究已达到了不可思议
的精密程度。通过在神经纤维的不同位置上安放微小电极并使用
示波器观察放电现象，可以测出一个神经脉冲的强度、持续时间、
传播速度等等。美国生理学家厄兰格和加塞由于在这方面有所贡
献而获得了
1944年的诺贝尔医学与生理学奖。
如果向一个单一的神经细胞施加一连串微小的电脉冲并逐渐
加大脉冲强度，则在脉冲强度达到某一特定水平之前神经细胞会
毫无反应。然后神经细胞会突然击发：一个脉冲突然出现并沿着
神经纤维传导下去。神经细胞有一个阈值：如果刺激低于阈值，神
经细胞不会有所反应；而对于任何高于阈值的刺激，它的反应都是
一个具有某一固定强度的脉冲。换句话说，这是一种“要么全部，
要么没有”的反应。而且在所有的神经中由刺激引起的脉冲好像
都具有相同的性质。
这样一个到处都一样的、简单的“是或非”的结构怎么可能产
生出复杂的视觉或拉小提琴的动作中所含的复杂的手指反应呢？
事情可能是这样的：一个神经，例如视神经，含有许多条纤维。这
些纤维中可能有一些在击发而另一些却没有击发。而击发有可能
是一连串地快速进行，也可能是缓慢进行。这就形成了一种图样。
这种图样可能还很复杂，并随着总刺激的变化而连续变化着。（英
国生理学家艾德里安由于在这个领域里的工作，与谢灵顿分享了
1932年的诺贝尔医学与生理学奖。）脑可以对这个不断变化的图
样进行连续扫描并对它做出解释。但是，没有人知道解释是如何
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
做出的，也没人知道一个图样是怎样变成肌肉收缩或腺体分泌之
类的行动的。
神经细胞的击发似乎是由离子移动穿过细胞膜引起的。在正
常情况下，细胞内部的钾离子较多而细胞外有较多的钠离子。细
胞通过某种未知的方式把钾离子包围在内而将钠离子排斥在外。
这就造成了细胞膜两侧这两种离子的浓度不平衡。现在一般认为
细胞内有某种钠泵在不断地将钠离子排出，进来多少就排出去多
少。无论如何，这种浓度不平衡在细胞膜两侧造成了大约
0。1伏
的电位差，细胞膜内的电位低于膜外的电位。当神经细胞受到刺
激时，细胞膜两侧的电位差会崩溃，这就是细胞的击发。重新建立
电位差需要一两毫秒的时间，在这段时间内，神经不会对另一个刺
激做出反应。这段时间叫做不应期。
细胞一旦击发，神经脉冲就会通过一系列击发沿纤维传下去。
每一段纤维负责激活下一段纤维。脉冲只能向前方传递，这是因
为刚击发过的那一段纤维需要经过一个休息间隔以后才能再度击
发。
由于参与了有关上述神经活动和离子渗透性方面的研究，两
位英国生理学家
A。 L。 霍奇金和
A。 F。赫胥黎，以及一位澳大利亚
生理学家埃克尔斯分享了
1963年的诺贝尔医学与生理学奖。
但是，当沿着纤维行进的脉冲遇到一个突触（即两个相邻的神
经细胞之间的间隔）时，又会发生什么事情呢？神经脉冲似乎还包
括产生一种化学物质，这种化学物质能漂过这一间隔并在下一个
神经细胞里引起一个神经脉冲。这样，脉冲就能从一个细胞传到
另一个细胞。
肾上腺素这种激素是已确知的对神经有影响的化学物质之
一。肾上腺素能对交感神经系统起作用，交感神经系统的功能是
减缓消化活动以及加快呼吸和心跳频率。愤怒或恐惧使肾上腺分
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泌这种激素，这种激素对交感神经系统的刺激引起血液流动迅速
加快，全身组织供氧量增加；同时，通过减缓消化活动，在紧急情况
期间节省了能量。
美国心理学家、警官拉森和
L。 基勒在
1921年利用这一发现
设计了一种仪器，这种仪器能检测感情引起的血压、脉搏、呼吸频
率和排汗等方面的变化。这个设备叫做多种波动描记仪。它能检
测出说谎所包含的感情上的努力，因为任何比较正常的人在说谎
时都会害怕被发现，这就会导致肾上腺素的分泌。虽然多种波动
描记仪远没达到确实可靠的地步，但作为测谎器它还是早已闻名
遐迩。
在正常情况下，交感神经系统的神经末梢本身会分泌一种叫
做去甲肾上腺素的化合物。这种化合物很像肾上腺素，它的作用
是将神经脉冲传过突触的间隔，通过刺激间隔另一侧的神经末梢
把信息传递过去。
在
20世纪
20年代初，英国生理学家戴尔和德国生理学家勒
韦（他们两人后来分享了
1930年的诺贝尔医学与生理学奖）对另
一种化学物质进行了研究。这种化学物质在不是交感神经系统的
神经里起将神经脉冲传过突触的作用，它就是乙酰胆碱。现在人
们相信乙酰胆碱不但在突触中起作用，而且还参与了神经脉冲在
神经纤维本体上的传导工作。乙酰胆碱的作用可能与钠泵有关。
无论如何，神经纤维中好像时时刻刻都有这种物质生成，然后又很
快地被一种叫做胆碱酯酶的酶分解掉。任何抑制胆碱酯酶作用的
东西都会打乱这一化学循环并终止神经脉冲的传输。现在称为神
经毒气的致命物质就是一些胆碱酯酶抑制剂。通过阻止神经脉冲
的传导，它们能导致心脏停跳而在数分钟内引起死亡。这类东西
在战争中的用途是很明显的。它们还有一个不那么不道德的用
途，就是作杀虫剂。
第十七章 头 脑
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局部麻醉剂也有对胆碱酯酶的抑制作用，不过不像神经毒气
那么激烈。麻醉剂通过抑制胆碱酯酶而达到暂时停止传递和疼痛
有关的神经脉冲的目的。
由于神经脉冲传导时的电流的变化，我们可以在某种程度上
“解释”脑的活动，虽然至今还没人能完全弄懂脑电波到底在说什
么。1929年，德国精神病学家伯杰在一篇文章中报告了早些时候
的研究工作。他曾在头部的各个部位安放了电极并检测到了有节
奏的电波活动。
伯杰把最明显的节奏叫做
α波。它的电位变化大约在
20微
伏左右，频率大约为每秒
10次。当被测试者闭目休息时
α波最为
清晰明显。在睁眼看着没什么特色的光源时，
α波依然存在。但
是，如果看到了千变万化的环境景物，则
α波会消失或被其他更为
突出的节奏所淹没。过一段时间以后，如果视野中没出现什么新
的景物，则
α波又会重新出现。除去
α波以外，其他类型的波还有
β波、δ波和
θ波。
脑电图（简写作
EEG）从那以后得到了广泛的研究。这些研
究表明每人都有他或她自己的波型，这些波型还会随着人的兴奋
和睡眠状况而变化。虽然脑电图还远不能被用来“探测思想”或跟
踪智慧的机制，但它确实能帮助诊断脑功能的重大损坏，特别是癫
痫病。它还能帮助寻找脑部受损的具体部位或脑肿瘤的位置。
到了
20世纪
60年代，人们开始在这项研究工作中使用专门
设计的计算机。如果受测试者在测试中感受到周围环境中的一个
很小的变化，那么不妨假设他的脑子会对这个变化有所反应，表现
为在变化发生的时候，脑电图的波型会发生微小的变动。但是脑
子在当时一定还在做其他的事情，因此脑电图的这一微小变化应
该是很难察觉的。不过，如果一次次地重复这个实验，我们就能利
用计算机求平均值的方法将干扰消掉，从而得到每次都出现的微
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小变动。
到了
1964年，美国心理学家克莱因斯报告说，他在研究中采
用了非常精密的分析方法，因而能够仅通过对脑电图波型的研究
就推断出测试对象当时看见的是什么颜色。英国神经生理学家沃
尔特也报告了一种似乎是学习过程所特有的脑信号波型。当测试
对象有理由认为他或她就要收到某种需要以思考或行动作为反应
的刺激信号时，就会出现这种波型。沃尔特将这种波型称做期待
波，并且指出
3岁以下的婴幼儿和某些精神病患者没有这种波型。
1965年又有人报告了这些现象的逆现象，即由直接对脑部进行电
刺激以引发身体上的某种特定的行动。耶鲁大学的德尔加多通过
无线电信号传送电刺激，以操纵实验动物，使它们根据命令行走、
攀登、打哈欠、睡眠、交配以及变换情绪等等。最惊人的是，他竟能
让一头猛冲而来的公牛突然停止攻击，并安详地小跑走开。
人类的行为
与诸如行星的运动或光的性质之类的物理现象不同，生物的
行为至今还不能用一套严格的自然法则来描述，而且很可能永远
也找不到这样的法则。因而有很多人坚持认为，有关人类行为的
研究永远也不会成为一门真正的科学，他们认为真正的科学应该
能根据一些放之四海而皆准的自然法则来解释或推测在任何给定
情况下的行为。然而生命还是服从自然规律的，而且也可以说，如
果所有的因素都是已知的，则生命行为也能完全解释。问题就在
于“所有因素都已知”这句话。有关的因素太多也太复杂，不大可
能都成为已知的。但是，我们也不必绝望地以为再也不能进一步
第十七章 头 脑
第十七章 头 脑
完善对我们自己的了解了。对于我们自己智力方面的种种复杂问
题，还是有很大的增进了解的余地的。而且即使我们永远也走不
到路的尽头，还是应该希望向前走得越远越好。
不但有关�
