神经系统的整合作用
神经系统不是一块配电板,而是一台整合机——反射是它的单元,突触是它的阀门。
你的身体由数十亿个各自独立的细胞构成,却能作为一个整体行动。谢灵顿追问这是如何做到的——答案,竟藏在一个卑微如反射的东西里。
核心想法
膝跳反射,手从烫炉上猛地缩回——这些反射看起来简单得无足轻重。查尔斯·谢灵顿却把它们看作理解整个神经系统的钥匙。他意识到,大脑与脊髓并不只是像电线那样传递信号;它们在整合信号——把一些相加,把另一些抵消,将一股相互竞争的信息洪流,化为一个被协调起来的动作。
通过研究反射,他推算出了一个神经细胞与下一个神经细胞「对话」之处的法则——那就是突触,一个他帮忙创造的词。他表明:要弯曲一个关节,身体会在兴奋一块肌肉的同时,主动关掉它相对的那块(交互支配);而许多信号会汇集到通往肌肉的同一条「最终公路」上,它一次却只能听从其中一个。
它是如何诞生的
大约在 1900 年,科学家刚刚弄清,神经系统是由一个个独立的细胞——神经元——构成的,而非一张连续的网。但没人知道,这些细胞是如何协同产生协调动作的。谢灵顿,一位英国生理学家,自下而上地攻克这个难题,对脊髓的反射做了一丝不苟的实验。
他把成果汇成 1904 年在耶鲁所做的十场讲座,并于 1906 年以《神经系统的整合作用》出版。这本书纯粹从反射在时间上的表现,一路推理到突触的种种性质,而那时还没人能看见一个突触。它重塑了生理学;1932 年,谢灵顿因这一脉工作分享了诺贝尔奖。
它为何重要
谢灵顿把神经系统从一块配电板,变成了某种会在微观层面「思考」的东西——一台权衡相互竞争的诉求、再做出决定的机器。他那个「神经细胞把兴奋与抑制相加、然后才动作」的想法,是每一个神经元如何工作的基本图景,甚至也是现代人工智能里那些人工「神经元」被设想出来的样子。交互支配与最终公路,至今仍是每一位医生、每一位研究运动的学生必学的内容。
一个可以想象的画面
想象一间挤满人的屋子,只有一道门,许多人同时朝守门人下达命令——有人使劲要把门推开,有人拼命要把门拉上。守门人没法听从所有人;他把「推」相加、把「拉」相减,只做那个由这笔总账决定的动作。运动神经元就是这位守门人,就是那条「最终公路」;每一块肌肉,都由同时抵达的全部兴奋与全部抑制的「流水总账」来驱动。
它的位置
谢灵顿,立在现代脑科学的源头。在他之前不久,圣地亚哥·拉蒙·伊·卡哈尔证明神经系统由一个个独立的细胞构成;谢灵顿则表明这些细胞如何协同行动。在他之后,艾伦·霍奇金与安德鲁·赫胥黎——也在这座图书馆里——破解了沿单个神经元飞驰的电脉冲,而他自己的学生约翰·埃克尔斯,揭示了他当年只能推断的那个突触的化学。他那个兴奋与抑制的平衡,是这座图书馆里每一个「把众多输入整合为单一输出」的系统的近亲,一直延伸到今天人工智能背后的那个人工神经元。