脑植入物
把事情做好，首先需要爱，然后是技术。
——安东尼·高迪
无论是关于身体机器的生理化学概念，还是技术突破的希望，都无法用来定义理想的人类或适宜的环境，除非考虑到，过去种种已经一步一步地化身为人性与人类社会的一部分，决定着人类生命的局限和潜力。过去并非死亡的历史，而是人们用来建构未来的鲜活材料。
——勒内·杜博斯，《人类是这样一种动物》，1968年
仰望穹顶，装饰在天花板上的木刻雕像深深地迷住了我。我站在一座古老程度世所罕见的学术建筑中，我的四周完全被云杉木所围绕——地板、墙壁、天花板，都密密匝匝地铺着一条条蜂蜜色的厚木板，屋顶中央的雕塑俯瞰着整个房间。创立于1088年的博洛尼亚大学是西方世界的“大学之母”，但其中一座拥有400年历史的解剖演示厅，才是我来到这个位于意大利中部的圣地的原因。头顶上复杂精巧的手工制作的嵌板，展示着14幅星座与黄道十二宫的图画，草草看一眼，就能认出狮子座、处女座、双子座等所有星座。而那座悬置于40英尺上方的真人大小裸体雕像使我停下了脚步。
我的私人导游卢卡用带有博洛尼亚口音的英语说：“这是阿波罗。”悬在半空中的阿波罗优雅地指向我身旁的白色大理石桌子。他是希腊和罗马的音乐、真理、治愈和光明之神，宙斯之子，阿斯克勒庇俄斯之父，是医学与治愈之神中最重要的一位。阿斯克勒庇俄斯本身也是几位与医学技艺相关的著名女神之父，比如许革亚（Hygieia）和帕那刻亚（Panacea）。我很想看到阿波罗的身后是什么，在导游的提示下，我终于搞明白那是一把里拉琴——我们音乐之神的合理装备。
阿波罗在上方遨游，起初我并不理解古人要传达的信息。演示厅里只剩下我和太太，还有我们的导游，他很友好，没有在即将闭馆时把我们请出去。我全神贯注地努力记住这些星相标志，结果没看到重点。我回过头，看见卢卡用手臂画出一个大圆圈：“这些星座都围绕着光明与太阳之神阿波罗。想象一下几百年前的这个房间，只有从窗户射进来的光线，而阿波罗正在为整个房间带来光明，或者说带来理解，这也是他指向解剖台的原因。”
我调整着自己的位置，使阿波罗的手指向自己。
我想要理解。
卢卡又说道：“阿波罗位于中心，是光明之神，而围绕他的这些主要星座，在17世纪被认为拥有主宰生死疾患的力量。”
主宰的力量。如果无力控制疾病，古人渴望至少能够理解和解释它们。卢卡也是这样说的。“星座和阿波罗施加了‘影响力’——这就是神秘疾病‘流感’一词的由来。[1]自现代曙光初现之时起，人们就对流感感到费解。是什么引起了瘟疫、传染病及其大流行？星辰与神灵，影响力。”
我的目光追随着卢卡手臂的指引，环视令人眼花缭乱的星座诸神，他就像是我的私人阿波罗。在并不十分遥远的从前，欧洲大陆上最有前途的学生们为了理解人体之谜和折磨人类的力量而聚集在这个神圣的房间里。在最显眼的展示中，受人尊敬的教授在讲堂上告诉学生们，是上天主宰着他们的存在。盘旋在头顶的星群统治着有识之士，人类糊涂蒙昧，脆弱不堪。
卢卡拉上东面的百叶窗时，我注意到映在阿波罗周围嵌板上的铭文。盾牌般的嵌板线条柔美，外围雕刻着优雅的花饰，上面刻有拉丁文格言，其中，最凄凉动人的一句话是，“对我们而言，首先是他们的力量”（ET CUNCTORUM SUBIECTA POTENTIA NOBIS）。
一万年以来，人类种地耕田，畜牧养殖，建设城镇，在泥板和纸张上进行数学运算，以货币完成交易，扬帆远航，以武器作战，酿酒，制乳酪，纺棉织毯，铺设公路，修渠建坝，变更河道，抽水排污，输送淡水，然而，人类却在理解生活中最紧迫的问题方面毫无进展：我们为什么会生病？
由于无法解释，我们的祖先将目光转向了上天，以挣脱困惑之网——我们会生病是因为上天的影响力。
历经千古迷惘，我们这一代人中的大部分，已经接受了以科学的概念来解释疾病的起因和治疗。植入革命取得了巨大的成就，以至于如果出现无法诊断或是无法完全恢复功能的情况，我们甚至会感觉接受不了。此外在50岁以上的人群中，我们越来越难找到一个口腔或体内没有永久性植入物的人，更不可能找到一个不认识任何植入物使用者的年轻人，至少在美国是这样的。这种转变发生在上一代人身上，并且会继续深入发展。
未来几十年会为我们带来什么呢？我的猜测或许非常愚蠢（如果前面的几百页有意义的话），但外科医生一向直言不讳。不过，我想先讲一个故事，关于人类最不同凡响的干预治疗方式之一。
1982年7月，加利福尼亚州圣何塞的圣克拉拉谷医疗中心收治了一位40多岁的先生。他处于一种身体冻结但意识清醒的状态，身体僵硬得像一块板子一样，一动不动；虽然他的身体几乎没有反应，但将其收治入院的神经科医生威廉·朗斯顿（William Langston）感觉到，他可能处于正常的清醒状态。这真是一种神秘的医学现象：这位患者是如何在一夜之间突然“瘫痪”却没有丧失认知能力的？朗斯顿医生必须对此做出判断。1
快速的身体检查排除了中风和紧张型精神分裂症。虽然患者无法移动四肢，但他的身体并非松软无力，而是僵硬的。实际上，患者可以被形容为“蜡样屈曲”，即检查人员可以将其手臂举过头顶，松手后，肢体会保持在原位。这不是感染，不是脑出血，也不是精神失常。医生从认识他的人当中得知，这些症状真的发生在一夜之间，仿佛出现了历史上第一位在一天之内就患上严重帕金森病的患者。
通过仔细的调查工作和一些“讽刺的蛛丝马迹”，2谜团迅速被破解。朗斯顿医生及其他医学调查人员收集了邻近城市的急诊室病例报告、警察报告、新闻媒体的警报，再加上很讽刺的“一点运气”，他们在湾区又发现了六例猝发帕金森病的患者。这七名患者具有一个明显的共同特征：他们都使用了一种新型“合成海洛因”。这种毒品在20世纪80年代早期的“特质毒品潮流”中，新近出现在加利福尼亚州北部的街头巷尾。
问题是，这些悲惨折磨背后的致病因是什么？通过与执法机关以及“配合”工作的毒贩合作，科学家们获得了合成海洛因的样本，终于击中要害。他们发现了一批几乎完全由MPTP构成的劣质毒品（MPTP是一种在脏乱厨房或露营车里搞化学反应而产生的有害分子）。事实上，在制作合成海洛因的过程中，温度至关重要，如果（不那么）“可靠”的毒品贩子打破行规，故意破坏了海洛因的调制方法，就会生成一种对大脑特定部位有毒性的副产品。
1983年，朗斯顿和同事们在《科学》杂志上发表了这一发现。研究表明，MPTP对大脑特定部位具有毒性。他们认为，这种分子对这个部位的破坏是导致帕金森病的原因。由于以前从未发现过类似帕金森病的动物模型，全美各地的研究人员都瞄准了MPTP，将其用作一种可以在实验室动物身上制造帕金森病的试剂。后来科学家发现，MPTP会分解成为另一种毒性更高的分子MPP+，这种分子会强力地破坏以多巴胺为主要“神经递质”的细胞，实际上就是向协调运动功能的大脑深处发送小型的化学“智能炸弹”。
乔瓦尼·莫尔加尼关于疾病的位置和病因的突破性见解，改变了医生对器官在疾病中所扮演角色的理解。进入19世纪，科学家们尚未理解大脑的组成部分，但人们开始好奇颅骨的形状和大小在决定个人性格和能力方面的作用。德国医生总结出颅相学，这种伪科学认为骨骼特征和独特的头部轮廓可以帮助警惕的检查人员诊断心理问题。就像大多数甚至是现在的江湖医术一样，没人能证明颅相学不是错误的，但它确实开启了人们对大脑不同部位各有不同功能的思考。
菲尼亚斯·盖奇（Phineas Gage）是佛蒙特州的一名铁路工人，他在工作时受到了致命性颅脑损伤，身下地洞中炸出的铁路捣固杆穿过他的头部，又飞出80英尺。这件事发生在1848年。在没有什么医治方法的情况下，盖奇必死无疑。然而他活了下来。当地的医生接受过以那个时代而言不错的医学培训，明白伤口清创术是有用的，他小心翼翼地处理了盖奇外伤部位的组织。
标枪大小的捣固杆从他的左眼下方进入，向上穿过头顶。令人惊讶的是，菲尼亚斯一开始还能说话，但几天之内，他就进入半昏迷状态，在死亡边缘徘徊。当地医生为他清除了血块和脓肿。当时距离抗生素问世还有将近一个世纪，盖奇的生死完全取决于其自身免疫力。他活了下来，失去了左眼，但更重要的是，他失去了原本的脾气秉性。
菲尼亚斯·盖奇又活了十年，然而，原本性情温和、能够正常社交的他变成了一个性格极端的病人，“成日脏话连篇（他从前并没有这种习惯），丝毫不尊重同事，他自己的想法与人发生冲突时无法克制情绪，没有耐心听从劝告，有时顽固不化，有时又反复无常，想出未来的工作计划又旋即放弃，因为其他方案似乎更加可行”，他的医生在马萨诸塞州的一份医学出版物中这样写道。3患者在短期内人格发生了巨大改变，而他并没有丧失肢体活动能力、语言能力以及信息处理的能力。我们显然可以得出这样的推论，位于眼睛上方的大脑“额叶”部位，与肢体活动、语言控制或者面部功能控制无关。菲尼亚斯·盖奇的病例甚至变成早期“病变案例研究”之一，这类患者的大脑特定部位损伤，恰恰揭示出该部位的功能。虽然几十年来，人们对“脑定位”（cerebral localization）的理解只停留在粗浅水平，但随着科学家们研发出更加准确的方法来深入研究大脑思维，“脑定位”这一概念将得到蓬勃发展。
皮埃尔·保罗·布罗卡（Pierre Paul Broca，1824—1880年）是一位法国医生，在19世纪中期，他得到了整个巴黎最受人尊敬的一些执业医师的指导和培训，学成之后，他在病理学、外科学和解剖学方面均有实践。布罗卡生性酷爱调查研究，具有广泛的好奇心，全心致力于医学研究和文章发表。1861年，布罗卡被请到比塞特医院（Bicétre Hospital）为一名失语患者做检查。比塞特医院是巴黎市郊的一家精神病专科医院，布罗卡要评估的并不是精神病人，而是一名51岁的男性患者，他已经21年没有说过话了——除了“谭”（Tan）这个词，于是，人们都不叫他的名字路易·维克多·莱伯尼（Louis Victor Leborgne），而是为他取了个绰号叫“谭先生”。
“谭先生”在比塞特医院住院的前十年里，只是无法说话。布罗卡后来在报告中写道：“智力似乎未受影响，精神和身体状况完好，反应灵敏……他一直尝试与人交流。”4在遇到布罗卡之前的几年中，他的右半侧身体开始瘫痪，肢体上的坏疽使病情迅速发展到威胁生命的状态。即使生命走到了死亡边缘，莱伯尼还是能够与布罗卡互动交流。与往常一样，他唯一的言语表达就是“谭”，但布罗卡认为，他能够理解其他人的语言，按要求行事和记数字。
保罗·布罗卡刚刚参加了巴黎人类学学会（Société d'Anthropologie de Paris）的一个讲座，埃内斯特·奥伯廷（Ernest Aubertin）在讲座中介绍了屈勒里耶（Cullerier）先生的病例。这名患者试图朝着自己的前额开枪自杀，结果子弹击碎了头骨前部，露出了大脑，但惊人的是他并没有当场毙命。屈勒里耶被送往圣路易医院，在生命的最后几个小时中，他仍然可以说话。奥伯廷抓紧时间为患者做了检查，并进行了一个极不寻常的实验。后来他写道：“……由于我非常想知道，如果大脑受到挤压，语言能力会受到什么影响，我们用一块大压舌板从上向下、从前向后按压暴露在外的大脑部分。在一定的压力下，他的舌头似乎动弹不得，无法发音；我们突然加力按压后，患者不仅丧失了语言能力，而且话没说完就停止了。”5奥伯廷对巴黎同行们说，大脑功能具有区域性；保罗·布罗卡开始思考，掌管语言的区域是否确实位于大脑前部。
一周后，路易·维克多·莱伯尼（“谭先生”）过世了，布罗卡对其尸体进行了解剖，包括对大脑的解剖。在额叶靠近外侧沟（额叶与颞叶之间的大裂隙）的地方，布罗卡发现了一处孤立的梅毒病变，他推测这一位置便是语言生成区。
他是对的。在人类历史上，科学家首次确定了人类大脑中的特定功能区域。时至今日，这一区域仍被称为“布罗卡区”（见彩插20.1）。这位巴黎医生的求知欲为认知神经科学奠定了基础，并迅速开启了人们对大脑功能定位和偏侧性的真正理解。
威廉·伦琴于1895年发现了X射线，宣告人类具备了窥见人体内部的能力。但X射线完全无法显示大脑的内部损伤。约翰斯·霍普金斯医院的沃尔特·丹迪（Walter Dandy）在1919年发明了“气脑造影术”，这是向大脑深处的中空脑室注入气体，然后在颅骨的X射线检查中观察骷髅状大脑轮廓的技术。但直到20世纪70年代，计算机断层扫描和磁共振成像才能无痛而准确地显示颅内结构。因此，从19世纪60年代到20世纪60年代，确定人脑功能区域的过程完全依靠对颅脑损伤患者进行尸体检查。真正解开大脑的秘密需要一种突破性技术，使神经科学家的目光转向单个脑细胞。这样医生才能理解那一团高深莫测的细胞，也就是大脑。
约瑟夫·杰克逊·利斯特发明的消除色差的透镜极大地改善了显微镜技术，但更重要的是，现代化学的出现和染料的应用使组织变得鲜明可见，为研究细胞的组织学带来了巨大的进步。然而，神经组织不易染色，而且人们对脑细胞之间的接触和交流方式也争论不休。事实上，有些专家认为，大脑是由一个单细胞构成的单个器官，细胞自身如一大团毛发状纤维交织在一起，这就是“网状说”（reticular theory）。科学家每次尝试为神经组织染色都会在显微镜下看到一团乱糟糟的神经纤维，19世纪中期的那些组织学先驱显然被大脑搞糊涂了。
威廉·珀金在1856年发现了苯胺紫（详见第八章），开启了合成染料工业，使服装制造业焕然一新，也为现代化学带来了翻天覆地的变化。不久后，德国的大学和企业在药理学、化学和制造业领域占据了世界市场的主导地位，所以发明新一代组织染色技术并让组织在显微镜下栩栩如生的研究者是位德国科学家，并不让人意外。奥托·戴特斯（Otto Deiters，1834—1863年）是最早看到，也知道自己看到了单个神经细胞的人之一，这位年轻的德国神经解剖学家在26岁时发明出一种神经细胞染色技术，能够在极高的放大倍率（300倍）下特别灵敏地筛出单个细胞。由于显微照相术尚未发明，戴特斯亲手画出了自己的发现。他画的图像明确显示，大脑和脊髓是由一个个细胞组成的，这些细胞以蜿蜒曲折的突触进行互动。他用细小的针头成功地分离出单个细胞，简直令人难以置信，6但要弄清大脑中细胞之间的相互作用，则需要科学的奇迹。在显微镜下观察脑组织的横截面就像在看一碗意大利面，而试图认出单个神经细胞相当于追踪碗里的一根面条。或许戴特斯能够推导出答案，但遗憾的是，他在29岁时死于伤寒，过世时尚未完全发表他的研究，而我们也只能等待另一位研究人员来解开神经的秘密。
卡米洛·戈尔吉（Camillo Golgi，1843—1926年）在伦巴第区紧邻瑞士边境的科尔泰诺出生长大。戈尔吉的父亲是当地医生。1860年，他遵循了父亲的职业足迹，南行前往帕维亚大学学医。尽管他在第一个十年中的学术成绩并不突出，但戈尔吉确实得到了心理学和组织学早期开拓者的指导，这激发了他对微观神经学的研究兴趣。在1000千米之外，罗伯特·科赫正在开创性地利用显微镜研究细菌。与科赫和利斯特一样，戈尔吉后来在厨房的临时实验室中进行了自己最重要的研究。
戈尔吉跟随一位重要的组织病理学家学会了分析技术之后，于1872年离开了帕维亚的舒适环境，前往位于米兰市郊的阿比亚泰格拉索（Abbiategrasso）。在接下来的三年中，戈尔吉发明出一种为神经细胞染色的新方法。他不断地改变着使用试剂的时机和顺序，直到迎来科学的重大发现时刻。戈尔吉在厨房实验室里尝试着各种混合物，他将一只狗的大脑样本埋入一块固体石蜡中。在那之前，他为了防止大脑腐烂，已经用福尔马林“固定”了组织。石蜡变硬之后，这位30岁的科学家将薄得几近透明的嗅球进行了切片处理。这一次，在1873年，卡米洛·戈尔吉首先将样本放入重铬酸钾，然后放入硝酸银。神秘的现象发生了，载玻片上只有少数神经元从银色染成了墨黑色，而其他区域为土黄色。直到今天，也没有人知道为什么只有少数几个神经元会对硝酸银产生反应，但这一结果却揭示出栖息于大脑中的单个神经细胞的真面目。通过对相邻的切片重复染色，样本的结构一目了然。在这个过程中，戈尔吉将其富有艺术性的手法发挥到了极致。7
1875年，戈尔吉发表了一份令人惊叹的医学艺术品，向人们展示了哺乳动物嗅球神经细胞的柱状组织结构。他准确地描绘出神经细胞体及其树突部分的植物般布局，毕加索或达利的绘画也不会比这图像更有创意了。这种“黑色反应”现在称为戈尔吉法，至今仍然是神经组织染色的标准方法，8戈尔吉也由此发表了世界上第一张神经元绘图。然而，戈尔吉却认为复杂的神经纤维突触就是单个神经细胞的全部，这无疑巩固了大脑组织结构的“网状说”。他当然是错误的。幸运的是，十年后一位富于想象力的西班牙医生看到了戈尔吉的杰作，从而开启了一项赢得诺贝尔奖的大脑结构研究。
圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔（Santiago Ramón y Cajal，1852—1934年，见彩插20.2）在35岁时第一次看到戈尔吉的神经细胞染色法。他的父亲是萨拉戈萨的一名解剖学教师，但拉蒙-卡哈尔不愿与父亲一样学医。转折点是一次传奇的墓地历险，父亲恳请他在那里运用素描技巧绘出骨骼草图。9这位极具天赋的艺术家（自称是一名性格腼腆、不善交际、神神秘秘的学生）10，发现自己擅长绘画，适合做一名科学绘图师，于是才进入父亲任解剖学教师的医学院学习。作为一名年轻医生，拉蒙-卡哈尔在服军役时染上过疟疾，身体条件不适合行医，于是他转而研究组织学，这反倒更贴近其天生的内向性格。“我最终选择了严谨的组织学作为职业道路，一场享受宁静的旅程……［这样］我应该可以快乐地在属于自己的角落里思考生命的魅力……”11
1887年，尚未忘记少年志向的中年医生拉蒙-卡哈尔看到了戈尔吉的细胞图，其技艺的魅力无疑征服了这个西班牙人。在接下来的半个世纪中，他详细地绘制出大脑和脊髓的外观，更重要的是，他解开了复杂的神经组织结构之谜（见彩插20.3、彩插20.4）。
拉蒙-卡哈尔作品的艺术价值是没有争议的。他的科学绘图以其重要的艺术价值和学术意义传遍了各大洲。就像维萨里在《人体构造论》中呈现出夺目的视觉效果，拉蒙-卡哈尔的作品也十分精美，但因为他在表现一种关于神经元结构的想法，所以这些图示传达出的真实性，在任何单张显微镜载玻片上都无法证明。从这个角度看来，艺术表现力和想象力甚至比照片的捕捉能力更为重要。
拉蒙-卡哈尔的艺术表现精美绝伦，同时他的科学发现为我们打开了通往神经科学这一新领域的大门。戈尔吉是神经染色的先驱者，而拉蒙-卡哈尔的创新则将这一领域带到了前所未有的高度。戈尔吉相信大脑的网状说，而拉蒙-卡哈尔能够证明大脑是由亿万个神经细胞构成的。人们普遍认为，大脑是由一千亿个细胞组成的，每个脑细胞都能够与成千上万个其他细胞相连。毋庸置疑，拉蒙-卡哈尔是神经科学之父，这位巨匠为展示神经在大脑、脊髓和身体中的惊人游走路径铺平了道路。(https://www.daowen.com)
拉蒙-卡哈尔并不认为大脑是一团胶质，而是将这个组织看作“我们体内嗡嗡作响、永不休止的蜂巢”。12即使最幼稚的医学生也能够认识到，细胞极小极小，肉眼当然是看不见的。而拉蒙-卡哈尔及其追随者指出了一个惊人的事实：在大脑的最外层即大脑皮层（产生运动冲动的地方）与它指挥移动的肌肉（如拇指屈肌）之间，只有两种神经细胞。细小的“上运动神经元”始于大脑皮层并发出其刺状的、携带电信号的轴突，沿着大脑向下到达脑干。轴突在这里“垂直交叉”穿过脊髓，并沿脊髓下行，轴突的卷须状纤维在脊髓的另一侧继续向下延伸，直至触及颈部的“下运动神经元”。这种神经细胞从脊髓穿过颈椎之间的神经根，沿手臂向下延伸，直至前臂的拇指肌。在普通身型的成年人体内，“下运动神经元”的轴突长度超过两英尺！如此纤细的东西竟然可以这么长，简直令人难以想象。而如果科学家指出，细于蛛丝的轴突纤维可以从脊髓一直通到肌肉，我们同样会感到不可思议。这解释了为什么脊髓受伤后，重新连接每一根轴突束几乎是不可能的，也解释了为什么没有手术可以重接受损末端……目前还没有。
“今天，当我们看着他的［拉蒙-卡哈尔的］绘图，呈现于眼前的不是图表或者结论，而是探索遥远前沿地带的第一幅清晰图景，绘制出它的人一直远行至无尽的远方。”13圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔开启了对大脑和思维迷宫的研究。与戈尔吉一样，他也活到82岁，直到躺在病榻上，也没有停止探索的脚步。此时距离计算机断层扫描和磁共振成像阐明大脑的动态功能还有几十年，而拉蒙-卡哈尔如同漂泊在大海上的探索者一般，数年来日复一日地窥视着显微镜目镜，概括我们的微观世界景象。他永远是最伟大的思维制图师。
爱德华·埃瓦茨（Edward Evarts，1926—1985年）在纽约市出生，就读于哈佛大学和哈佛医学院，1948年获得医学博士学位。毕业后，他即刻开始了自己的心理神经学研究生涯，并简单地完成了一个为期两年的精神病学培训项目，然后回到位于马里兰州贝塞斯达的美国国家心理健康研究院神经生理学实验室，在那里工作了30多年。埃瓦茨致力于钻研大脑的功能性通路，然而他不是对已经死亡的脑物质进行组织染色，而是发明出一种测试大脑电传导的方法。他的患者不是患有心理问题的病人，而是猫和猴子。
埃瓦茨在20世纪60年代取得了几项突破性发现，特别是他发明出一种跟踪动物单个大脑皮层神经元的方法。埃瓦茨在1962年和1964年发表的文章中，先后介绍了未进行任何麻醉和约束的猫14和猴子15分别在清醒和睡眠状态下接受玻璃绝缘式铂铱微电极的结果。后来，埃瓦茨能够在猴子的操作性条件反射运动中跟踪单个神经元的活动。16这些研究以神经生理学先驱数十年来的研究成果为基础，也遵循着医学每个分支领域的发展模式，包括解剖学、生理学以及最终的病理学。埃瓦茨并不是第一个在实验室动物身上使用植入式电极的人，但他“巧妙地完善了单个细胞记录法”，17使其得到广泛应用，并为跟踪更加复杂的神经回路提供了可能性。
埃瓦茨的最终目的是了解精神活动的物理基础，而他推断这首先要从理解四肢运动的放电模式开始。他认为“必须先理解运动，才能理解其背后的思维活动”。18在接下来的20年中，埃瓦茨破译了神经放电的时间和顺序，不过，除了实验室技术之外，他对神经生理学的最大贡献是指导了一批杰出的神经科学家，其中包括一名哈佛住院医师，这位年轻人如果没有在公共卫生系统找到一份为山姆大叔效力的工作，就注定会被送往越南战场。医学及人文科学博士马伦·德隆（Mahlon DeLong）十分幸运，美国国家卫生研究院（及其心理健康研究院）将他中途拦下。
马伦·德隆（生于1938年）就读于斯坦福大学，跟随一位研究淡水螯虾神经系统的生理学家学习。这位教授就是唐纳德·肯尼迪，未来的斯坦福大学校长以及《科学》杂志主编。19德隆的本科学习并不是典型的医学院预科，却激发了他对生物系统的研究兴趣，于是，他考入了东部的哈佛医学院并于1966年毕业。他原本留在波士顿做住院医师，但由于越南战争的军事后勤需要，美国在1969年进行了臭名昭著的越南征募抽签。一旦抽中，（年轻的医生们）将被派往海外军医部队，德隆不想承受这样的风险，于是他接受了国家心理健康研究院爱德华·埃瓦茨实验室的研究员职位。在接下来的五年中，德隆将成为探究“思维线路板”的先锋部队中的一员。
进入实验室工作后，德隆很快便意识到，大多数比较容易接近的大脑区域已经由实验室其他人员负责研究，而人们对遥不可及的大脑中心地带还知之甚少。这对德隆而言“就如同探索地图上尚未标记的非洲或亚马孙地区并为其绘图”。20由于所有的“好地方”如运动皮层和小脑，都已经得到了一定的研究，马伦·德隆将注意力放在了“基底神经节”上，这一区域的常规结构和生理机能还几乎处于未知状态。这位年轻研究员并没有该领域的博士学位，但他很快便发现了一个惊人的事实：正如大脑皮层具有特异性，基底神经节中编码运动的神经通路也有局部特异性。
正如保罗·布罗卡预测的那样，大脑功能是按区域划分的。大脑有极为特别的功能区，例如运动皮层。不但所有肌肉功能都由这个“运动带”（motor strip）控制着，而且在这个大脑的褶皱带中，形成了一套关于运动职责的怪异组合结构，在插图中往往以“侏儒”（homunculus）或“小人”（little man）的形象示人（见彩插20.5）。
从图中可以看出，感觉区的分布似乎没有逻辑。例如，膝部感觉的位置靠近头顶，大脑在那里被平分为左右两个半球。同样，掌管面部肌肉运动的区域来自大脑半球中部的运动带——亲爱的读者，如果你触摸耳朵上方的头皮，皮下1英寸深处的大脑部分就控制了与你触摸位置相对的另外半张脸。德隆的重大发现是，在基底神经节中，分布着类似的独特活跃细胞，这些神经细胞与面部、手臂和腿的特定运动有关。他于1971年发表的文章21具有里程碑式的意义，22极大地挑战了科学家们所预想的基底神经节在运动中的作用。
这篇文章发表后不久，德隆就回到了大学附属医院，不过，他并没有返回波士顿，而是转到了约翰斯·霍普金斯大学，在神经内科完成了三年的住院医工作。当身穿住院医师白大褂的德隆医生向上级医生讲解基底神经节的功能，显然他偶尔会遇到这种角色转换引起的尴尬。做住院医师间，德隆继续着自己的研究工作，然后便留在了约翰斯·霍普金斯大学，直到1989年。在这些年中，德隆及其医学研究小组证明，基底神经节的“结构并不是一个向运动皮层传送多种影响的漏斗，而是一系列平行独立的神经回路的组成部分，接送来自特定大脑皮层的信息。另一项惊人的发现是，神经回路不仅与运动有关，而且涉及认知和情感”。23简单来说，马伦·德隆破解了大脑最深部的秘密，最终了解了为什么帕金森病这样的疾病会同时导致手部震颤痉挛和双腿无法活动。
19世纪的杰出科学家无法对震颤、癫痫、偏头痛和脑部感染做出解释。圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔绘制出了自己看到的神经通路。接下来的一批神经科学家运用电极确定了神经细胞的放电模式，但科学家们需要患帕金森病的哺乳动物模型，才能进一步阐明运动障碍的复杂通路，或许还可以进行奇迹般的手术干预。1982年还没有人想过脑植入物，那是科幻小说里的东西。马伦·德隆一直希望能够以动物模型来检验自己的假说，这时他偶然读到了《科学》杂志上的一篇报道，文章详细介绍了湾区的海洛因食用者一夜之间变成帕金森患者的离奇故事。
完成神经内科住院医师培训之后，德隆医生留在了约翰斯·霍普金斯大学，组建了自己的实验室，继续探索基底神经节的基本结构和功能。德隆受到MPTP患者报道的启发，想知道是否可以为帕金森病建立一个动物模型。他预感帕金森病的损害要比理论家们所认为的复杂得多。破解病因和发现治疗方法需要极大的想象力，而德隆“十分善于客观而抽象地思考事物的本质”，24所以他正是破解大脑深处“黑匣子”复杂密码的合适人选。
德隆最早在实验室动物身上进行的人造帕金森病研究工作为大脑研究带来了翻天覆地的变化。我们大多会将手部震颤症状与帕金森病联系起来，而这种疾病的其他主要症状包括四肢僵硬、行动缓慢、面部表情消失以及语言不清。总而言之，大部分症状都说明从运动皮层到肌肉的神经传导出现了抑制或者“简化”，因此，科学家们得出结论，帕金森病可以概括为控制运动的神经元之间出现了神经传导减慢的情况。事实恰恰相反，马伦·德隆回忆道：“一开始有人怀疑，但在实验第一天，我们就看到活动模式和放电速率变化很大，基底神经节的输出上升了，而不是下降了。”25
德隆和同事们意识到，解密基底神经节是理解运动障碍的关键。随着实验的开展，他们发现了一个鲁布·戈德堡式的奇妙装置，大脑皮层和基底神经节元素之间的神经回路在这里成为焦点。他们首次观察到，某些神经通路向其他细胞巢发出了抑制信号，结果，沿“抑制”线路增加的放电导致下一次停留的信号减少。
这是生理学和医学中的一个重要概念：在我们的DNA中、细胞中、腺体与器官之间以及神经通路中，都具有一些功能性元素，当信号分子或神经传导增加，对应的效果会减少。一个典型的例子是肿瘤抑制基因p53。“抗癌基因”p53处于激活状态时，可以帮助修复DNA缺陷、稳定细胞的完整性，从而抑制细胞从健康状态到癌变状态的转化。我们体内的许多激素具有类似的行为模式：蛋白激素分泌的增加会导致另一种蛋白质或离子的减少。换一个角度看，失去抑制就是纯刺激。德隆证明，基底神经节是一组复杂的“平行独立的神经回路”，通过不同的神经通路连接基底神经节的各个区域和大脑皮层的特定区域，有些具有兴奋性，有些具有抑制性。同样令人惊讶的是，这些回路不仅与运动有关，也涉及情感和认知。
基底神经节的最深处是“底丘脑核”。德隆在20世纪80年代后期得出结论，这一组细胞在帕金森病中至关重要。黑质显然是引起整个系统出现异常生理输出的退化区域，但德隆的MPTP动物模型显示，从“底丘脑核”到基底神经节其他部分的兴奋性冲动是增加的。他产生了一种想法：如果故意破坏（或“损伤”）底丘脑核，会怎么样呢？
“马伦提出了一个惊人的建议，通过损伤这一区域来恢复帕金森病的活动平衡。真的想不到，他成功了。我可以毫不夸张地说，这是一个重大飞跃，因为50多年来，人们一直认为，损伤底丘脑核会产生异常的运动障碍，而马伦却提出损伤那一区域来治疗帕金森病，并实现了他所预测的结果。”26马伦的前实验室同事说道。这就如同通过长时间晒太阳来治疗皮肤癌患者。
马伦·德隆在1990年的《科学》杂志上发表了他的研究成果。27在患有帕金森的实验动物猴子身上，损伤底丘脑核的方法减少了“对侧肢体的所有主要运动障碍，包括丧失运动能力、强直和震颤”。28在医学领域，我们的第一直觉往往是错误的，而德隆却怀疑在大脑的另一部位造成额外的神经损伤可以减轻帕金森病，这种反常识的想法大获成功。
丘脑下损伤实验取得了成功，下一步显然是开始对人类的相同区域进行精确的放射性治疗。为此，德隆开始与神经外科同事合作，尤其在他将实验室和医学实践转到埃默里大学之后，即刻取得了积极成果。
首例“苍白球切开术”（对基底神经节的一个部位进行选择性损伤）于1992年在埃默里进行。在此前的一些年里，神经外科医生已经开始为癫痫患者进行“功能性手术干预”。医生曾经尝试对大脑进行热损伤，但有时候会导致灾难性后果，患者出现流口水、抑郁、寡言的症状。这些干预属于刻意的永久性破坏，所以后果无法挽回。然而1992年的德隆有大量的理由感到乐观，比如大脑成像和电生理学标测技术的精确度，肯定比几十年前要好得多。
实验性外科手术需要大胆而具有远见的医者、绝望无助的患者、勇敢无畏的家庭以及（必要的）时间来证明其效果。在最初的几年中，只有零零星星的病人接受手术，渐渐地，越来越多不愿被疾病击倒的患者选择了手术干预。在探索中前行的外科医生们要求对最初的一批患者进行几年跟踪随访，然后开展严谨的对照研究，还需要几年的时间来组织招募足够的病例以起草文章，再经过数月的反复编辑修改，才能最终发表。因此，实验性手术的随机研究的成果往往要经过十年的时间才出现在医学杂志上（比仅仅使用药物的治疗方式耗时长得多），苍白球切开术的历程便是如此。埃默里小组的文章于2003年发表，文章表明，在帕金森病的治疗中，手术干预比药物治疗更具优势。29
在20世纪80年代，德隆和他的同事们成为将微电极传入大脑最深部位的专家。这些导线可以监测电极尖端神经元的放电模式。如果外科医生故意将电极留在大脑里，然后大胆地尝试不同频率的电流会怎么样呢？这或许不可能在美国发生，这里遍地都是律师的广告牌，律师们正真诚微笑着等待受理人身伤害案件。不过，另一个国家的一名医生大胆地实现了这一突破。
阿里姆·路易·本纳比德（Alim Louis Benabid，生于1942年）是法国小城格勒诺布尔的一名神经外科医生。格勒诺布尔坐落于靠近意大利边境的阿尔卑斯山脚下，现在已经是欧洲首屈一指的研究和技术中心，当地最重要的科学和工程院校是约瑟夫·傅立叶大学。本纳比德与众不同，拥有约瑟夫·傅立叶大学的物理学博士学位和医学博士学位，是发动生物物理学革命的完美人选。
虽然左旋多巴（levodopa）极大地改善了数十万名帕金森病患者的生活，但这种药物在五年后往往就失去疗效，即使患者从中受益匪浅，也会遭遇明显的副作用。本纳比德医生在整个20世纪80年代仍然会实施损伤手术，目标为严重受累的帕金森患者的丘脑。他通常使用的技术是将清醒的患者小心翼翼地安置在手术台上，仔细地用夹具固定其头部，以保持头骨完全不动；然后在头顶部钻出一个小孔，在实时X射线检查的指导下，将一根长针悄悄地插入大脑深处。医生会在考虑到大脑复杂结构的情况下，向置于大脑深部的针状电极传送微量的电脉冲。探针瞄准的是丘脑中部，“如果稍微错后一点，就是丘脑的感觉区，患者会感到刺痛；如果向侧面偏太多，就会碰到锥体束，患者的手部或面部会出现收缩。”30电极放错位置可能会导致患者瘫痪，因此，以低频率脉冲模仿神经放电至关重要。
1987年的一天，在格勒诺布尔的手术室里，本纳比德想到一个问题：如果改变探针的电频率会怎么样呢？一个物理学家出现这样的疑问并不奇怪。本纳比德对一位患有严重震颤的老年患者进行了实验。将探针放入正确部位后，他开始改变频率。“我从非常低的频率开始探查效果——1赫兹，5赫兹，10赫兹……直到100赫兹，就这样幸运地得到了结果。”他仅仅改变了探针的电频率，就在没有让患者丧失其他神经功能的情况下，使帕金森病患者突然完全停止了震颤。“频率达到100赫兹时，我们可以抑制震颤……我想，啊哈，这可能就是解决方案。”31
本纳比德的发现无疑是外科史上最辉煌的瞬间之一。即使是偶然间的无意发现，这也会令人赞叹不已，而这位外科医生兼科学家的发现并非偶然。他果敢地认为，改变电流频率可能会产生影响，然后目睹震颤立刻消失，解决了一种具有宗教意味的古老疾病。本纳比德的突破是一个奇迹，堪称最高级的“发现瞬间”。
更精彩的是，本纳比德将顶端带有四个金属触点的导线留在了患者的丘脑部。他将导线连接到外部电源上，然后通过一个带有按钮和老式开关的小盒子调制这个装置。这样，他就可以定制自己的设置，并继续通过改变传输频率来进行实验。本纳比德立即报告了自己在丘脑植入电极后所取得的惊人发现。32读者或许会觉得不可思议，但在1987年，格勒诺布尔还没有伦理委员会，法国当时也没有一个相当于美国食品和药品监督管理局的机构，法国药品管理局到1992年才成立。经约瑟夫·傅立叶大学的神经外科领导同意，本纳比德便继续为患者植入世界上第一批大脑深部刺激装置。
与此同时，在大西洋对岸，德隆正在最终确定“功能各异的平行回路”33分布图，并集中精力研究此前被大家忽略的底丘脑核的重要性。1992年，埃默里小组成功逆转了帕金森病；之后本纳比德开始改进技术，在帕金森患者的底丘脑核放置脑深部刺激导线。在2003年德隆的丘脑下损伤对照研究发表前不久，美国食品和药品监督管理局批准了脑深部刺激植入装置用于帕金森病的治疗。
我有幸观摩过为帕金森患者放置脑深部刺激装置的神经外科手术。亲眼看着6英寸的硬针在术中计算机断层扫描的指导下，被缓缓送入大脑最深处，这是一种非凡的体验。但是，术后几周的约诊更加精彩，这时神经科医生和技术助理会对已植入患者体内的晶体管电子装置进行编程。患者本来只能僵硬地坐在椅子上，双手只要尝试活动就会抖动起来，就连拿起一杯水送入口中都做不到，令她十分窘迫。然而，当脉冲发生器开始发射电信号时，震颤便瞬间停止了。多年来，患者第一次能够自己喝水，她（和家人们）不禁流下了眼泪。如果你在互联网上搜索一下开启脑深部刺激装置的视频，我敢说你在观看后一定会忍不住偷偷抹泪。
在全球范围内，脑深部刺激术已经进行了15万次以上，美国每年的手术量大约为1万。我们能查到完整数据的年份是2014年，那一年美国大约放置了2万个脊髓刺激装置、7000个骶神经刺激装置和2000个迷走神经刺激装置。加在一起，美国在2014年进行了大约3.5万例神经调节手术。[2]
“一项近期研究估计，神经调节系统在2005年的全球市场价值达到了33.1亿欧元（约合36.5亿美元），包括脑深部刺激以及脊髓刺激和经颅磁刺激等技术［据《市场与市场》（MarketsandMarkets）的报告］。预计该市场的复合年均增长率为11.2%，这样，到2020年将达到56.2亿欧元（约62亿美元）。”34由于脑深部刺激装置在帕金森病早期比药物更有效，并且效果可以持续数年，它是对抗运动功能障碍的有力武器。
如今，脑深部刺激术也用于治疗慢性抑郁症、肌张力障碍、癫痫、强迫症、抽动秽语综合征甚至阿茨兹海默病。在《新英格兰医学杂志》的一篇前瞻性文章中，迈克尔·奥肯总结道：“脑深部刺激疗法通常仅在其他治疗方式都无效的情况下才考虑，但其‘仿生’能力为许多患者带来了新生。在很大程度上，我们要感谢两位杰出科学家［德隆和本纳比德］的贡献，人类已经进入了神经网络调制时代。”35
人体深处放置带有低频率电流的电极丝，在全世界已经有30年历史。有意思的是，科学家们并不十分确定其作用机理，但话说回来，我们也不完全了解麻醉在手术中有多少作用，也不完全了解缓解疾病的药物在体内有多大效果。我们只知道，它们有效。
未来的植入式装置不是随机地传递电脉冲，而是能够起到记录和交互的作用。这类植入装置被统称为脑机接口（BMI）。虽然现在获得美国食品和药品监督管理局批准的脑植入物仅在特定位置产生电场，但脑机接口可以记录并刺激单个神经元。正如爱德华·埃瓦茨开创了“单个神经元测试”的动物实验，当今的科学家们正在探索如何记录人类的单个神经元，以便向机器传输神经元信号。
大脑是我们身体的“中央处理器”，它接收生活中的所有感觉信息（眼中所见、耳中所闻、身体所触、口中所尝、心中所受，以及平衡之感），然后在潜意识和意识中处理这些信息。通常，这些信息的输入是非语言性的，需要对意义进行推理和计算。语言，无论是书面语还是口语，同样需要认知、分析、记忆形成和回应。
我们的输出过程包括面部和四肢运动。有意思的是，我们不用运动肌肉就能够收集信息，但是必须通过口部运动和声带运动，或者用手打字、书写、比画才能交流。至少现在是这样。脑机接口是终极植入物。到目前为止，植入物主要是用来做部位置换，比如用支架打开冠状动脉、替换发炎的关节、替换老化的晶状体以及加固薄弱的腹壁。在不久的将来，脑机接口将推动人类社会进入仿生的未来，男女老少不仅能够治愈疾病，而且借用《无敌金刚》的台词来说，可以变得更好、更强、更快。
随着生物治疗和基因治疗的不断进步，毫无疑问，一个世纪后的医学重点将不再是癌症，因为它将被治愈；也不是慢性疾病，糖尿病、自身免疫障碍、退行性病变、关节炎和心脏病将成为遥远的记忆；22世纪的医学研究对象将是更高级别的类人动物，植入手术不再用于治疗疾病，而是制造更好的半机器人（cyborg）。听上去让人毛骨悚然吗？但它势不可当，远超你的想象。
【注释】
[1]“影响力”一词在意大利语中为influenza，即“流感”一词的英文。——译者注
[2]如第十九章所述，这个数字中还包括2014年的6596例脑深部刺激术。——编者注