全面解读爱因斯坦大脑

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所属分类:百科知识2015年

爱因斯坦一直被视为科学奇才,在其去世后,一些研究人员希望通过对其大脑的研究来解开这位科学巨匠获得成功的奥秘。然而,对爱因斯坦大脑研究的一些结果披露后,得出了截然不同的结论。一种结论是,爱因斯坦的大脑与常人有较大差异,因此造就了爱因斯坦这位科学天才。另一种结论则认为,爱因斯坦大脑与常人无异,他在科学上的成就并非大脑异于常人,而是有多种原因,如勤奋和努力。
  爱因斯坦大脑被保留之谜
  研究爱因斯坦的大脑必须要得到爱因斯坦大脑的样本,按照爱因斯坦的遗言是不可能得到爱因斯坦大脑的,因为遗言要求火化遗体,骨灰撒在秘密地点。不过,后人并没有按爱因斯坦的遗言处理他的遗体。
  1955年4月18日凌晨1时15分,爱因斯坦在美国新泽西州普林斯顿大学医院去世,享年76岁。当时托马斯·哈维是普林斯顿大学病理科主任,他和爱因斯坦只有一面之交,却成为爱因斯坦的验尸医生。对爱因斯坦的尸体和器官逐一检查、称重和描述外观后,哈维宣布爱因斯坦死于腹腔大动脉破裂。
  为了研究这位伟大的科学家,哈维说服了爱因斯坦的遗嘱执行人奥托·内森和爱因斯坦的长子汉斯,把爱因斯坦的大脑取了出来,以备日后研究。当时,内森和汉斯同意哈维取出爱因斯坦大脑的一个重要条件是,日后对爱因斯坦大脑研究的结果必须发表在科学期刊上。
  哈维按照解剖学标准切下爱因斯坦的大脑,然后进行测量,除了对大脑拍照存真,还请了一位画家为它做素描。然后,哈维把爱因斯坦的部分大脑切成240片切片,每片在大脑中的位置都有详细记录并贴上标签。
  爱因斯坦的大脑分别装进了10个储存组织学切片的罐子和两个大玻璃瓶中保存,这些器皿中都有甲醛防腐。由于私自保留爱因斯坦大脑,哈维丢掉了职位,但是爱因斯坦的大脑却因为哈维的保管和赠与一些科学家而得到研究和保存下来。
  爱因斯坦大脑的去向有两部分,一部分大脑切片是哈维赠予了一些他信得过的研究人员,由后者进行研究;另一部分大脑切片则被保存了下来。例如,在制作切片时,哈维借用了费城病理学家威廉·埃里克的实验室。为表示感谢,哈维赠送对方46片大脑切片。1967年埃里克去世,他的妻子将这些切片交给当地另一名医生艾伦·斯坦伯格。斯坦伯格又将切片转交给费城儿童医院高级神经病理学家露西·亚当斯。亚当斯于2013年初将爱因斯坦大脑的46片切片捐赠给费城一家医学博物馆——穆特博物馆。该馆于2013年4月开始公开展出爱因斯坦大脑的这些切片,其中一个切片可供参观者在显微镜下观看。
  哈维赠送了多少爱因斯坦大脑切片给多少研究人员,没有确切的数字,据说他后来进一步将爱因斯坦的其他大脑部分制成多达2000片切片,并将这些切片分发给了全球各地至少18名研究人员。因此,才有后来陆续发表的一系列研究结果。
  爱因斯坦大脑与常人有差异
  目前已经公开发表的爱因斯坦大脑研究结果有多个,主要有戴蒙德等人于1985年、安德森和哈维于1996年、基加等人于1997年、海因斯于1998年、维特森等人于1999年、科洛姆等人于2006年、福尔克于2009年、福尔克等人于2013年以及孟薇薇和福尔克等人于2014年发表的多项研究结果。
  在已经发表的研究结果中,多数研究结果表明爱因斯坦的大脑与常人的大脑有差异,而且这些差异表现在多个方面。
  差异之一:大脑细胞类型有差异。
  根据哈维的解剖记录,爱因斯坦的大脑重1230克,低于成年男性的平均值(1400克),并不出众,因此,从脑容量看,爱因斯坦的确与常人有差异,但是,这种差异不是人们所期待的应该大于常人。
  此后,第一份正式的学术研究报告于1985年发表,这份报告解释了爱因斯坦大脑与常人有何不同。美国加利福尼亚大学伯克利分校的玛丽安·戴蒙德等人对分别代表左右前额叶上段与顶叶下段的4片爱因斯坦大脑的皮质切片进行研究,并与另外11人的大脑切片做对照。结果发现,爱因斯坦的左顶叶神经元(神经细胞)与神经胶质细胞的比例小于常人。神经胶质细胞是神经元的支持、营养和保护细胞。过去的研究表明,哺乳动物神经元与神经胶质细胞的比例从小鼠到人有逐步降低的趋势。这表明,神经元执行的功能越复杂,越需要神经胶质细胞的支持。
  神经元与神经胶质细胞的比例小也意味着神经胶质细胞多,反之则少。换句话说,爱因斯坦大脑左顶叶神经元与神经胶质细胞的比例小于常人,表明爱因斯坦大脑这个部位的神经胶质细胞数量多于常人,因此比常人更聪明。
  此外,神经解剖学显示,顶叶下段皮质是听觉、视觉、触觉信息汇聚之处,顶叶下段受伤后,病人无法进行复杂的思考,阅读、写字、计算能力都会受损。爱因斯坦大脑左顶叶神经元与神经胶质细胞的比例异于常人也反映了他顶叶下段皮质功能可能优于常人。
  差异之二:神经元密度高。
  美国亚拉巴马大学柏名顿分校神经学助理教授安德森等人在1996年6月的《神经科学通讯》上发表题为《爱因斯坦大脑皮质厚度和前额叶皮质密度变化》的文章。安德森在文章中指出,他们通过与对照组的大脑进行比较,发现爱因斯坦的大脑右前额叶皮质(运动区)比对照组薄,可是皮质中的神经元数量与对照组无异。这显示,爱因斯坦的大脑皮质中神经元密度较高。
  安德森推论,爱因斯坦大脑皮质神经元有较好的传递信息的效率,因而可以解释爱因斯坦为何具有超凡才能。
  差异之三:大脑半球部分区域较大。
  1999年6月,加拿大麦克马斯特大学的桑德拉·维特森等人在英国《柳叶刀》杂志发表研究结果称,他们把爱因斯坦的大脑与99名已死亡老年男女的大脑进行比较研究,发现爱因斯坦大脑左右半球的顶叶下区域比普通人的平均厚度多出1厘米,即比常人多15%。由于爱因斯坦大脑的左顶叶比常人要大,大小和形态类似于右顶叶,因此爱因斯坦大脑顶叶部分比一般人对称。顶叶这个脑区主管视觉空间认知、数学能力和运动想象能力,这很有可能是爱因斯坦具有超凡的逻辑思维和空间认知能力的主要原因。这也说明,爱因斯坦异于常人的主要是左脑,而不是右脑。另外,维特森等人还发现,爱因斯坦大脑的另一个特点是表层的很多部分没有凹沟(回间沟),这些凹沟就像大脑中的路障,使神经细胞受阻,难以互相联系。如果大脑中没有这些障碍,神经元就可以畅通无阻地联系,使得大脑的思维较为活跃。
  差异之四:额外的沟回和脸大舌头大。
  福尔克等人在2013年4月的《大脑》杂志发表的研究论文称,爱因斯坦的大脑确实与常人有一些差异。他们分析了14张之前从未发表过的爱因斯坦整个大脑的照片,并与其他85个人的大脑进行了比较。结果发现,尽管爱因斯坦的大脑重量只有1230克,但在其大脑的若干区域出现了额外的沟回和褶皱,这种现象在其他人大脑中极少出现。例如,爱因斯坦大脑左侧区域有额外的沟回和褶皱,因此也使得他的脸和舌头比常人大。此外,爱因斯坦的前额叶皮质也有较大的伸展,大脑的这个区域是命令和控制中心。决策和自控等较高层次思考就在这里进行。因此,这能解释为何爱因斯坦有更多的思考和新奇的观念。
  差异之五:爱因斯坦的大脑胼胝体比常人更厚。
  大脑的胼胝体是连接左右大脑半球的神经纤维,中国上海华东师范大学物理系的研究人员和美国佛罗里达州立大学人类学系的研究人员合作,利用磁共振成像来研究爱因斯坦和两个对照组(一组为15名中老年男性,另一组为52名健康年轻人)大脑的胼胝体,这两个对照组的大脑都是与爱因斯坦同时代(1905年)的人去世后保存下来的,这一年也是26岁的爱因斯坦发表相对论的年代。
  研究人员比较了爱因斯坦大脑与对照者的大脑胼胝体在不同位置的厚度。结果发现,爱因斯坦大脑胼胝体要比常人的大脑胼胝体厚。研究人员认为,由于有更多的胼胝体神经纤维,而这些神经纤维连接着大脑的重要区域,如负责复杂思维与决策的前额叶皮质,再综合其他研究证据,如部分物理学家的大脑较常人体积更大,褶皱也更复杂,因而提示爱因斯坦大脑的这些特点是其具有非凡天赋的基础。
  爱因斯坦大脑与常人无差异
  尽管上述种种研究分别说明爱因斯坦的大脑与常人有差异,但是,也有研究认为,爱因斯坦大脑与常人根本就没有差异。
  美国纽约佩斯大学心理学家泰伦斯·海因斯在2014年6月14日的《大脑和认知》上发表文章称,爱因斯坦的大脑在细胞与结构方面和常人无异。海因斯主要从对以前一些研究爱因斯坦大脑的结果进行质疑来说明爱因斯坦的大脑与常人无异。
  首先,海因斯认为前人的研究不严谨。例如,对于1985年戴蒙德声称爱因斯坦大脑中的神经胶质细胞含量明显高于常人,海因斯认为结果并不可信。因为,戴蒙德分别针对4块大脑区域分析了7个变量,这相当于进行了28组分析,只有其中一组的p值小于0.05,这并不能说明问题。因为p值为结果可信程度的一个递减指标,p值大于0.05就不具备统计学意义,即结论不可靠,反之p值小于0.05则结论较可靠,p值小于0.01为非常可靠。但对爱因斯坦大脑神经细胞的分类研究表明,28组分析中只有一组的p值小于0.05,说明爱因斯坦大脑中的神经胶质细胞含量并不比常人多。
  其次,海因斯认为,前人的研究分析在逻辑上也有问题。所有得出爱因斯坦大脑与常人有差异的结论都是通过对爱因斯坦大脑的切片进行研究获得,这本身就不太科学,因为大脑的几个切片并不能代替大脑的所有组织和细胞,同时也不能揭示这些细胞是如何作为一个整体进行思考和运行大脑多种功能的,因此,认为通过分析整个大脑的一小片或者几小片切片就能揭示大脑的特殊认知能力,无异于痴人说梦。
  第三,以前人们也根据爱因斯坦的自我评价来分析其大脑的过人之处。例如,爱因斯坦曾写道,他认为自己能很好地控制他的大脑,而且精力充沛。但海因斯认为,这些评论在真正的神经系统科学里毫无价值,人们不可能仅根据爱因斯坦说过的只言片语就对其大脑做出准确研究和得出可靠结论。
  对于海因斯的观点,美国耶鲁大学医学院的神经学家齐默曼表示赞同,齐默曼曾担任哈维的老师,因此,哈维也送给齐默曼部分爱因斯坦大脑切片。在爱因斯坦生前,齐默曼首先向爱因斯坦预约将来研究其大脑。当时,爱因斯坦一口答应了,但是有一个条件:不得将研究结果公布。齐默曼同样细心观察了爱因斯坦的大脑,认为其大脑非常正常,要说爱因斯坦大脑与常人有什么异常之处,就是他的大脑比同年龄人更为健康,退化的迹象较少。
  至于是否能通过研究大脑得出爱因斯坦比常人更聪明的结论,齐默曼的观点与海因斯一致,他举例说,有人获得长跑冠军,但其去世后仅凭解剖他的腿就可以找到他成为长跑冠军的奥秘吗?
  美国罗伯特·伍德·约翰逊医学院的神经病学家雷波尔的解释更能击中要害:人们对爱因斯坦的大脑着迷,透露的是人们对大脑的假设,以及对天才的景仰。
  此外,即便是认为爱因斯坦大脑与常人有差异,哈佛大学医学院神经学家加纳伯达也认为无法回答另一个问题:是一个非凡的大脑让爱因斯坦成为伟大的物理学家,还是他学习高深物理知识让其大脑发生了变化?
  【责任编辑】张田勘
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