感觉经验能够让大脑重新分区,认识到这一点对我们的真实世界具有重要意义。动物保护人士对银泉猴事件的突袭让爱德华·陶布在数年的时间里疲于应付民事和刑事指控,但最终他又回到了科研事业上来。即便是在因为虐待猴子而遭受炮轰的时候,陶布也坚持声称自己的所作所为都是为了帮助那些行动不便的中风患者。到了20世纪90年代,他兑现了自己的承诺。他利用在银泉猴——这些猴子的大脑区域已经得到了“重新规划”,能够胜任新的工作——身上发现的神经可塑性,研制出了一种新型疗法,帮助无数中风患者重新开始了正常生活。经过训练,猴脑的一个区域能够胜任新的功能。陶布根据这个发现推断,大脑部分区域因为中风损坏的人也可以通过训练而让一个健康的大脑区域来承担受损脑区原来的功能。
这种疗法被陶布称为“强制性使用运动疗法”(constraint-induced movement therapy)。[122]为了说明它的工作原理,我举一个中风患者的例子。中风已经让这位患者运动皮质中的一个区域发生了损坏,造成她一条胳膊瘫痪。陶布将她好的那只胳膊也用吊腕带挂了起来,还给她好的那只手戴上了烤箱用的隔热手套——在这位患者醒着时的90%的时间里都保持这个状态,连续14天都是如此。这样,她那只好手的胳膊和手都用不了,因此在日常生活以及陶布设计的康复训练中,她只能试着去用那只瘫痪的胳膊。康复训练会高强度地用到那只“瘫痪”的胳膊——这只胳膊其实没有完全失灵,还是勉强能用——一天六小时,每周五天,持续两周。患者要在手上摆弄多米诺骨牌,握住卡片、茶杯和餐具,拿起三明治,还要把木钉塞进孔里。患者的动作完成得并不好,动作也很缓慢,而且还会经常出错,特别是在开始的时候。但是在数十小时的练习之后,大多数的患者都有了巨大的进步,之前“没用”的那只手臂也恢复了大部分的功能。他们可以自己穿衣服,自行进食,拿起物件。他们能够完成的日常生活的动作数量几乎是那些没有接受强制性使用运动疗法的患者的两倍。这种提高并不仅仅能在初患中风不久的人身上发生,那些罹患中风已有数年之久的人也可以通过此疗法来让身体状况出现显著好转,可以重新完成刷牙、梳头、吃饭、喝水等动作。
脑成像技术解释了强制性使用运动疗法能够成功的原因。陶布发现了他所谓“大规模的、由用途决定的大脑功能重组,这一过程新征用了相当部分的大脑区域”[123],以接管因为中风而受损脑区的功能。他写道:“受(中风)影响的那个控制手臂动作的脑区面积翻了一番,与梗死脑区毗邻但通常并不相干的大脑区域中,也有一部分受到征用。”这项实验史无前例地表明:经过物理治疗,中风患者大脑的区域划分发生了变化。
陶布等科学家的研究发现[124],大脑可塑性可以有三种表现形式。在一些病例中,与运动皮质毗连的一个大脑区域承担起了受损脑区的职责;在另一些病例中,前运动皮质(premotor cortex)——通常只负责动作的设计和规划,并不负责动作的实际实施——接手了运动皮质中受损区域的功能;还有一些病例中的大脑功能重组更富戏剧性:如果中风损坏了右脑的运动皮质(于是左臂出现瘫痪),那么左脑运动皮质的对应区域就会顶上,且对其正常功能——控制右臂动作——似乎并无明显影响。总之,大脑能够征用健康的神经元以替代受损脑区履行职能。神经可塑性使得大脑可以重新分配工作。
不过,神经可塑性一说并非无懈可击。怀疑者仍可以反驳说,神经可塑性只有在极端情形下才会出现,比如中风。陶布再次证明情况并非如此。一项脑成像研究中,他招募到了小提琴手等弦乐演奏者,检查了这些人控制四个手指——演奏的时候这几根手指会在琴弦上舞蹈,从而在不同的音调之间做出选择——动作的脑区。乐师们的这几根专事弹奏的手指经历了大量的训练,必定具有高超的运动技巧——正如学会了将手指轻放在转盘上的加州大学旧金山分校的枭猴一样。陶布发现他招募来的乐师与猴子别无二致。在小提琴手身上[125],躯体感觉皮质中专门负责记录左手手指触觉的那个区域的面积要比普通人大得多。这在那些不到12岁就开始学拉小提琴的人身上体现得尤其明显——尽管如此,如果一个人成年后才开始学拉小提琴,该区域也会有扩张。演奏小提琴的要求令大脑经历了广泛的变化,表现为由用途决定的皮质功能重组。
帕斯卡尔列昂称:“可塑性是人类大脑的一个固有属性。”[126]在2005年的一篇论文中,他的团队得出了这样的结论:“成人大脑对自我进行‘重新编程’的潜力也许大大超出了我们过往的认知。”神经可塑性使得大脑可以突破自身基因组的束缚。基因组的指令决定:这个脑区是用来“看”的,那个脑区是用来“听”的;躯体感觉皮质上的这个点对应着右手的拇指,那个点对应着左臂的肘部。由基因指引的这幅蓝图在大多数情况下对大多数人来说是适用的,但并非适用于任何情况下的所有人——当我们失明或者罹患中风的时候,当我们为了精通小提琴的演奏而全身心投入的时候,那幅蓝图就不再适用。因此,大自然赋予了人类大脑一种延展性和灵活性,使得人脑能够适应周遭世界的要求。大脑并非静态的,它可以发生改变,被我们的生活不断地重塑。
前文关于神经可塑性的讨论告诉我们,根据感觉和运动的需要,大脑特定结构的功能可以发生改变。高强度的运动训练让中风患者的大脑出现了功能重组,健康的脑区接手了受损脑区的功能;高强度的器乐练习,让演奏需要用到的那几根手指所对应的大脑区域发生了扩张;当无法收到视觉信号的时候,视觉皮质转而开始处理听觉和触觉信号。在上面的每一个例子中,起因都外在于大脑——感觉信号或者运动信号要么强度增加(小提琴手与康复中的中风患者的例子),要么完全消失(盲人和聋人的例子)。如果信号来自大脑自身,如果它是大脑产生的思想和意念,情况又如何呢?