你是否还记得童年时所做的噩梦呢?又或者是第一天上学时的场景?我们在回忆的过程中,会发现这本身就是一件很奇妙的事:即使是久远时代发生的事情,回想的时候总能准确地打开「储藏」那段回忆的门,鲜活的感觉瞬间浮现。
那么我们的大脑是如何存储这些回忆的呢?脑细胞在不断地死亡,储存记忆的信息又如何移交和传递?记忆和感觉是由一团化学物质组成的吗?你此时此刻阅读这段文字,思考上述问题时,大脑又是如何工作的呢?基因又是如何将「本能的记忆」传递给下一代的呢?
如果追问下去,问题会像雪球一样越滚越大。你会惊奇地发现,这些从一出生就习以为常的事,却充满着这么多谜题。而我们对记忆机制的了解,未必会多于对木星地表的认识。
如果把时间回溯到一百多年前,我们会发现,当时的科学家们正在为相似的问题所困扰。弗洛伊德曾经试着通过解剖学的方式来认识思维活动,而物理学家亥姆霍兹则利用自己的专长来研究神经活动中的电流......一批又一批的化学家、物理学家、心理学家都投入到了这场关于「记忆」的探索中,并最终催动了现代生物学的蓬勃发展。
神经科学家埃里克·坎德尔出生于二战前的维也纳,他正好见证了现代生物学发展的草创与辉煌时代。而他本人对神经活动的研究,也与这些科学史上的重大发现息息相关。于是,他执笔开始撰写了一本名为《追寻记忆的痕迹》的科普读物,书中回溯了童年的成长经历,回溯了学者们的研究与发现,也回溯了他自己的学术生涯。埃里克在追寻记忆的原理时,也在追寻着自己的人生与科研之路。
八卦与典故的回忆录
优秀的科普作家是不会满足于一个劲地叙述自己实验室的工作,他们很擅长时不时从科学发现中抽身出来,和读者聊聊科研中的趣事,或者科学家自身的故事。这就是好像在烹饪大餐,营养丰富的食材也需要佐料来调调味,这本书就是如此。我们不止可以读到生物学的诸多进展,还可以读到不少关于这些进展背后的八卦故事。
有时候这些小故事也与学术史有着密不可分的联系,例如作者埃里克·坎德尔本人的经历,就对他从事这条科研之路有着重要的影响。作为生活在纳粹统治下的维也纳犹太人,他自小就留下了对人类恶行不可磨灭的印象。温和优雅的维也纳人,为何会对纳粹展开胸怀,并孜孜不倦地作为帮凶来迫害犹太人呢?这些黑色的回忆让他对人类的行为、道德和价值观念充满了疑惑,这或许埋藏了他开始研究人类记忆的重要萌芽。
埃里克•坎德尔本人,他的血统曾经带来了巨大的灾难,正如在纳粹统治下的千千万万其他犹太人一样。和童年的作者一样,一大批有犹太血统的科学家们被迫离开了自己的家园,逃亡到英国、美国或者澳洲,这使得科技和文化的中心开始转移。逃亡的科学家中有很多声名卓越的生物学家,其中包括勒维、费尔德伯格、库夫勒和卡茨等重要的神经学家。这些学者们在异国他乡受到礼遇,科研工作也得以继续。这让作者想起弗洛伊德的故事:
当他到达英国,发现自己将住进伦敦市郊的一所漂亮房子时,想到被迫移民却换来了如此的安宁与礼遇,他深受感动,并用维也纳人典型的讽刺语气低声说道:“希特勒万岁!”
真是个苦涩的笑话。
科研工作者的日常
科学研究对大部分人而言都是一件很神圣的事,说起科学家,我们脑海中往往浮现的都是钱学森或者爱因斯坦的形象,他们特立独行又不食人间烟火。那么真实的科学家生活是什么样的呢?他们在实验室的工作日常又是怎样的场景?
埃里克·坎德尔在记录神经科学发展的里程碑事件时,也会给背后的研究者们做一个简短的开场介绍。我们会发现科学家们的物种多种性也相当丰富,例如理查德·阿克塞尔,因为在嗅觉方面的卓越研究而获得了2004年的诺贝尔奖,作者在进哥大医学院时与他交上了朋友,并对这位风趣慷慨极具好奇心的伙伴大加赞赏。不过如果理查德·阿克塞尔恰好是你的学术讲座中的听众,那么或许你对他的印象就没那么愉快了。
书中引用了另一位学者对他的描述:
阿克塞尔会坐在讲座听众席的第一排,认真听着台上传来的每一个字。后来他会以缓慢的语速、掂量过的用词、每一个音节都仔细清晰的发音提出一针见血的问题。他的问题总是直击报告的要害,解开报告人在数据或者论证方面的弱点。阿克塞尔提出的这些尖锐的问题,会让那些还没有在自己的科研中做得得心应手的人极其心烦意乱。
Sheldon的凝视。听这段描述,感觉就像是《生活大爆炸》中Sheldon最爱干的事。不过这位理查德教授在生活方面可要比Sheldon有趣得多。他酷爱歌剧,总拉着作者一起去看。但是却不买票,而是「执意要从连着车库的底层入口进入歌剧院」。
但不幸的是,或许是因为名声太响,或许是因为「劣迹斑斑」早已进入歌剧院的黑名单,所以引座员总能立马认出他来。不过倒也没有为难二位,还是放他们进去了。在欣赏美妙的演出时,作者时不时会冒出冷汗,担心「第二天《纽约时报》上会出现这样的头条:《两名哥大教授溜进大都会歌剧院被抓现行》」。不过理查德可毫不在意,下次继续如此行事。
科学家们满足了我们对「特立独行的科学怪人」的各种想象,那么电影中一不小心就会毁掉世界的那些生物实验们,又是怎样的面貌呢?和想象中高大上的各种基因实验、克隆实验不一样,作者与同行们所做的工作虽然非常重要,但是实验对象和过程却都平淡无害。
长枪乌贼,日料中的重要食材。(图源网络)在研究神经活动和记忆原理的进程中,海鲜们作出了巨大的贡献。例如为了研究神经细胞突触之间的信号传递,人们需要在神经细胞中插入传感器。可是大部分生物的神经细胞都太纤细了,无法植入实验设备。科学家们把眼光投向了海鲜市场:能够灵活控制触手的枪乌贼具有巨大的神经细胞,正是用来测量电位的绝佳对象。于是霍奇金和赫胥黎试着将玻璃微电极插入到枪乌贼的神经纤维中,测量静息电位和动作电位。而卡茨同样也没有放过枪乌贼,在开展突触囊泡研究时,他利用同样的优势发现了神经递质在突触间传递的秘密。
海兔是海蛞蝓的一种,和兔兔没啥亲缘关系。爱吃水草,爱开火车,长相差别很大,不知道图中的这只是海兔还是别的海蛞蝓。(图源见水印)随后,作者在螯虾身上也做了相似的实验,我们在纠结是吃麻辣还是吃十三香时,大洋彼岸的作者正在精心地分离小龙虾的神经轴突。在之后关于研究记忆的实验中,作者则选用了另一种海洋生物——海兔。这种软体动物不能吃,产卵时会生成像粉丝一样的卵群带,我国沿海区会将这些卵群带做成「海粉」,吃起来也和粉丝差不多。不过作者则是研究这种独特的产卵方式背后的基因机理,他发现如此复杂的产卵过程却是由一种氨基酸短链来引发的,这一发现在当时属于巨大的成就。而作者也正是凭借着对海兔的研究,获得了2000年的诺贝尔奖。
读完这本书后,我们再去吃海鲜的时候,看着那些美味的无脊椎动物,应该心怀一点敬意,感谢它们在神经研究中做出的重要贡献。
生物学课堂的回炉淬火
如果只是想把这本书作为饭后睡前消遣的读物,看一看科学家们的爱恨情仇,那你可能要失望了。这本书可不只是一本简单的回忆录,而是在严肃地讨论神经科学和脑科学的研究进展,部分章节相当烧脑。读起来让人好像又回到了高中的生物课堂,在静息电位、轴突、树突和离子通道中艰难探索神经传导的秘密。
不过也不用特别担心,即使是没有这些理论基础的读者,也可以尝试着去阅读这些章节。因为在发现这些理论之前,那些大科学家对它们了解的程度并不比我们多多少。他们提出种种理论,构造精巧的实验去验证,再艰难得出精进后的结果,正好可以帮助我们理解理论的来源和细节。于是我们也和这些科学家们一样紧张忐忑,在电信号和化学信号两种假说的对决中,不知道自己支持的观点能不能获得最终的胜利。
我最喜欢的部分是神经传导的机理:当我们在撸猫时,那种皮毛顺滑的感觉是如何快速传递到大脑,并引起愉悦的呢?早期的学者们认为这是灵魂感知的力量,但随着科学的进步,人们发现这是神经细胞在传递信息,这就将神经活动从「活力玄学」中解脱出来,开始走向实验分析的路子。
我们的大脑中拥有亿万计的神经元,它们构成的神经网络是思维活动的基础。(图源网络)科学家们又发现,肌肉抽搐是由神经细胞产生的电流引起的,电信号是神经细胞传递信息的方法。十九世纪的物理学家亥姆霍兹通过实验证明了这一点,这位卓越的学者在多个领域都颇有建树,我曾在热力学课堂上被他虐得死去活来,没想到这位大神在生物学界也呼风唤雨。他的这一发现引出了占据生物学界一百年的问题,那就是电信号如何产生,如何编码信息,又是如何传导的?
我们在读这些章节的时候,心情可不是看生物课本那么单调,而是和这些科学家们一样紧张,这些大佬们在面对未知问题时,想必也和我们一样忐忐忑忑,充满期待。
一本生物史,读出了侦探小说的感觉。
所以说这并不是一本读起来很容易的书,它的每一页都会让你回顾起生物课堂上的某个知识点。当我们和生物学界的先驱者们一起走完这段发现的旅程,再拿起高中小朋友的生物试卷,保准可以得高分。但这并不减少它在叙述上的精彩,我们读着生物学发展的历史,也在读着科学家们奋斗和失落的诸多瞬间。
书中有一段最为吸引我,那是在神经之间是通过电信号还是化学信号传导的「汤与电火花之争」章节中,当持电信号观点的科学家埃克尔斯发现越来越多的证据在挑战自己的学说时,他心情低落。但另一位科学哲学家波普尔说的一段话却让他茅塞顿开。波普尔认为,谁在争执中站到了错误解释一边并不重要,科学方法的最伟大之处就在于它有能力推翻一个假说。科学之所以能够前进,靠的就是这永无休止、精益求精的循环。
这是我听过的对「科学」最美妙的解释,科学的进步中充满了这样的循环,这大概也是读科技史的魅力之所在,我们不仅能够发现真相之美,也会发现在寻找真相的过程中,自我突破的勇气同样值得敬佩和赞赏。如果说攀登科学的高峰,和竞技体育一样是激动人心的事,那么这本书就相当于是一场精彩的球赛,或许规则你并不熟悉,但是却能体会到同样的兴奋与快乐。
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