经验与行为可以让躯体感觉皮质与运动皮质的精细结构发生改变,同样是接收感觉信号,发出动作指令,对应手指的区域与对应面颊的区域之间仅仅相隔几毫米,也许对你来说这已经不足为奇。但就算是更大规模的功能重组,也是大脑可以完成的。科研人员对盲人和聋人的研究考察了面积大得多、也可说更基本的两大块神经疆域:视觉皮质与听觉皮质。视觉皮质几乎占去了大脑容量的1/3,位于大脑后部;听觉皮质占据了耳朵上方的整块大脑区域。你可能听俗话说过,盲人的听觉特别灵敏,聋人的眼神特别敏锐——似乎上天在补偿他们。事实上,太小的声音,我们正常人听不见,盲人也听不见。太接近的色彩对比,聋人跟正常人一样无法区分;如果光线太暗,聋人跟我们正常人一样什么也看不见。不过,补偿性变化一说其实并非无稽之谈。
对那些天生聋人来说,不但视觉皮质能够感知周边视觉区域的物体,听觉皮质也可以。[114]让我再重复一遍:听觉皮质可以处理视觉信号。这就仿佛,无法从耳朵那里获取听觉信号而陷入死寂令听觉皮质感到厌倦,它对自己进行了就业再培训,于是听觉皮质就可以处理视觉信号了。大脑区域的这种重新分区会带来实际影响[115]:跟正常人比起来,聋人的周边视觉能够更快、更准确地捕捉到物体的移动。
在那些天生盲人或者幼年致盲的人身上,也有相似的事情发生。在这些人身上,视觉皮质无法接收到任何信号——前文提到,视觉皮质占去了大脑的很大一块,于是各位也许会猜想,大自然母亲是无法容忍这样的浪费的。的确如此。在那些能够熟练阅读布莱尔盲文的盲人身上[116],视觉皮质改行处理起了从阅读盲文的指尖传来的触觉信号。这一发现是如此出人意料,以至于神经科学领域最权威的一些专家拒绝承认其真实性,甚至建议《科学》杂志拒绝发表相关论文。结果,1996年4月,这篇论文在《科学》的主要竞争对手《自然》(Nature)杂志上发表。
盲人的大脑还会发生另一种变化。[117]比如说,当盲人使用周边听觉(peripheral hearing)来判断声音来源的时候(盲人在这方面往往要胜过正常人)的时候,视觉皮质会处于工作状态。他们的大脑经历了我们所谓的“补偿性功能重组”(compensatory reorganization),其结果是视觉皮质能够处理听觉信号。威廉·詹姆斯的先见之明得到了再次印证。早在一个多世纪前[118],威廉·詹姆斯在1892年出版的《心理学简编》(Psychology:The Briefer Course)中表达过这样的猜想:如果大脑中的神经元搭错了线,“我们也许就能够听见闪电,看到雷鸣”——这句话宛如先知的预言,指出大脑的初级感觉皮质(primary sensory cortex)可能会由于经验而发生根本的功能变更。
关于大脑的“重新布线”(rewiring)——即便是在初级感觉区这样的基本大脑区域——影响可以有多么广泛,我们还可以给出最后一个例子[119]:盲人用视觉皮质来记单词。词语的记忆甚至连初级感觉能力都不是。然而,当视觉皮质没有本职工作需要完成的时候,它甚至可以转而去承担高级认知机能。(视力正常的人在背单词的时候,视觉区并无类似的激活。)盲人的视觉皮质[120]还能够根据名词找出对应的动词(比如在看到“球”这个名词的时候,想到“投”这个动词)。同样,视觉皮质的这个功能无法在视力正常的人身上观察到。视觉皮质的语言处理能力当时让神经科学家大为震惊。
总之,关于大脑可以发生改变——可以将一个新的功能分配给一个原本承担其他功能的区域——最早的研究线索来自对实验室动物以及先天盲(聋)人的研究。怀疑者可能会说:那不过是异常现象;人脑极其精密和复杂,不可能有那样的可塑性;先天失明和先天失聪是一种过于极端的条件,大脑对先天失明或失聪做出的反应不具有普适性。事实上,他们的确提出了上面这些观点,作为他们的反对意见:大脑在幼年时具有很高的可塑性,能够对各个脑区做出重新安排,以弥补听觉或者视觉的缺失,但这并不意味着普通成年人的大脑同样如此。
在第1章,我们提到过一项很酷的研究——“虚拟钢琴手”实验。帕斯卡尔列昂领衔的研究团队发现,仅仅是通过意念想象自己在键盘上完成一个弹奏练习,就能让运动皮质区中控制手指动作的部分发生扩张。帕斯卡尔列昂进行了另一项研究,来正面回应反对者对于成人大脑能够改变的质疑。他希望证实自己的猜测:大脑的初级感觉区(该区域毋庸置疑是由先天决定的)也许不仅在先天聋人和先天盲人身上可以发生改变——反对者会将这些人视为异常情况,在异常情况下,大脑的可塑性不足为奇——而且在视力和听力正常的人身上也可以发生改变。
帕斯卡尔列昂于是开始了他所谓的“蒙眼实验”。他的团队招募了一组健康的志愿者,他们将来到位于波士顿的贝斯以色列女执事医疗中心(Beth Israel Deaconess Medical Center),在一个安全的环境里生活五天——在此期间,他们一直都戴着一个蒙眼罩。蒙眼罩的底部边缘装有胶卷,如果志愿者偷偷将蒙眼罩摘下来,胶卷将会曝光,让作弊者无法狡辩。在志愿者戴上蒙眼罩之前,他们先要去做核磁共振扫描,获取他们每个人的大脑活动模式。此时一切正常:当志愿者看东西、听到声音、摸到东西的时候,他们的视觉皮质、听觉皮质、躯体感觉皮质分别会变得更活跃。
然后志愿者蒙着眼在黑暗中度过了五天。为了让他们不至于无聊透顶,科研人员让这些志愿者从事两项需要频繁用到感觉的活动来打发时间:学习布莱尔盲文和辨音练习。读者一定还记得,布莱尔盲文是由纸面上凸起的点阵组成,当你的“读指”(通常是你一只手或者两只手的食指)在这些小点上划过的时候,指尖会有强烈的触觉反应。在那个听觉练习中,志愿者会通过耳麦听到成对的两个电子音,然后他们需要判断哪个声音更高。如果这两个声音一个像男中音那么低,另一个像女高音那么高,那显然是小菜一碟。但如果这两个音的音频接近,判断起来就不那么容易了。就这样进行了五天的触觉和听觉练习之后——他们的眼睛与视觉皮质没有接收到任何视觉信号——研究人员对这些志愿者重新进行了核磁共振扫描。
这一次,当志愿者的手指摸到东西的时候,他们的视觉皮质变得活跃起来;当他们听到声音的时候,他们的视觉皮质也会变得更活跃。视觉皮质本应该处理视觉信息,但是在非正常的感觉环境中仅仅待了五天之后[121]——没有办法看,但是有高强度的听觉和触觉刺激——人们原本认为是由先天决定的视觉皮质转行开始处理起了听觉和触觉信号。这就证明,如此根本的功能转变不但可以发生在先天盲人身上——反对者会以不适用于健康人的大脑,或者这种转变的发生需要数十年之久为由,而对先天盲人的例子不予重视——也可以发生在视力正常的人身上,而且这种转变可以在短短的五天之内发生。也许可以这样说,视觉皮质是大脑中受到先天影响最多的区域。如果视觉皮质尚且可以在经历了感觉输入与感觉剥夺之后如此迅速地调整自身的功能,那么我们无疑应该质疑大脑中的大部分区域是否果真是“既成事实,不可改变”。
在那些志愿者的视觉皮质与耳朵、手指之间,很可能并没有生长出新的联系。五天的时间不足以产生这类变化。帕斯卡尔列昂认为恰恰相反,“在躯体感觉皮质与视觉皮质之间、听觉皮质与视觉皮质之间一定已经出现了某种联系的雏形”,那是大脑发育时期留下的痕迹——除了自己本该去报到的脑区,来自眼睛、耳朵以及手指处的神经元当时还连接到了大脑皮质的许多其他区域。当眼睛被蒙住时,视觉皮质不再能接收到从视网膜传来的视觉信号输入,此时其他的感觉联系就露出了自己的真面目。甚至连那些几十年没有过流量的神经数据线也可以重新开始信号的传输。