神經科學需要牛頓嗎?

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


上週末,我讀了一篇《紐約客》上的有趣文章。這是當前大量文章中的又一篇,它們(理所當然地!)警告我們提防神經科學炒作。它引用了《紐約時報》最近的另一篇文章,這篇文章提到了那些反擊“創意如何運作”(正確答案:這非常複雜,我們也不知道)以及新聞中大肆宣傳的、無處不在的功能性磁共振成像研究的人們(我承認自己也犯過一些這樣的錯誤,儘管我非常努力地保持懷疑態度)。這兩篇文章都提到了優秀的 Neuroskeptic Neurocritic(儘管可悲的是,《紐約時報》沒有給他們應得的連結)。而且這兩篇文章都警告說,神經科學比“撲克牌對你的大腦的影響”這種譁眾取寵的東西更深刻、更優秀。

我特別喜歡《紐約客》的文章,因為它清楚地說明了人腦的不可思議的複雜性。

然而,大腦很少以這種方式工作。大腦所做的最有趣的事情大多涉及許多不同的組織協同工作。說情緒在大腦杏仁核中,或者說決策在前額葉皮層中,充其量只是一種簡寫,而且是一種誤導性的簡寫。例如,不同的情緒依賴於神經基質的不同組合。理解句子的行為可能涉及布羅卡區(他們可能在大學裡告訴過你的大腦左側與語言相關的區域),但它也利用顳葉中分析聲音訊號的部分大腦,以及感覺運動皮層和基底神經節的一部分也會變得活躍。(在先天性盲人中,部分視覺皮層也起作用。)這不是一個點,而是許多點,其中一些點可能不太活躍但仍然至關重要,真正重要的是龐大的神經組織網路如何協同工作。

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我喜歡這一點,我保證我會在我寫的每一篇關於功能性磁共振成像的文章中都加入類似的內容,以使其真正清晰(讀者們,如果我沒做到,請抓住我並對我大喊大叫!)。我們神經科學家經常忽略提及這類事情。我們從理智上知道,當您看到一項研究顯示,在吸毒成癮者中,與毒品相關的線索會導致紋狀體“活動”時,他們正在過濾掉其他活動。枕葉中因看到與毒品相關的線索而產生的活動。來自機器聲音和他們躺在上面的墊子觸覺的感覺活動。在丘腦、胼胝體和更高階區域進行的、高度整合的活動,以處理所有感官資訊。以及在“較低”水平(如腦橋、延髓和其他區域)不斷進行的活動,以保持您的心臟跳動、肺部呼吸。我們從理智上都知道這一切,而且說出來需要很長時間,所以我們只是……忽略它,專注於重要的發現,就像論文的作者通常所做的那樣。只要您牢記這一點,就不是壞事。但大多數讀者不是科學家,不知道說“某某人在專注於冰毒菸斗時,紋狀體活動更高”是對正在發生的事情的一種簡化看法。

所以我真的很喜歡這些文章,我很高興有很多神經批評家和懷疑論者站出來指出炒作(即使他們指出我,因為我通常是罪有應得的)。我感到驚訝的是,竟然有人會因為對一些草率研究的草率報道而想要放棄神經科學。我們知道我們可以做得更好的報道,以及更好的研究。但我確實覺得頗具諷刺意味的是,《紐約客》的文章如此強調神經科學知識的差距

科學家們仍在努力構建關於個體神經元陣列如何關聯[到]複雜行為的理論,即使在原則上也是如此。神經科學尚未找到自己的牛頓,更不用說愛因斯坦了。

從警告過度簡化,以及提醒人們注意複雜性,到哀嘆缺乏神經科學的“愛因斯坦”。我確信作者真正想表達的是,例如,某位“神經科學愛因斯坦”弄清楚所有個體神經元網路如何產生所有相應的行為,但是……即使這樣也真的沒有意義。尋求神經科學的牛頓(頭韻聽起來更好),就是在追求作者現在正在抗議的同一種過度簡化。我不認為作者的意思是我們應該尋求神經科學的牛頓,相反,他是在評論神經科學尚未有很多答案,但我們應該這樣做嗎?神經科學需要牛頓嗎?

我個人認為這種概念是不可能的。物理學、數學,這些都是簡單、優雅的領域。當歸結為物理學和數學的最基本原理時,粒子如果在某些條件下以一種方式表現,將永遠以這種方式表現。一個公式一旦有效,將永遠再次有效。在物理學和數學的基礎中,存在將持續存在的統一思想和理論。存在基本原則。但神經科學並非如此優雅。當然,存在基本原則,但它們無法按比例放大。神經遞質可能總是作用於一種型別的受體,但有多少神經遞質?有多少受體?受體位於哪些神經元上?有多少?神經元的型別是什麼?它們去哪裡?那些神經元接觸的神經元又去哪裡?在到達那裡之前,他們與誰接觸?受體本身是否已發生改變、脫敏或刺激不足?改變一個或幾個這些變數,這很簡單。但改變所有這些變數。每一次都改變。對於每一個連線都改變。

如果存在神經科學的牛頓,那麼他們存在於我們最初發現構建模組的時候。拉蒙·卡哈爾,他首先將神經元描述為神經系統的基本單元。弗里爾,他表明大腦的某些部分與運動活動相關。還有許多其他人。但即使這些人也不是真正的神經科學牛頓。他們不是,因為隨著我們獲得越來越多關於大腦的知識,我們能夠看到:沒有關於大腦的統一理論。我不認為我們將永遠能夠從隨機的神經元網路中預測行為的總體產生。是的,我們將能夠展示特定的神經元網路做什麼。我們將能夠詳細說明(希望在不久的將來!),特定網路如何相互作用,它們如何響應刺激而變化,以及它們如何產生行為。我們將能夠展示(並且已經能夠展示)透過表觀遺傳機制修改 DNA 如何改變神經元的“行為”。我們能夠展示某些受體修飾如何改變行為,如何改變回路。我們可以利用不斷增長的知識庫來設計新的療法,將新藥或舊藥應用於新問題。

最後,神經科學需要自己的牛頓嗎?我真的不認為需要。神經科學沒有一個站在巨人肩膀上的牛頓,而是有成千上萬的人(僅每年參加神經科學學會會議的人數就超過 30,000 人),每個人都在解決他們自己的謎題。每個人都在特定的條件下弄清楚什麼是真,什麼不是真,什麼是改變了,什麼沒有改變。如果神經科學的發現不應在其描述中被簡化,那麼神經科學作為一個學科也不應被簡化。我們的領域是複雜的,在我們對大腦有一個完整的認識之前,必須將數百萬個小真理彙集在一起​​。對於這數百萬個小真理,您將需要數百萬個小科學家。

Scicurious has a PhD in Physiology from a Southern institution. She has a Bachelor of Arts in Philosophy and a Bachelor of Science in Biology from another respected Southern institution. She is currently a post-doctoral researcher at a celebrated institution that is very fancy and somewhere else. Her professional interests are in neurophysiology and psychiatric disorders. She recently obtained her PhD and is pursuing her love of science and writing at the same time. She often blogs in the third person. For more information about Scicurious and to view her recent award and activities, please see her CV ( http://scientopia.org/blogs/scicurious/a-scicurious-cv/)

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