神經系統的整合作用
神經系統不是一塊配電板,而是一台整合機——反射是它的單元,突觸是它的閥門。
你的身體由數十億個各自獨立的細胞構成,卻能作為一個整體行動。謝靈頓追問這是如何做到的——答案,竟藏在一個卑微如反射的東西裡。
核心想法
膝跳反射,手從燙爐上猛地縮回——這些反射看起來簡單得無足輕重。查爾斯·謝靈頓卻把它們看作理解整個神經系統的鑰匙。他意識到,大腦與脊髓並不只是像電線那樣傳遞信號;它們在整合信號——把一些相加,把另一些抵消,將一股相互競爭的信息洪流,化為一個被協調起來的動作。
通過研究反射,他推算出了一個神經細胞與下一個神經細胞「對話」之處的法則——那就是突觸,一個他幫忙創造的詞。他表明:要彎曲一個關節,身體會在興奮一塊肌肉的同時,主動關掉它相對的那塊(交互支配);而許多信號會匯集到通往肌肉的同一條「最終公路」上,它一次卻只能聽從其中一個。
它是如何誕生的
大約在 1900 年,科學家剛剛弄清,神經系統是由一個個獨立的細胞——神經元——構成的,而非一張連續的網。但沒人知道,這些細胞是如何協同產生協調動作的。謝靈頓,一位英國生理學家,自下而上地攻克這個難題,對脊髓的反射做了一絲不苟的實驗。
他把成果匯成 1904 年在耶魯所做的十場講座,並於 1906 年以《神經系統的整合作用》出版。這本書純粹從反射在時間上的表現,一路推理到突觸的種種性質,而那時還沒人能看見一個突觸。它重塑了生理學;1932 年,謝靈頓因這一脈工作分享了諾貝爾獎。
它為何重要
謝靈頓把神經系統從一塊配電板,變成了某種會在微觀層面「思考」的東西——一台權衡相互競爭的訴求、再做出決定的機器。他那個「神經細胞把興奮與抑制相加、然後才動作」的想法,是每一個神經元如何工作的基本圖景,甚至也是現代人工智慧裡那些人工「神經元」被設想出來的樣子。交互支配與最終公路,至今仍是每一位醫生、每一位研究運動的學生必學的內容。
一個可以想像的畫面
想像一間擠滿人的屋子,只有一道門,許多人同時朝守門人下達命令——有人使勁要把門推開,有人拼命要把門拉上。守門人沒法聽從所有人;他把「推」相加、把「拉」相減,只做那個由這筆總帳決定的動作。運動神經元就是這位守門人,就是那條「最終公路」;每一塊肌肉,都由同時抵達的全部興奮與全部抑制的「流水總帳」來驅動。
它的位置
謝靈頓,立在現代腦科學的源頭。在他之前不久,聖地亞哥·拉蒙·伊·卡哈爾證明神經系統由一個個獨立的細胞構成;謝靈頓則表明這些細胞如何協同行動。在他之後,艾倫·霍奇金與安德魯·赫胥黎——也在這座圖書館裡——破解了沿單個神經元飛馳的電脈衝,而他自己的學生約翰·埃克爾斯,揭示了他當年只能推斷的那個突觸的化學。他那個興奮與抑制的平衡,是這座圖書館裡每一個「把眾多輸入整合為單一輸出」的系統的近親,一直延伸到今天人工智慧背後的那個人工神經元。