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偏执造就天才的科学解释

来源:赛先生 2017-04-13     

  科学家、艺术家常有高度的执着,为一个问题、一项艺术能苦干几年、十几年, 消得人憔悴。正是这种高度执着使他们的创作远超常人水平,达到了人类思想的顶峰。这种高度执着的神经线路是什么?

  梵高自画像。梵高在贫困潦倒的状态下经常每天作画十几个小时,是极度执着的典型。

  撰文 吴建永(乔治城大学医学院)

  编辑 韩琨

  我们知道,人类的一切行为都需要神经线路来驱动。而开动任何一个神经线路的最终目的只有一个,就是启动大脑内部的“自我奖励” 机制,引起脑内多巴胺和五羟色胺(血清素)的分泌。如果一个行为能引起脑内多巴胺分泌,这个行为的神经线路就会受到巩固,以后这个线路再次开动的可能性就会升高,人就会对该行为更执着,反之,如果一个行为没有引起多巴胺分泌,它就会受到其他行为的竞争和压制。减少其再次出现的可能性。

  关于多巴胺:经典的老鼠实验

  有个经典的实验用老鼠说明执着的内源动机:在老鼠笼子里设置一个开关,老鼠一按就会掉下一小块食物。老鼠本来并不理会开关,但是偶然一次发现按动开关可以得到食物后,便会不停地按开关。有位同学问:“食物是食物,多巴胺是多巴胺,你怎么能用获得食物来证明多巴胺分泌呢?”这问题问得太好了!当年发表这个实验结果的时候,大概审稿人也这么问过。于是,实验进一步展开:在笼子里装两个开关,按左边开关会获得食物,按右边那个则会引发对脑内丘脑下前区(ventral tagmental area,VTA)的一个电刺激。

  VTA是脑内主要的多巴胺神经线路之一(图1),电刺激会引起大量分泌多巴胺。结果老鼠很快就发现按右边的开关能更直接且得到更多的多巴胺。于是,老鼠就出现了极度的执着:不停地按呀按呀,完全不碰左边开关来获得食物,直到饿死!这个证明够直接了吧?老鼠可以为了多巴胺而不顾最基本的生理需要。

  图1. 脑中的多巴胺线路。多巴胺由VTA区产生,通过三个基本路径到达不同脑。图中的蓝色线路通往前额叶,是自我奖励的主要结构。红色线路进入“纹状体”协调动作定势的形成(如学会骑车,滑冰)。绿色进入“伏隔核”(NAcc)。伏隔核抑制VTA多巴胺分泌,使欣快的感觉有所节制。比如调控如笑的持续时间,“有朋自远方来,不亦乐乎”(人来疯)这种感觉的激烈程度。

  人与老鼠在执着上的同异

  笔者写科普时一提到老鼠实验就有读者批评,说你们科学家为啥要捉弄那些可怜的鼠辈。原因很简单,我们虽然贵为人类,但也是动物,任何行为也是在追求脑内的多巴胺。我们实际上也是每天被社会这么捉弄的,只不过是老鼠实验的放大版:很多人每天拼命工作,不过是为了在按提款机按钮时可以取出钞票,再用钞票去换锦衣玉食。我本来最不愿意敲键盘,写基金申请,可是为了得到经费还是要拼命敲字,甚至敲出了肌腱炎。

  高度执着的人大多不是在追求财富和享受,反之,很多高度执着的人往往不拥有财富甚至生活窘迫。但他们都说,废寝忘食是为了追逐一种内在的美感,这种内在美感带来的欣慰可以远远超过尘世的功名利禄。所谓“欣慰”的感觉,就是脑内几种化学物质(多巴胺、五羟色胺和去甲肾上腺素)在不同神经电路中的精美平衡,主要是多巴胺在前额叶几个脑区中的分泌(图1中的蓝线)。单纯的执着因其本身就能引起多巴胺分泌,不需要通过财富和名利享受这些尘世间的绕路,因此容易出现像老鼠按电钮这样的不断自我巩固。民间常把极度执着的人说成“大脑短路”,还是很确切的。

  高度执着的病态:戈什温迪综合征

  那么高度执着的极限是怎样的情况?这是一种病态,叫做“戈什温迪综合征”。由美国神经科医生诺曼•戈什温迪(Norman Geshwind,1926 -1984) 在20世纪70年代中期代定名。

  戈什温迪在波士顿的医院观察癫痫病人的行为和人格变化,他总结了大批患者的行为,发现在某一类患者中出现五项典型的人格变化:

  1) 写作狂热 (Hypergraphia),表现为患者非常喜欢写字或画画,日记往往极度详细,写出日常生活的所有细节,而画画也常常高产;

  2) 宗教狂热 (Hyperreligiosity),患者往往对宗教或信仰有极度的追求,坚信自己能与上帝交流或掌握着终极真理。与过度写作欲结合,患者写作的内容往往与宗教、神灵或宇宙终极真理有关;

  3) 间断出现侵犯攻击性行为;

  4) 性取向改变和性欲低下;

  5) 人际关系粘粘糊糊 (viscosity),喜欢长时间人际交流且不愿意中断谈话,谈话时往往车轱辘话绕来绕去却始终不达要点(circumstantiality)。

图2. 写作狂热者的作品,可以看出由于大量练习造成自己的书法风格。

  戈什温迪综合征的神经基础是癫痫(epilepsy)。这癫痫是个什么鬼?粗略地说,是脑细胞过度活动的一种状态。可为啥癫痫可以引起高度执着?这要用个通俗的例子来解释:

  神经网络与微信群

  神经细胞在脑内互相联接交换信息,就好比人和人在微信里交谈。微信有十亿用户,大脑皮层内有百亿细胞,规模差不多。微信里有很多群,群友之间的交流频繁,有共同关心的话题。在脑子内神经细胞之间也有类似微信群的结构,术语叫“功能线路”或“神经环路”。

  每当出现热门的公共事件时,微信上大批用户会立即参与,转载、跟帖、互动,在短时间内“刷屏”,形成关注度极高的热点。这个过程称作“正反馈”,很像草原火灾,燃烧的干草越多火越大,而火越大,则燃烧的草越多。大脑的神经网络也是这样,一个重要信息会产生正反馈,在很短时间内传遍整个大脑,所有细胞各司其职,作出恰当的反应。在微信中,多数热点的持续时间很短,当热点达到了高峰,新鲜劲儿一过,大家就洗洗睡了,天亮以后的话题又有新的热点。脑细胞的网络也与此类似,兴奋点很快形成并在短时间内消退,被新的兴奋点取而代之。

  在脑皮层网络里,约70%的神经细胞是兴奋性的,它们平时不发言,但听到别的人说多了就会应声复合。这是形成正反馈的主要力量。另外的30%的细胞是抑制性的,它们在正反馈时也会高度活动,但作用相反,是抑制兴奋细胞的活动,控制正反馈的速度和规模。这样一来,在任何一个脑区,兴奋和抑制在总体上是平衡的。这就像在微信群里,各种讨论虽然活跃,但并不失控,少数头脑冷静的人可以恰如其分地抑制吵架。癫痫就是局部抑制神经细胞减少,一有活动就会过热,失控的热点会形成持续的异常高度兴奋。微信中偶尔也有兴奋失控的状况,比如由讨论钓鱼岛引起烧日系车、砸穿同胞头骨的暴力行为。

  神经网络和今天承载微信的互联网有一点不一样,神经网络会自动强化有高流量的线路,同时弱化没有流量的线路。由此,每件事情经过大脑就会留下一些被强化的线路,下次碰到同类事件就会反应更快。这就是民间说的“脑筋越用越灵”,学术界称为“学习-记忆”过程。

  颞叶癫痫

  脑组织由于感染、发热等原因损伤了大量抑制细胞,就会造成局部兴奋细胞间互相激励和异常的线路高流量,相当于计算机里的死循环。不幸的是,这些没有意义的异常高流量的线路也会被自动强化,以后一有风吹草动就会重来一遍,达到过度兴奋。这就是癫痫发作。而且每一次癫痫发作都会继续强化异常的线路,使情况越来越恶化。当神经线路局部出现癫痫时,如果不治疗或不能有效制止过度兴奋,过度兴奋区会越来越大,发作越来越频繁、越来越严重。至今,还没有办法完全地抑制癫痫线路的恶性循环而不影响正常的脑功能。这个问题是当今癫痫研究的圣杯(holy grail)。

  多数患者的癫痫发作只是生活中的极少数瞬间,如每周或每月发作一次,每次只有几分钟。在癫痫不发作的大多数时间内,异常高流量的线路只蜷缩在脑中一个很小的区域里,叫作“癫痫灶”(epileptic focus)。癫痫发作时,异常的神经活动会从癫痫灶里出来,侵犯很多脑结构,如侵犯到运动皮层人就会抽搐,侵犯脑干时人就会失去知觉等。

  人类最常见的癫痫是颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy),大脑皮层的颞叶里有很多的高级功能区,如语言、记忆、情感等。可以想像,在癫痫不发作的大部分时间里,局部癫痫灶内的异常高流量活动会不断向周边地区发出信号,使受影响区域的神经线路得到强化。比如癫痫灶在左侧颞叶的语言区旁边,语言区就会不断被侵犯而活动过度,出现车轱辘话等反复不绝的戈什温迪症候群行为。而当癫痫活动侵犯了与多巴胺分泌有关的线路(如降低了伏隔核的抑制作用),患者就会有语言无法描述的持续高度欣快和“与上帝同在”的感觉。

  梵高也受戈什温迪征困扰?

  在历史上,天才和名人一般会留下很多信件、作品、回忆录等。通过对这些遗物的分析,可以发现许多名人有癫痫病。因为戈什温迪征有明确的心理学定义,我们可以发现很多人有戈什温迪症候群的倾向。其中,最有代表性的应属画家梵高(Vincent van Gogh), 五项戈什温迪症候群的明显特征他都有。

  梵高是西方艺术史上的奇人。他在有生之年穷困潦倒,但在死后多年每幅画都拍卖出天价。梵高没受过正规美术教育,创作期不过区区十几年时间,但他却异乎寻常的高产,留给世人大约两千多幅绘画。最引人瞩目的是在1888-1889的一年之间,他创作了200多幅绘画,算算几乎每36小时一幅,现在看来,每幅都是印象派大师级的传世之作。再细看一下,他这段时间内还给他兄弟写了大约200封信,每封都有4-6页之长。通过这些信件,我们可以还原梵高当时的生活:每天作画长达14到16小时,画完后还要写些长信,在信中事无巨细地描述当天的生活细节以及明天的创作设想。梵高这段时间的高强度执着作画和写作,完全符合戈什温迪综合症的症状之一——“写作狂热”。题图的梵高自画像中,我们可以看到极为繁琐的笔画,这是典型的戈什温迪综合症的症状。

  除此之外,梵高的性取向也呈现高度的变化,在异 性、同性、双性之间大幅度变化。他的同性伙伴、同是印象派的画家的高更(Eugene Henri Paul Gauguin) 在其回忆录中描写了梵高黏黏糊糊的人格和不容易中断谈话等特征。梵高的宗教观念也比较极端,甚至会为了宗教观点作出自残行为。所有这些,都符合戈什温迪 症候群的描述。

  哈佛大学的教授寇实宾(Shahram Khoshbin)曾花了十多年时间研究梵高的行为和病历,以有力的证据说明梵高患有癫痫和戈什温迪 症候群。

  历史上疑似的患有戈什温迪 症候群的名人还有圣女贞德(Joan of Arc)、作家陀思妥耶夫斯基(Fyodor Dostoyevsky)等人。至于不太肯定的就更多了。比如贝多芬,他在晚年虽然完全耳聋却高度执着地不断作曲。用他自己的话说,上帝让他脑子里充满了无限美妙的音乐,只要把它们写下来就是惊世骇俗的作品。我们知道脑中产生音乐的区域在右侧颞叶,所以,位于颞叶的癫痫灶完全可能不断地引起异常活动,给人造成听到音乐的感觉。在临床癫痫脑手术中刺激右侧颞叶的癫痫灶,也经常会让病人感觉听见音乐。

  在现代社会中,人类癫痫占人口比例约1/10,其中颞叶癫痫约占一半。而颞叶癫痫患者大约1/10 左右出现行为异常。照此计算,社会中戈什温迪 症候群行为应该是颇 常见的。

  一直有种说法,说天才总有点精神不正常。很多学者认为这种说法没道理。但以梵高的事例来看,他如果没有戈什温迪 症候群,则很难在极度贫寒的状况下高度执着地创作,留下大量不朽的作品。笔者作为一个神经科学家早已被生理学洗脑,个人认为人类创造的动机来自脑内的化学平衡。超乎常人的高度执着和创造性则来自超乎常人的反复脑活动。灵感来源于下意识,反复的思考产生下意识大大增加出现灵感的机会。由此可见,病态也是造就天才的途径之一。

  参考文献:

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