春来江水绿如蓝

咱说
2013-10-25 看过

【注】本书评所引用原书内容及页码已根据本人翻译的全新中文版做了更新。

最近先后读了两本科学家自传,神经科学大牛Kandel与社会心理学大牛Aronson。碰巧的是,不仅这两位大牛的人生经历有颇多相似之处,连书的内容都有些异曲同工。就经历来说,两位都是犹太人,自然在价值观方面也趋同,比如对家族亲情的重视、对高深知识的追求和对高雅艺术的欣赏。而他们从平民家庭一步一步走向学术事业的巅峰的励志故事,则是美国梦的最佳体现。俩人的第一份教职都是哈佛,最终也都离开了,然后各自开创了自己所在领域的新方向,终成一代宗师。Kandel于2000年获得诺贝尔奖,著名心理学家Gardner Lindzey则评价道:“如果社会心理学界有诺贝尔奖,我相信Elliot Aronson一定是第一位获奖者。”反正心理学界的重要奖项他都包揽了。而他们所编写的本学科导论教材,也都被后学誉为是该领域的“圣经”。从内容而言,两本自传都是将本学科鲜活的发展历程、关键的基础知识与个人的人生经历融为一体写就:大牛引领学科发展,学科发展又创造新知识,新知识又影响大牛人生。于是,个人的小历史便与社会的大历史并在一起,如车轮似的向前行进。 挑这两本自传来读并非无的放矢。神经科学是我本科时懵懵懂懂感觉值得自己去毕生追求的学术领域,花费一年多时间完成的毕业论文便属于神经药理学的范畴。由于懵懂而心存疑惑,毕业后我选择了与专业无关的工作。待到后来渐渐发现当初感兴趣的议题更多其实属于先前被我误以为是非科学门类的心理学所研究的主题时,方才如梦初醒。加之工作经历对兴趣的新近影响,于是我选择了重返校园走进社会心理学领域。看上去似乎一路折腾越绕越远,其实,一门结合两个领域的交叉学科“社会神经科学”就在近些年里诞生了。两个月后,第四届国际社会神经科学年会将在我系举行。打个不恰当的比方,这就好比你一面为自己当初早早地甩掉了前女友而庆幸,一面又渐渐在从自己当初没能早点儿遇到现女友而懊恼的心情中走出时,突然听说两个女友要义结金兰,自己还得当见证人——而在读完这两本自传之后,我倒是非常乐意当这个见证人了——几天前我应下来当会议助理,大约潜意识里是有这个原因的吧。 时代的流变 Kandel只是当年十多万逃往美利坚的犹太难民中不起眼的一个小不点,难民潮中更为耀眼的则是几千名来自德语世界的科学、人文和艺术家精英。作为纳粹文化清洗运动的一个讽刺性结果,希特勒拱手把世界科学文化中心让给了大西洋彼岸的美国。正是在这样一个契机之下,加上美国原本就处于上升势头的学术实力,二战结束后,一波又一波新学科的孕育、融合、诞生便在这块自由的土地上前仆后继开来,本书所涉及的几个学科概莫能外。 1952年,DNA双螺旋结构的发现标志着现代分子生物学的兴起。通过分析单个细胞的基因和蛋白活动,分子生物学把之前互相孤立的进化论、遗传学与细胞学说整合在了一起,将曾经以描述为主的生物学转变成为以遗传学和生物化学为基础的系统性科学。1960年代,脑科学与行为科学连接而成现代神经科学;现代认知心理学则在精神分析和行为主义的包围中诞生,尽管它仍然将大脑视为一个黑箱,主要以外显行为等指标来推断大脑加工过程。1970年代,认知心理学与神经科学的结合,开创了认知神经科学,借助于PET、MRI等技术,人类得以窥探大脑这个黑箱。1980年代,认知神经科学与分子生物学的结合,则开创了认知分子生物学(molecular biology of cognition),从分子和细胞水平来理解人的行为和心理机制。 先贤的基业 Kandel的学术之路几乎是与现代神经科学一道成长的。但罗马并非一天建成,如果没有前辈科学家的披荆斩棘,Kandel或许会走一条与他的维也纳老乡弗洛伊德相似的路:放弃研究神经细胞,转而成为一名精神分析师。事实上,Kandel之所以会走上神经科学这条路,最初的想法就是为了找到弗洛伊德所谓的本我自我超我分别在大脑的什么地方。好在Grundfest教授没有把这个抱着天真想法的年轻人打发走,而是告诉他只能先从一个一个细胞开始研究。那个时候,在神经细胞这本厚厚的天书上,几代科学家的努力才刚刚破译了前几页——知晓了基本原理。他赶上了好时代。 得益于20世纪初Cajal和Golgi等人的天才性工作,神经元作为一个独立完整的结构被展现在了世人面前,并由此提出神经元学说(neuron doctrine),包括联结特异性原理(神经元之间的联系具有特异性,形成特定的神经回路)和动态极化原理(神经回路中的信号只向一个方向传导)。这些在当时有限的条件下仅仅是作为直觉推断出的原理,竟然都得到了后人的实验证据支持! 到1920年代,Adrian记录了神经元轴突动作电位的传导,并发现了动作电位的全或无特性。接下来,Hodgkin和Huxley等人阐明了动作电位的产生机制——通过细胞膜上的离子通道来改变膜电位。至此,一个神经元内部的电信号原理已经了解得差不多了,而神经元之间是如何传递信号的呢?这便是历史上著名的“汤与电火花(soup vs. spark)之争”:是化学信号还是电信号介导了神经元之间的交流?最终真理站在了汤派这一边(但也确实存在少数电传导的例外)。总之,当Kandel第一次走进实验室时,关于神经元的这些基本议题都已经有了较为明晰的答案。 除了神经科学的进展,如果没有脑科学与心理学在那个时代已经取得的成就,Kandel也不可能将学习与记忆的神经机制这一宏大主题选为毕生志业。关于大脑与心理功能的定位问题的争论由来已久,早在19世纪便分别有Gall的颅相学和Flourens的均势说,前者认为不同脑区对应不同心理功能,Broca区和Wernicke区的发现为这一观点提供了支持,且Wernicke提出复杂行为应该是特异性的多个脑区共同作用的结果;后者认为大脑皮层的每个区域都可以执行任何心理功能,Lashley切除大鼠皮层的迷宫实验结果为其提供了支持。但后者显然是站不住脚的,得益于Penfield和Milner等人对癫痫病人的研究,推翻了Lashley的解释,同时,长时记忆与短时记忆、外显记忆与内隐记忆的区分得到了确认。 学术的旅程:准备 当记忆在大脑中储存于何处的问题已经有了大致答案后,历史把下一个问题推到了Kandel面前:记忆在大脑中是怎样储存的?这个问题需要到神经元里去求解。于是,拿什么神经元来研究记忆就成了首先需要考虑的。由于脊椎动物的神经系统十分复杂,反复斟酌之后,他将目标锁定于海兔(一种海生蜗牛)。海兔的脑很小,有些神经元却很大,且大部分基本反射的神经回路都很简单,是研究学习与记忆的理想系统。 值得一提的是,在初出茅庐的Kandel做出这个选择之前,很多前辈以及同事都不看好他。当时流行的观点是,人类的大脑功能肯定与低等动物有着本质区别,怎么可能用无脊椎动物的神经元研究出学习与记忆等高级心理功能来呢?而Kandel坚持了主见,这其实是还原论的胜利,也是进化论的胜利。还原论遵循化繁为简的原则,先从简单生物的细胞入手,再逐层深入,这一原则贯穿了Kandel的整个科研生涯;进化论则假定不同动物体内的一些分子机制在漫长的进化岁月中是相当保守的,适用于海兔的机制也可能与人体内的机制类似。 选定了研究的模式生物,接下来就该选择研究的实验范式了。Kandel再次做出了明智之举:将巴甫洛夫训练狗的那套经典条件作用搬到海兔的神经细胞上,通过在神经通路上呈现强度不同的电刺激,这一实验模型得以成功建立。结果表明“与突触增强相伴随的变化,可能构成了无损动物特定简单形式的信息存储的基础”(p183)。 上述实验是在当时全世界有且仅有的两个研究海兔神经系统的实验室的其中之一进行的。正是与Tauc的这次合作,让Kandel彻底建立了对自己从事科研工作的信心,而“再也没有了对自己的想法会耗尽的恐惧”(p185)。因此,从巴黎回到哈佛之后,Kandel做出了人生最重要的选择:放弃曾经梦想的成为精神分析师的精神科医生的事业,离开哈佛去到纽约做一名全职的神经科学家。“尽管我仍然欣赏精神分析带来的对心智丰富细微的见解,但在临床训练期间却失望地发现,精神分析在使自己变成一门可检验的经验科学这一方向上进步甚微。”(p385)接下来,好戏就一幕幕上演了。 学术的旅程:出发 首先,Kandel在活体海兔的缩腮反射这一简单行为中建立了习惯化、敏感化和经典条件作用。与当时只关注于细胞水平的神经生物学研究的Kuffler实验室不同,Kandel实验室“没有受到未知事物束缚,反而觉得这一领域正因它的未知和重要而显得格外迷人”(p198),于是他们大胆地将细胞神经生物学与行为学研究结合了起来。接着通过巧妙的实验手段,他们又成功地找出了海兔缩腮反射的特异性神经回路,由此说明,生物体的某一行为都是有着相对固定的神经回路作为基础的。 这里还原论策略的逻辑是:先锁定一个简单行为反射,再找到该反射神经回路上的全部细胞,然后通过简单的学习模型,观察神经回路上哪些部位发生变化。那么,学习与记忆的保持到底是通过神经回路自身的动态变化还是由突触联系的强度变化来实现的呢?这一争议由Kandel等人的一系列实验给出了回答:突触联系强度的改变是学习和短时记忆的细胞机制。也即,我们的短时记忆就储存在突触联系强度发生改变的那些位点上。 那么,长时记忆的细胞机制会和短时记忆一样,仅仅是突触强度变化时间更持久一些吗?进一步研究的结果表明,长时记忆除了强度变化之外,还在解剖学上重构了神经回路,长出了新的突触前末端。这说明经验可以改变海兔大脑结构,它与其他研究者在猴子和人脑中发现的经验改变皮层表征的结果相一致。 至此,关于学习与记忆的细胞机制已基本阐明。Kandel又将研究推向了分子水平。首先,他们发现改变突触强度是通过感觉神经元改变突触前末端的神经递质的释放量来实现的,而不涉及运动神经元的变化。接着,他们又确认了这种神经递质为谷氨酸,而中间神经元释放出的血清素则能够影响谷氨酸的释放量。这一调控回路的分子机制又是什么?原来,电刺激激活中间神经元释放血清素,血清素则促进感觉神经元合成cAMP,cAMP使得蛋白激酶A的催化单元释放,最终,催化单元促进了谷氨酸的释放。其他研究者通过对果蝇的研究支持了这一机制。 学术的旅程:攀登 短时记忆的研究终于告一段落。到了1980年代,随着分子生物学技术的成熟和神经细胞体外培养技术的重大突破,破解长时记忆分子机制的时机来临。长时记忆需要长出新的突触前末端,这就意味着在细胞核里发生了基因表达,以合成蛋白来形成突触。实验果然发现,是蛋白激酶A和MAP激酶跑到了细胞核里,激活/抑制CREB-1/-2蛋白,后者分别开启/关闭了有关基因的表达。 虽然新合成的蛋白会被运送到每个突触中,但将每一个长时记忆都储存在神经元的全部突触的做法显然是不经济的。事实上,只有那些被血清素刺激过的突触才会合成新的突触前末端。而需要开启基因才能形成长时记忆这一机制也说明,并非所有的刺激都可以由短时记忆转为长时记忆。 然而,一次环境刺激引发的基因表达只是一次性的,可长时记忆却会保持很长时间,这意味着突触前末端得有别的蛋白来维持生长。进一步研究发现,除了新蛋白,维持突触生长的是突触内原有的默默无闻的局部蛋白。可局部蛋白怎么就能源源不断地产生呢?原来,感觉神经元里存在一种类似朊病毒的CPEB蛋白,它一旦被血清素激活,便会持续自主复制下去,通过激活信使RNA来调节局部蛋白的合成,从而让记忆得以长时间保持。 就这样,在经历了长达四十年的漫长旅程之后,关于短时记忆和长时记忆的行为、细胞和分子机制已经被全部揭示。“基础科学也能够像一本优秀的悬疑小说那样充满出人意料的曲折情节”(p292),在波澜起伏之后,其实故事还远远没完。我们仅仅知道了内隐记忆的相关机制,而外显记忆比内隐记忆要复杂得多,且对它的探索是无法在简单的海兔身上展开的。 学术的旅程:转向 于是便有了对小鼠海马的关注,而长时程增强、空间位置细胞和NMDA受体的发现,使用基因修饰小鼠对空间记忆和注意加工的研究结果,表明了“记忆的一些关键分子机制是所有动物共享的”(p312),尽管外显记忆和内隐记忆在表现上那么不同。当然,这段旅程还有很长的路。对于人类的记忆,目前所大概能知道的,就是外显记忆首先进入前额叶,接着在海马转换为长时记忆,然后储存于负责其对应感觉加工的大脑皮层;而内隐记忆则储存于小脑、纹状体和杏仁核。 有人不禁要问,把这些玩意儿研究清楚了有什么用呢?如果从心理学的角度来看,关于记忆的很多方面在心理学中已经得到了广泛而深入的研究,而且这些研究与不同领域结合之后正在产生实际效用。神经科学的证据似乎只是在为记忆心理学的研究提供一点儿更底层的解释嘛,解释比应用更有价值吗? 这是个老生常谈的问题。对于那些把追求知识作为人生目的并乐此不疲的杰出科学家们而言,甚至不必回应(不过科研经费往往来自纳税人哟),侦探故事本身不是已经足够有趣了吗?事实上,这样的研究当然有用,只要条件成熟,它的效用甚至比心理学的应用成果要大很多。进入1990年代,Kandel也加入了把基础研究成果产业化的科学家行列,也正是基于对记忆、心理和精神疾病的分子机制的透彻了解,寻找到能够直接作用于这些分子通路的药物,才使得很多疾病得到了有效地治疗,而一些曾经“不明真相”的疾病也找到了病因。 另外一方面,神经科学的进展也可以促进心理学的研究。比如Kandel等人最近对于小鼠习得性恐惧和习得性安全的神经通路的开创性研究,便为心理学领域极为关注的安全感和幸福感的研究提供了新思路。如果知晓了安全感的神经机制,我们就可以设计出更有效的安全感行为实验范式,评估起来也比主观报告更准确。而基于一直以来对精神分析的兴趣,Kandel还特别提出了希望采用脑成像的方法来评价心理治疗效果的想法。如果将来能够像检验药效一样更为客观地检验心理治疗的效果,那才是心理治疗对人类的福祉。否则,心理治疗就永远只能游走在科学与玄学之间。任何心理现象都必有其生理的物质基础,我们需要的是严丝合缝的证据链,而非玄之又玄的说辞。 在全书的最后,Kandel还谈到了对认知神经科学领域的皇冠“意识”的研究及构想,对意识与无意识的兴趣正是开启他科研生涯的原动力。到底是什么在观看视觉管理皮层提供的图像,又是什么在聆听听觉管理皮层提供的音乐,大脑是用什么策略来读懂它自己的呢?负责意识统一性的神经元在哪里?自由意志存在吗?意识到底能不能被科学研究?关于这些,我们所知实在太少。而在对科研前景的展望中,他则讲到了与还原论相对的研究方法,即从分析单一水平到整合不同水平、从分析神经元到关注神经网络、从神经科学到分子社会生物学(molecular sociobiology)的整体论。这正是社会神经科学所采用的理路。 人生的启示 纵观Kandel的一生,实在让后学有太多受用之处。前面我已经用主要的篇幅讲述了他的科研之路,可以说,审慎思考选准研究对象、以还原论的原则规划科研、勇于迈向未知领域接受新技术,构成了他事业成功的核心。此外,他在本书结尾提到:“在所有这些中我觉得最重要的是,找准能够进行长期研究的一个或一组相互关联的问题。我很幸运,最开始在对海马体和记忆的研究中就偶然遇到一个有趣问题,然后毅然转到研究简单动物的学习。这两个问题的知识广度和深度都够大,足以让我在经历了许多实验的失败和失望后仍能坚持下来。因此,我没有经历我的一些同事描述过的那种不适,他们在中年时渐渐厌倦了正在做的科研而转向别的事务。”(p454) 以上所说全是与个人有关的因素,实际上,与他人的合作以及环境的影响同样重要(连基因的表达都受制于环境呢)。Kandel年轻时从历史学转向精神分析,再从精神分析转向神经科学的过程中,无一不是因为受到了良师益友的指引和鼓励。“他们同等重视机会对年轻人的影响并慷慨地鼓励年轻人进步。而年轻人则必须努力保持一个开放的心态,到那些一流学者云集的环境中去历练。”(p122)历数Kandel驻足过的地方,无论哈佛、纽大、国立卫生研究院还是哥大,这些都是顶尖的科研机构。在谈到他做出人生第一个重要成果(对猫海马的研究)时,Kandel这么写道:“我们的故事不过是NIH中发生过很多次的那一种。没有经验的年轻人得到机会去尝试他们想做的事情,他们知道无论自己在什么地方碰壁,都会得到过来人的帮助。”(p149) 除了卓越的老师,每当他瞅准时机跨入一块未知区时,也都找到或者遇上了优秀的合作者,互相取长补短,强强联合,无往而不胜。不过,要是缺了年轻人那也寸步难行!毫不夸张地说,几乎Kandel在后期完成的每一项重要研究,都会出现一名身怀不同绝技的博士后或者博士,也正是他慧眼识珠地招来不同研究领域的年轻科学家,才能够切实推动其在各个水平上的研究进展。“在美国,年轻人有了什么想法会畅所欲言,而且人们也会认真聆听他们的意见。因此,我不仅受教于我的导师,而且受益于与非凡的研究生和博士后研究员的日常交往。”(p442) 以上便是我花费几天时间陆续完成的书评。在半个月前读完这本书时,我说“这将成为第一本改变我人生的书籍。”而在这些天重温这本书的过程中,我深感自己受到的影响之巨。正如书中反复会提到Kandel在精神分析与神经科学之间的选择对其人生发展的影响一样,这本书(以及《绝非偶然》)让我明确了自己在社会心理学与神经科学之间应该持有怎样的态度和行动。正如心理学的发展为Kandel提供了很多研究想法和思路一样,我的心理学研究也应该从神经科学的广阔天地里多多受益,开放与融合是未来的大方向。 本书出版于2007年,我禁不住会想,如果当时就读到了它,我又将走出怎样一条人生之路?而在读完本书后,无意间于故纸堆里翻到的一张旧书讯,更教人平添了几丝感慨。那是一张2007年某次在听中科院生物物理所研究员的报告时拿到的科爱书讯,上面赫然印着《理解情绪》,简介中提到的作者,比如Simon Baron-Cohen,如今我对其研究早已烂熟于心;而Ralph Adolphs更是12月年会的报告人!少不更事时错过的,在百转千回后又遇见了。何哉?“人生就像一个圆圈”(p238),“人生的确是一个圆圈!”(p429)Kandel如是回答我。在此,谨祝老爷子健康长寿、其乐未央。

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