第一章  生物电：大脑的语言

阿奇博尔德·维维安·希尔

（Archibald Vivian Hill）

1926

电子信号是大脑的语言。人们往往关注大脑如何开展记忆、情感、学习等复杂工作，但却很容易忽略大脑进行的最重要的工作之一，即通过这些电子信号和强大的神经网络与全身交流。通过一些大胆的实验，希尔证明了这种脑体合作才是一切研究的核心。

希尔首次演讲后的第二天，报纸上便铺天盖地地出现了各种标题，质疑其科学性。有的题目写作《死蛙复生》或《死蛙奇观》，还有的报道甚至把他比作魔术师。

事实上，这一奇迹的源头不是魔术，而是一个相当血腥的实验，即从一只刚死的青蛙身上取下一条神经肌肉。希尔透露，实验的奥秘在于只要将神经保持在合适的环境中，它“可以在主人去世之后的一段时间内”继续保持活性，而实验取用的是一条从背部下方延伸到脚的坐骨神经。

希尔首先向孩子们展示了被夹子撑住的那条神经及其连接的肌肉，然后用电流刺激神经，这样似乎能让青蛙—至少是青蛙身体的一部分—苏醒过来。这一操作一下就把孩子们吸引住了。《伯明翰每日公报》（Birmingham Daily Gazette）的一名记者写道，“它的神经和肌肉立即活蹦乱跳起来”。希尔说，因为动物死后神经和肌肉还能继续工作，所以这类实验对我们了解人体的运作原理至关重要。

这次实验揭示了神经系统的一个基本特性，即利用电子信号进行交流。希尔说，神经是连接大脑和身体其他部位的要道，以每秒400英尺的速度将电子信息传送到不同的肌肉和器官，甚至快过飞机的速度。“我们所能感受到的一切，包括痛觉、触觉、味觉、嗅觉、视觉、听觉、温度等，都源于这些神经电波，而这些电波是由同时散布在体外和体内的微型‘麦克风’触发的。我们对这些信息的回复，即我们发送给肌肉的指令，也是波流。这些波流来自我们的神经系统，而神经系统则存在于我们的头骨和脊柱内，受到周全的保护”，希尔向我们解释道。（虽然希尔并未明确提及，但大脑和脊髓统称为中枢神经系统，其中脊髓将身体各处的信息传递到大脑。）

希尔说，你可以将这种信息交流系统想象成电话网络，每条神经由数百根细长的纤维组成，每根纤维的粗细只有人类头发的十分之一。这些纤维有点像电话线，可以在体内迅速传送信息。“连接它们的‘中枢’是大脑和脊髓。”（举个例子，一旦我们的皮肤被炽热火焰灼烧到，就会立刻向大脑发送信号，这一“中枢”再把另一信号迅速传送回手部肌肉，指示它离开热源。）

讲座通知（封面）

神经并非人体内交流的唯一方式。我们也依赖于血液中传输的化学信号，但这些信号要慢得多，“如同用明信片取代电话”。这些较慢的信号可能是我们发达的神经系统的前身，被更原始的动物使用。“神经系统逐渐进化，直到在人类身上实现了最高效率”，希尔解释道，人类神经系统如此高效还得益于我们是温血动物。温度越高，生命进程越快，这也回答了另一个谜题—为什么乌龟在阳光下比在阴凉处跑得快。

希尔又将目光从死青蛙转移到了活生生的孩子身上。接下来，他在儿子大卫的帮助下又进行了两次实验，结果令人叹为观止。首先，他证明了来自大脑的电子信号如何指导我们的肌肉运动。他将电流传导到大卫的尺神经^[2]，沿着手臂进入手指，结果出人意料。一位记者在《埃克塞特和普利茅斯公报》（Exeter and Plymouth Gazette）上写道：“他的小手指在抽搐……是普通人移动手指所能达到的最快速度的四到五倍。”

电流的重要作用在于，它是大脑和身体其他部位之间的信息载体。为了打消人们对这一结论的质疑，希尔进行了迄今为止最具颠覆性的展示，由此为他的首次演讲画上了句号。在展示中，大卫的妹妹波莉也来到了台上，和大卫站在一起。他们的父亲希尔在他们身上接通了50万伏电流，一串串紫色电火花从他们的四肢飞溅出来，让观众们目瞪口呆。“可以清楚地看到他们满脸都是对电击的担忧。年轻观众坐在那里，表情严肃”，几家报纸随后进行了报道，“但是11岁的大卫·希尔微笑着走到桌前，他的举止似乎在告诉观众，这根本没什么。”

希尔向观众保证，实验十分安全，因为他使用的是高频电流，这种电流振荡得非常快，体内任何有害电流都会立即被逆转。

希尔在热烈的欢呼声中结束了讲演，他警告观众：“要确保电流是高频电流，一千伏特的低频电流足以杀死我们中的任何人。”在意识到这一实验绝对安全后，孩子们簇拥在希尔身旁，渴望能亲身尝试这个实验。媒体对这一实验也印象深刻，第二天，一位《苏格兰人报》（The Scotsman）的记者这样写道：“所有圣诞童话剧的神奇魔法都无法与希尔教授的科学魔法相提并论。”

^{波莉和大卫正在协助讲演中的父亲做电击实验}

由于肌肉是大脑中海量信息的受体，所以希尔第二场演讲的主题重新回到肌肉。他说：“肌肉是由成千上万条薄薄的胶状肌纤维组成的。”每条肌纤维都与一条神经纤维相连接。“神经纤维传导电信号给肌纤维使其工作。”当肌纤维接收到来自神经纤维的电子信号时，肌肉就会收缩，或者绷紧，希尔解释道，每一次电脉冲都会导致肌肉抽搐一次—即绷紧再放松。只要脉冲信号足够连续，肌肉就会持续抽搐。

希尔又说道，肌肉抽搐一段时间后也会疲劳，从这个角度看，肌肉就像一块电池，需要充电。大卫再次上台，通过一场与死青蛙的特殊比赛证实了这一观点。正如肌肉会对大脑信号做出回应一样，肌肉也可以对人为的电击产生反应。希尔给大卫的手臂和一块青蛙的肌肉施加了微弱电流。他们的肌肉均开始抽搐，使得投射在屏幕上的聚光灯上下抖动，如此一来，观众就可以看清楚比赛状况了：首先是青蛙的肌肉抽搐开始减弱，“但青蛙目前还不累。”希尔说。大卫对希尔说：“我也不累。”与此同时，观众们为大卫大声欢呼。最终，青蛙的肌肉抽动开始衰竭，屏幕上的光亮也渐渐熄灭了。希尔解释说，大卫肯定会胜出，因为青蛙的肌肉没有血液供应，无法通过新鲜氧气为其“充电供能”。

希尔说，这是心脏的职责，它是非骨骼肌中“最迷人、最重要”的肌肉。众所周知，保持心脏跳动不需要有意识的思考，而是大脑在维持它的运转，这将在希尔的下一个讲座中展示。

希尔解释说，有两类神经精准配合，控制心率。一种是大脑的迷走神经，它发出信号以减慢心率。在我们的日常生活中，它无时无刻不在工作（尤其是在我们感到平静和放松时）。然而，在处于紧张状态或进行肢体活动时，另一种交感神经系统就会接手，发出信号让迷走神经安静下来，并加快心率。这一过程也会在我们神经紧张或情绪亢奋时出现。“有些人知道，当他们突然被要求在聚餐后总结发言时，心率会急剧上升。”希尔说。（希尔确实领先于时代，而我们现在才意识到心脏和头脑之间究竟是如何相互关联的。大脑告诉心脏要跳多快，而心跳等身体内部信号也会影响大脑。例如，研究表明，与自己心跳合拍的人在一起可以做出更明智的决定，情绪也更高昂，尽管他们本身并没有意识到这一点。而那些恐惧症患者如果能接受与心率同步的治疗，则疗效更好。心脏好像可以比大脑更早感知到周围的一切，所以一些科学家认为这种传递给大脑的内部信号可能是一种本能，由此为“随心所欲”赋予了新的含义。）

任何一个受到惊吓后心率加速的人都不会怀疑大脑和心脏之间的这种关联。但为了证明这一点，希尔演示了一种新式设备—弦线检流器，可以实时监测心脏活动。心脏跳动时发出的电信号会让一根细线同步移动，同时志愿者的心跳会被投射在观众面前—这是当时最先进的演示。

^{波莉正在测试弦线检流器}

若能直接将人体神经和肌肉运作方式公之于众，那么未来会大有前景。希尔认为这可能会让人最私密的情感一览无余，例如面对心中挚爱时的悸动。这不禁让观众和媒体浮想联翩。

^{弦线检流器在电流通过时可以通过磁力让镜子转动，从而反射出脉冲式光束}

希尔说，即便是内心再不为所动的人，他们的无意识反应也会通过这些简单仪器显露出来。“如果你把一个年轻人接入电路，再读一串年轻女士的名字，”他说：“你会发现，读到某个或某些名字时，他的身体会立刻做出反应，这些反应会被仪器记录下来，由此便可以获悉各种秘密。”这种想法似乎尤为吸引报纸记者。“你在恋爱吗？如果你在恋爱，但不想被别人知道，你应该远离希尔教授。因为在这位科学家教授面前，最温柔的情感也将不再神圣。他发明了一台机器，无论如何掩饰，你的情感状态和恋爱对象都会暴露无遗。”第二天，《利物浦回声报》（Liverpool Echo）的一名记者如是写道。

另一位在《德比每日电讯报》（Derby Daily Telegraph）上撰写女性专栏的记者则对这一实验颇为担忧。她说：“这一实验为所有那些以能隐藏感情为傲的人敲响了丧钟。”她还预测，如果希尔使用的这种设备得以普及，无论我们如何努力，都无法掩饰我们的真实感情。“提问者可能察觉不到，但仪器不会被欺骗。事实就是如此。”

正如希尔后来所展示的那样，这些本能反应除了能反映情绪状态外，还可以控制躯体活动。我们并非总能有意识地察觉到这些信号，但这些信号让我们保持警惕之心。为了说明这一点，在专门为讲座制作的一部短片中，观众看到了希尔的嫂子—著名的俄罗斯芭蕾舞演员莉迪亚·洛波科娃（Lydia Lopokova）。短片还播放了一只黑猫，它从高处摔落，并在半空中对神经信号做出反应，以便翻转身体，四肢着地［在科林·布莱克莫尔（Colin Blakemore）关于感官的讲座中，这一场景被现场再现，见第97页］。希尔说：“这只猫只有五分之一秒的时间来完成所有的复杂动作，这样才能平安落地。”他强调，像这样快速、协调的动作以及洛波科娃炫目的舞姿是通过大脑、神经系统和肌肉之间的复杂信号交流而完成的。

当然，并非只有著名舞蹈家（或猫科动物）才能经历类似的现象。“在任何紧急情况下，比如从公共汽车台阶上滑下来时，有意识的‘你’是最后才知道出事的人。当你意识到自己滑倒的时候，你所有的神经和肌肉都已经自发行动起来，尽其所能来挽救你。”希尔补充说，多亏了这些信号，即使是一只无头青蛙也能继续从背上抓取东西。

身体是如何编排这些无意识举动的？希尔说：“这依赖于数以百万计的信息沿着神经来回传递，神经才得以感知世界，并向肌肉发出命令。”最简单的过程是，当信息通过感觉神经，从人体感官进入神经系统，并经由脊髓传送至大脑时，整个系统开始运作。随后，大脑通过运动神经向肌肉发送指令，告诉它们该做些什么。这些“交换过程”也向大脑发送信息，以使个体了解正在发生什么。当然，复杂的反射会涉及更多的信号和肌肉。

讲座结束时，希尔向听众分享了自己对这一研究领域的惊讶和赞叹，因为当时对于身体运作原理的探究正在飞速进步。

大多数小男孩和成年男人（女孩和妇女同样可以如此）都愿意拆分机器，弄清楚它们的工作原理。这对人体来说是行不通的，还好有其他方法可以了解人体。彻底弄清楚人体运作机制尚不可得，但即使是我们已知的一些皮毛，也可以为高强度的体力活动增添乐趣，还可以使我们认识到肌肉活动的复杂性以及力量与耐力的本质；这些探索和努力将有助于我们欣赏身体结构与生俱来的美丽与神奇。

A.V.希尔的自述

1943年，希尔在圣诞系列讲座的基础上出版了一本书—《生命机器》（Living Machinery）。书中，他回忆了受邀举办讲座的经历：

那时威廉·布拉格爵士（Sir William Bragg）邀请我做圣诞讲座，我把家人叫到一起，征求他们的意见。他们毫不犹豫，认为我应该接受邀请。我应该讲些什么呢？在这方面我只能靠自己。我11岁的儿子大卫想到讲座是在圣诞节后不久为年轻人举办的—那个时候到处喜气洋洋，人们富足安康，因此他提出了唯一一条建设性建议—我应举办一场以“味觉如何产生”为主题的演讲。我很抱歉未能采纳大卫的建议，因为我担心我很难就这一主题讲上足足六个小时。而且我预计这一主题的实验示范可能会令人不适。如果我以自己的家人为实验对象来品尝东西（很可能是好吃的），这可能会让听众嫉妒、家人难做；如果我在全体观众身上演示实验，则可能会让皇家学会破产。”

档案中的记录

讲座结束一个月后，希尔在《自然》杂志上发表了他在年轻听众中演讲的反思。他说，这不是一项容易的差事，但许多喜欢把简单事情复杂化的学者可以从面向年轻群体的讲座中受益。“通过尝试激发13岁的孩子的兴趣，”他认为，“这些学者甚至很可能获得这一领域相关专家的注意。”他补充道，与年轻人交谈的另一个好处是，与成年人相比，他们更少受到惊吓。“人类的身体是复杂而巧妙的机器，孩子们很容易就能够接受这一点，他们会迫不及待地想弄明白身体内部的运作方式。”