早在公元前四世纪，伟大的智者Hippocrates就对大脑之复杂而美丽感到惊叹。他在他的著作《On the Sacred Disease》中写道：“Men ought to know that from nothing else but the brain come joys, delights, laughter and sports, and sorrows, griefs, despondency, and lamentations. And by this, in an especial manner, we acquire wisdom and knowledge, and see and hear and know what are foul and what are fair, what are bad and what are good, what are sweet and what are unsavory….”（人们需要知道唯有在大脑之中才能产生愉悦，欢笑，活力，还有悲伤和悲号。正是由于如此，通过一种特定的方式，我们获取了智慧和知识，并看到听到知道何为公正，孰对孰错，酸甜苦辣……）那时候的人们尚且不知道大脑的构造，更没有现代科学先进的技术，却已能在冥冥之中感受到这个器官神奇的力量。人类的智慧集中于此，人类的感官发源于此，人类的生命旺盛于此。神经科学经常被认为是一个新兴的学科，其在最近几百年才真正被重视并独立地发展为一门科学。但是在久远的史前时代，人们对大脑的种种研究业已初露新芽。随着各种各样的理论相互驳斥，这个世界上最复杂却最美妙的器官的轮廓也渐渐清晰了起来。

    考古学家在史前的一处城市遗址发现了这样一具颅骨：

在这枚人类头骨上，明显有两处致命的穿刺伤（T1&T2）。一开始人们普遍认为这两处创伤是由于强烈撞击造成的。但是后来经过精密的仪器检查，发现T1和T2更有可能是经过人为穿刺造成的。那么，为什么史前的人们要用锐器穿刺颅骨呢？是什么神秘的仪式，还是不知名的恶毒的诅咒？后来，科学家们得出了一个最有可能的结论：创伤来自于所谓的“颅骨穿刺术”（Trepanation）。远古时期的人们没有精神病理学的基本知识，因此，当他们看到一个人衣着邋遢，疯疯癫癫，口吐胡言的时候，便认为此人是被魔鬼附身了。由于人的头盖骨密度比较大，也比较封闭，那时候的人们相信必须得在头盖骨上开个小孔，才能为寄身其中的魔鬼开辟一条通道，引领他出来。其实，这项看似荒诞的技术一直延续了数千年，甚至一直到二十世纪还是有部分学者肯定这项技术的实用性。二十世纪的一位科学家曾尝试在自己的颅骨上开洞，结果他收获到了”重生一般的喜悦感“还有“从未有过的世界的开阔和明亮”。不过这项技术显而易见地是相当危险的，也至今找不到确切的科学依据。在它盛行的几百年间，也有无数人因此丧命，其中不乏一些名流千古的伟人。德国作曲家舒曼在其晚期患上了现在所说的“阳性精神分裂症”，时时伴有剧烈的头痛和刺耳的幻听。他曾经因此跳入莱茵河中自杀未遂。后来，为摆脱病魔，他只身一人接受了一位所谓“精神病学专家”的治疗。这位“专家”认为，舒曼的病症来源于他大脑的额叶前叶，必须用颅骨穿刺术刺激病源，才能有效缓解他的病情。最终当然是个悲剧的结局。这个写出了震惊世界的《莱茵交响曲》的天才最后因为伤口感染痛苦地死于他乡。

    生活在公元前3000年的埃及人相信人死后的灵魂可以超生，便建造金字塔，制作木乃伊，从而才有了如今沙漠中的奇观。埃及人在制作木乃伊的时候，会将人体内“无用的”器官全部摘取，而大脑也是其中之一。他们认为心脏才是灵魂的栖息之处。

    公元前400年左右的希腊人则在推测大脑的功能上做了很大一步的跳进。他们认为大脑是感知的中心。在古希腊文明盛行的时间里，数位智者也纷纷对大脑进行了自己的推测。正如本文开头介绍的，Hippocrates认为大脑掌控着人的智慧。而亚里士多德的观点则十分有意思了：他认为人在热血沸腾的时候是非常不理智的。想要理性地思考，必须要鲜血冷下来才可以。而大脑的功能，正是冷却流经的血液。亚里士多德把大脑比喻成为一个“鼓风机”，时刻不停地吹着风，激发人们的理性思考。基于亚里士多德的名望，这条荒谬的理论也被当时的人们当作真理认可了几百年，直到一个关键人物的出现彻底改变了人们对大脑的认知———古罗马生理学家Galen（200 BCE）。

    Galen是第一位进行动物解剖的人，也是在解剖大脑的过程中，他发现大脑可以明确地分为两部分：一部分稍大一些，有明显的沟和裂；另一部分小一些，布满了树状结构。他把大一点的部分叫做大脑（cerebrum），小一点的部分叫做小脑（cerebellum）。并且，他还较为准确地定义了大脑和小脑的功能：大脑负责感知（sensation），小脑负责运动（movement）。真正让他声名鹊起的则是他著名的“动物精神理论”（animal spirits）。Galen在解剖大脑的时候，发现动物的神经系统中有许许多多的小空间，里面充斥着粘稠的半透明状液体。他得出结论，这些液体便是动物的“精神源泉所在”。这些液体流淌在动物的全身上下，维持着动物的基本生命活动。这些小空间实际上就是现代科学所定义的“脑室”（ventricle），譬如大脑中的第三、第四脑室。而Galen所看到的液体实际上是流淌在动物体内的四类液体：血液（blood）、粘液（phlegm）、黄胆汁（yellow bile）和黑胆汁（black bile）。Galen认为“动物精神”是智慧（intellect）的中心，而智慧则包括想象力、认知力、和记忆力这三种能力。

    Galen的动物精神理论风靡了数百年。他的支持者中最为出众的便是法国数学家、哲学家笛卡尔先生。笛卡尔不仅发明了坐标系思想，提出了著名的“我思故我在”理论，还对大脑，这个智慧的轴心，产生了相当的兴趣。并且他还在Galen理论的基础之上提出了自己的大脑运作模型。他认为“动物精神”是用于控制复杂运动的。而人类和动物的唯一的区别就是在于人类具有一个“灵魂”而动物却没有，这意味着人类会比动物要复杂上许多。当人们处于沉睡状态时，“动物精神”会从人体流走；当人们处于清醒状态时，“动物精神”则会保持在人体之中。由于松果体（pineal gland）位于大脑的正中央，它便被笛卡尔认为是所谓“人类灵魂的基座”，是大脑中最为重要的部分。（然而现代生物学却证明松果体只是内分泌系统中较不重要的一小部分，其作用在于分泌褪黑色素和调整生物钟）。他进一步提出了“fluid mechanics model”，来解释神经系统的工作原理。虽然笛卡尔的模型是错误的，但是他也被证实是历史上第一位提出反射弧模型的人。他的模型工作原理如下：

    仔细观察下图，人的神经系统是由液体构成的。人脑中有许许多多的阀门，阀门连接着一条条细长的通道。这些通道连接着人的各处肌肉组织。当脚接近炽热的火苗的时候，人体内的“动物精神”被加热了，其温感被传递到大脑的阀门处，阀门开启，大脑中的“动物精神”顺着通道流向脚和腿部的肌肉。这样人就把脚缩回去，不会被烫伤了。不过，笛卡尔刚提出来这个模型不久，“动物精神理论”就被彻底否决了。

    一天，荷兰微生物学家Jan Swammerdam的妻子在做晚饭的时候，将一只牛蛙的头切了下来。但是Swammerdam万分惊讶地发现，即使在没有头的情况下，牛蛙的四肢也在不停地抽动着。按照笛卡尔的理论，不是必须有大脑中的“阀门”的控制，肌肉组织才会工作的吗？那么没有大脑的牛蛙的四肢究竟是怎么动起来的呢？仅仅是生活中的这样一个小现象，便足以驳斥笛卡尔的“fluid mechanics model”。“动物精神理论”最终在十八世纪被一位意大利生物学家Luigi Galvani（1737-1798）彻底否决了。他将剥了皮的青蛙腿吊起来，发现在给腿上的神经通电时，蛙腿变会发生抽搐。他最终得出结论：神经是电流的传导器。他的这项发现结束了“动物精神理论”的时代。算起来的话，我们会惊讶地发现，“动物精神理论”在社会中流行了将近两千年。

    十八世纪中期开始，神经科学便进入了“电信号传递”和“神经解剖学”的鼎盛时期。Bois-Reymond发明了一种微型的极其敏感的电压计，当他把这种电压计植入到动物的大脑里的时候，他发现了大脑可以产生电流。他也便进一步发现了神经元中最经典的“静息电位”（resting potential）和“动作电位”（action potential）。英国外科医生查尔斯贝尔（Charles Bell）是第一位实行“实验切除术的人。所谓“实验切除术”便是将正常动物的某处器官切除，再观察动物的行为变化的实验。譬如说，将金鱼的不同部位的鳍切除，观察金鱼的游动行为变化。这项实验技术在现在已经不是很常见了，因为它常常会涉及到一些神经伦理学问题，但不可否认的是在贝尔当时的年代，这项技术为科学提供了飞跃的发展。他分别切断了脊髓中的背侧神经和腹侧神经，发现：切断腹侧神经之后，实验体的该神经以下的部位运动能力完全丧失；切断背侧神经之后，实验体的该神经以下的部位感觉能力完全丧失。贝尔的实验证明了脊髓内部结构的基本分工，这对之后“全身瘫痪”和“截瘫”等病症的研究有着深远的影响。

    现代非常流行的脑科学理论便是“机能定位”理论（functional localization)。所谓机能定位，就是大脑的不同区域有着其不同的特殊作用。可是如此经典的理论曾经也有一段极其不堪的历史。最早的机能定位学说是法国解剖学家弗朗兹加尔（Franz Gall）在十八世纪后叶提出的“颅相学”。以他为首的科学家团体认为，人类的人格特征可以靠触摸人的头骨，观察人头骨的凸起状态看出来。他们还“权威”地发表了一整套图鉴，指出头骨哪块凸起代表的是懒惰，哪块凸起代表的是奴役，哪块凸起代表的是高贵......由此，他们正义化了奴隶社会；因为按照他们的理论，有些人天生高贵，而有些人注定悲哀。更可悲的是，加尔的谬论被当时的人们奉为神谕一般，每个人都对此坚信不疑。他的教科书也在当时售出了十万余册。不过好在颅相学的好景也并不长久。另一位法国解剖学家弗卢龙（Jean Pierre Flourens）通过分别对大脑和小脑进行试验切除术的方法彻底驳回了加尔等科学家的“颅相学”理论，而机能定位学说也开启了新一代的潮流。在其之后的一百年间，真正改变历史的神经科学家才相继涌出。

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参考资料：

Exorcizing animal spirits, History of Neuroscience, July 10, 2007, by Mo,http://scienceblogs.com/neurophilosophy/2007/07/exorcizing_animal_spirits.php, Trackback URL: http://scienceblogs.com/mt/pings/45280

Other materials come from Sloan Hall, Mathematics and Neuroscience Apartment of Stanford University. (其它材料来源于斯坦福大学数学与神经科学学院）