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一次一個細胞:神經元、灰質與白質

把神經系統放大來看,你會發現它不是一張無縫的網,而是由無數獨立細胞擠在一起。來認識神經元學說,並弄懂為什麼成束的「電線」看上去是淺白色,而成群的細胞體看上去是灰色的。

是人群,不是一張網

想像你俯瞰一座擠滿人的體育場。從遠處看,人群像一整塊鋪開的彩色毯子。但走近一點,毯子就化成了成千上萬個獨立的人,每個人都有自己的座位,消息靠一隻手傳給另一隻手。神經系統就和這片人群一模一樣。可是在很長一段時間裡,沒人能確定這一點。

在十九世紀末,科學家把神經組織放到顯微鏡下,看到的是密得不可思議的一團亂麻,活像一張熔成一體的網——絲絲縷縷焊成了一整片。許多人相信,大腦真的就是一個連成一體的巨大團塊。但真相是「體育場」那個答案:大腦是一片由獨立細胞組成的人群,每個細胞都是一個微小的信號單元,叫做神經元。

神經元學說

勝出的那個想法,就叫神經元學說,它是現代腦科學的奠基性洞見。它認為神經系統由許多彼此獨立的細胞構成,神經元之間靠把信號傳過微小的縫隙來交流,而不是融為一體。每個神經元都是自己圍起來的一個獨立單元——是體育場裡的一個人,而不是網裡的一根線。

這場爭論是怎麼定下來的?西班牙解剖學家聖地亞哥·拉蒙-卡哈爾用了一種奇特的銀染法——它由他的對手卡米洛·高爾基發明——出於至今仍說不太清的原因,這種染色法只把切片裡少數幾個細胞染黑,其餘的都留作看不見。於是,眼前不再是密不透風的亂麻,卡哈爾突然看到寥寥幾個細胞乾乾淨淨地凸顯出來,每一個都有清晰的起點和終點。它們沒有相互融合。它們是一個個獨立的個體。

放大來看的灰與白

現在再縮回去看。如果大腦是一片由細胞組成的人群,那麼這些細胞成堆地聚在一起時是什麼樣子?每個神經元都有兩個截然不同的部分:一個圓鼓鼓的細胞體(負責存活與決策的那部分),以及一條又長又細、把信號送出去的纖維,這條纖維常常裹著一層富含脂肪的白色鞘,讓信號跑得更快。當你切開腦組織,這兩個部分會堆積在不同的位置——而且它們顏色不同。

細胞體聚集的地方,組織看上去是粉灰色——這就是灰質,是做出決定的處理區。而富含脂肪的纖維成束聚在一起、負責把信號傳向遠方的地方,組織看上去蒼白而有光澤——這就是白質,是把一個區域連到另一個區域的布線。灰質是辦公室,白質是辦公室之間的線纜。

  cell bodies (decide)        fibers (carry)
  ●●●●●●●●●●●●●           ═══════════════════
  ●  GRAY MATTER  ●  ───▶  ═  WHITE MATTER  ═
  ●●●●●●●●●●●●●           ═══════════════════
     pinkish-gray              pale & glossy
      "offices"                  "cables"
同樣的神經元,分處兩個區域:細胞體構成灰質,它們成束的纖維構成白質。

給這些細胞團起名字

細胞體並不是均勻鋪開的;它們會聚成一個個局部的團塊,就像人群裡的一個個街區。解剖學家給這些團塊起了名字——而有趣的是,名字只取決於這個團塊待在哪裡。同樣的一團細胞,長在腦和脊髓裡面是一個叫法,長在它們外面就是另一個叫法。

  1. 在腦或脊髓(中樞神經系統)裡面,一團細胞體叫做核團——比如腦幹深處的那些細胞團。
  2. 在中樞神經系統外面,完全同一種細胞團叫做神經節——就像沿著你脊柱排布的那些小小的中繼站。
  3. 一束纖維也照樣有這種「裡外之分」:在中樞神經系統裡面叫傳導束,在它外面叫神經

這一切為什麼重要

一旦你把神經系統看成一群獨立細胞、分門別類地聚成團塊與線纜,神經科學的其餘部分就紛紛各歸其位了。細胞體會聚成一個個有名字的團塊,正是功能定位的物質基礎——也就是那個發現:不同的工作(看、動、記憶)住在不同的、可以指認出來的地點,而不是同時瀰漫在每一處。

又因為神經元是一個個分立的單元、靠把信號傳過縫隙來交流,它們就能被接成一條神經環路——一支由細胞組成的小團隊,專門幹一件具體的活,比如在你還沒感到疼之前,就把手從滾燙的爐子上猛地抽回來的那條迴路。下一課,我們就來追蹤這條迴路。