意識存在於哪裡？這是一個困擾了人類幾千年的問題。在古代，我們的先人認為意識存在於心中。這從我們學過的古詩之中便可以看出來，像李白所寫的“我寄愁心與明月，隨君直到夜郎西”，愁思所在的地方是心而不是別的地方。
然而隨着科學尤其是解剖學的發展，人們發現心好像只是一團泵送血液的肌肉，我們的意識應該寄存在我們的腦中。但是由於大腦實在過於複雜，解剖學對於腦的研究就有些束手無策。直到現代腦電、腦外科手術等技術的成熟，腦科學才開始飛速發展，我們才逐漸揭開腦的神秘面紗。
Part。 1 大腦不等於腦
腦是人體神經系統的中心器官，和脊髓一起構成了人的中樞神經系統。腦包括大腦（cerebrum），小腦（cerebellum）和腦幹（brainstem）三個部分：
大腦是人腦最大的部分，也是我們意識的來源；小腦影響運動的起始、計劃和協調，主要起到維持身體平衡的作用；而腦幹是控制各項生命活動的中樞，如維持心跳、呼吸等這些活動都是腦幹自主維持的，所以在昏迷或者睡着時我們依然不會忘記呼吸或心跳。人也因為這一點無法憋氣憋死自己，因為當我們憋氣進入昏迷狀態的時候，腦幹便會自動接過呼吸的控制權，讓我們恢復呼吸。
雖然小腦和腦幹對基礎的生命活動的重要性甚至大於大腦，比如植物人大腦基本停止活動但是僅憑腦幹仍能維持基本生命體征，而腦幹一旦停止活動就會宣告患者的腦死亡，也就是醫學死亡；但是我們意識的產生僅與大腦有關係，大腦的不同區域分別控制着我們的性格、情緒、記憶、肢體運動……
這些結論是怎麼得出的呢？下面就讓筆者介紹兩個腦科學醫學手術上的“黑歷史”，帶大家了解大腦的功能和大腦的神奇之處。
Part。 2 大腦皮層：意識的物質基礎
大腦皮層，顧名思義，就是大腦表面的灰質。我們都聽說過一個說法：大腦表面溝壑越多，人就越聰明，這個說法是有一定的科學道理的。大腦皮層是人體思維器官，是高級神經活動的物質基礎。大腦表面凹凸不平，這就是為了增加大腦皮層的面積，大腦皮層面積越大，人也就越聰明。
在結構上，大腦皮層分為左右兩個半球，有着額葉、頂葉等腦區，不同的大腦分區發揮着不同作用，例如枕葉負責接收視覺信息，頂葉處理運動指令和身體的感知，而聽覺信息則由顳葉處理等。
1。 腦外科的“黑魔法”——額葉切除術
額葉是大腦發育中最高級的部分，在25歲才會發育成熟。它包括初級運動區、前運動區和前額葉。額葉的位置是中央溝以前，也就是我們額頭後部的一片大腦皮層。它負責思維、演算，個體的情感，使活動服從於堅定意圖和動機。
基於額葉的重要功能，額葉被認為是人高級認知功能的基礎。但為了認識到這一點，我們付出了慘痛的代價。
1935年，莫尼斯為了治療精神病患者，向患者的額葉注射酒精以殺死神經細胞，從而切斷患者額葉與其他腦區的聯繫。患者術后基本上都沒了之前的癲狂、躁動、抑鬱等行為，並且也沒有留下任何嚴重的後遺症。在莫尼斯發布這一手術后，多名醫師也嘗試了這一手術，結果喜人。因此，莫尼斯便草草下結論：“額葉切除術是一種簡單、安全的手術，很可能是一種可以高效治療精神障礙的外科手術。”莫斯利也因此獲得了1949年的諾貝爾生理或醫學獎。
但是，噩夢就此開始。
1945年，弗里曼醫生髮明了一種簡單快速的額葉切除術的手術方法——“冰錐療法”，也就是用小鎚子把冰錐由眼眶刺入大腦，之後攪動冰錐，從而切斷額葉和其他部分的聯繫。這個方法的優點或者說缺點便是手術極其簡單，甚至不需要很好的消毒，一個小診所也能做手術。
手術簡單、技術難度低導致了該術的濫用，人們不僅用它來“治療”嚴重的精神病患者，而是用它去“治療”一切與行為有關的“疾病”。在日本甚至僅僅因為小孩子調皮搗蛋、成績不好便向他們的大腦中刺入冰錐。
額葉切除術的後遺症在50年代開始被大規模報道。接受了額葉切除的病人雖然精神病癥狀有所減輕，但是這些病人的高級思維活動被破壞，他們神情獃滯、任人擺布，就像行屍走肉一般。
從50年代開始，到70年代，隨着額葉負責着人的高級認知能力的功能被發現，額葉切除術也退出了歷史舞台，腦科學終於翻過了有史以來最黑暗的一頁。
2。 左右互博——“裂腦人”實驗
大腦有着兩個半球，它們之間通過一個叫胼胝體的結構相連。把胼胝體切斷，就會隔絕左右腦之間的聯繫，這就是“裂腦人”。胼胝體切斷術被用於治療嚴重癲癇病人。我們知道，癲癇是腦部的異常放電，切斷胼胝體可以防止電流在兩個腦半球之間擴散，降低癲癇的發作頻率和緩解發作癥狀。
一個左右腦的信息交流被完全阻斷的人，無疑是腦科學家研究大腦功能和意識產生的絕佳實驗對象。斯佩里與加扎尼加兩位醫生從1962年開始，對4個通過外科手術被切斷胼胝體的癲癇病人進行了著名的裂腦人實驗，這個實驗主要從視覺、觸覺和聽覺三個方面進行。
右腦只能關注到注視點以左的視野，左腦反之。實驗團隊便應用這一點設計了視覺實驗。
在實驗中，實驗人員讓“FACE”這個單詞在被試者的右視野快速閃過，他們可以準確地說出看到的單詞；然而當這個單詞在被試者的左視野快速閃過時，他們會說什麼也沒看到，但是要求他們把看到的東西畫出時，他們會畫出一張臉。
這個實驗表明了三個重要的信息：
一，左半腦和右半腦都能夠識別圖像、文字信息。這很容易理解，實驗中左右腦都能對我們給出的“FACE”這一單詞作出反應；
二，語言中樞位於左半腦。因為當我們講“FACE”投影到屏幕一側時，按照上圖，“FACE”這一視覺信息被傳遞到了對側半腦，然而因為此時胼胝體被切斷，左右腦失去了聯繫，信息將會停留在當前半腦中，這半腦只能調用自己可以的功能而不能借用另一半大腦的功能。所以當單詞投影在屏幕右側，被試者能說出名詞；而投影在屏幕左側被試者只能說“什麼也沒看到”。這一現象說明只有左腦擁有着語言中樞。
三，右半腦能通過動作表達自己。實驗中右腦能夠控制左手寫出“FACE”這一單詞，這說明右腦中有運動中樞，能夠通過控制肢體的行為來表達自己。
對觸覺和聽覺的實驗也證明了這三點。比如觸覺實驗中，在右手接觸物品時，被試者能說出自己拿到了什麼。而當左手接觸物品時，被試者會說自己什麼也沒接到，但是能用左手寫出拿到的物品。聽覺實驗中，也有同樣的結果，右手和左手都能對聲音刺激做出反應。
在後續實驗中還發現右腦可以表達情緒，這說明右半腦也有着高級思維功能。那到底左右半腦是各有專長呢，還是本質相同呢？
答案是前者。通過被試者左右手分別繪製立體圖形的畫圖實驗，研究發現右半腦有着更強的空間處理能力。
在涉及空間關係和形狀的視覺任務中，就像你在下圖中看到的，對於複製三維圖畫，左手的成績更好些。
積木實驗也說明了這一點，被試者的左手能夠很好地把積木搭成要求的形狀。但是右手卻無論如何也做不好，當右手笨拙地擺着積木時，左手甚至會忍不住上來“幫忙”。
這些實驗都表明，分離的兩個腦半球擁有各自獨立的意識領域，每個半腦都獨立地具有高級的心理功能。但是兩個半腦並不是等價的，兩者各有所長。
Part。 3 腦科學前瞻：有USB接口的人腦？
腦科學在今天仍然在高速發展，並正在把只能在科幻電影里看到的場景變成現實。
腦機接口，或許大家聽過這個名詞。通過腦機接口技術，我們可以直接對大腦中的信息進行輸入輸出。這個技術有多科幻呢？它使我們可以躺在床上體驗“真”3D電影，可以把自己腦中的畫面直接投影在屏幕上……這些看似天馬行空的技術或許便會出現在不遠的將來。
事實上，Facebook公司正與加州大學舊金山分校的團隊合作，試圖開發一種全新的非侵入式腦機接口設備，並已經獲得了喜人的成果。這種設備利用紅外光從外部接收大腦信號，可以直接讀取使用者心中所想的單詞。通過進一步的研究和改進，這項技術將在未來幫助那些無法開口說話或喪失部分語言能力的人更好地與他人交流。
除了這些，腦科學和計算機、人工智能等領域也在相互促進，人工大腦、強人工智能……越來越多的技術正在被發明，越來越多的想法正在被提出，越來越多的科幻正在變成現實。在對於大腦的探索，我們仍在路上。
出品：科普中國
製作：之遙
監製：中國科學院計算機網絡信息中心