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未来几十年会为我们带来什么呢？我的猜测或许非常愚蠢（如果前面的几百页有意义的话），但外科医生一向直言不讳。不过，我想先讲一个故事，关于人类最不同凡响的干预治疗方式之一。
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1982年7月，加利福尼亚州圣何塞的圣克拉拉谷医疗中心收治了一位40多岁的先生。他处于一种身体冻结但意识清醒的状态，身体僵硬得像一块板子一样，一动不动；虽然他的身体几乎没有反应，但将其收治入院的神经科医生威廉·朗斯顿（William Langston）感觉到，他可能处于正常的清醒状态。这真是一种神秘的医学现象：这位患者是如何在一夜之间突然“瘫痪”却没有丧失认知能力的？朗斯顿医生必须对此做出判断。[2]
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快速的身体检查排除了中风和紧张型精神分裂症。虽然患者无法移动四肢，但他的身体并非松软无力，而是僵硬的。实际上，患者可以被形容为“蜡样屈曲”，即检查人员可以将其手臂举过头顶，松手后，肢体会保持在原位。这不是感染，不是脑出血，也不是精神失常。医生从认识他的人当中得知，这些症状真的发生在一夜之间，仿佛出现了历史上第一位在一天之内就患上严重帕金森病的患者。
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通过仔细的调查工作和一些“讽刺的蛛丝马迹”，[3] 谜团迅速被破解。朗斯顿医生及其他医学调查人员收集了邻近城市的急诊室病例报告、警察报告、新闻媒体的警报，再加上很讽刺的“一点运气”，他们在湾区又发现了六例猝发帕金森病的患者。这七名患者具有一个明显的共同特征：他们都使用了一种新型“合成海洛因”。这种毒品在20世纪80年代早期的“特质毒品潮流”中，新近出现在加利福尼亚州北部的街头巷尾。
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问题是，这些悲惨折磨背后的致病因是什么？通过与执法机关以及“配合”工作的毒贩合作，科学家们获得了合成海洛因的样本，终于击中要害。他们发现了一批几乎完全由MPTP构成的劣质毒品（MPTP是一种在脏乱厨房或露营车里搞化学反应而产生的有害分子）。事实上，在制作合成海洛因的过程中，温度至关重要，如果（不那么）“可靠”的毒品贩子打破行规，故意破坏了海洛因的调制方法，就会生成一种对大脑特定部位有毒性的副产品。
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1983年，朗斯顿和同事们在《科学》杂志上发表了这一发现。研究表明，MPTP对大脑特定部位具有毒性。他们认为，这种分子对这个部位的破坏是导致帕金森病的原因。由于以前从未发现过类似帕金森病的动物模型，全美各地的研究人员都瞄准了MPTP，将其用作一种可以在实验室动物身上制造帕金森病的试剂。后来科学家发现，MPTP会分解成为另一种毒性更高的分子MPP+，这种分子会强力地破坏以多巴胺为主要“神经递质”的细胞，实际上就是向协调运动功能的大脑深处发送小型的化学“智能炸弹”。
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乔瓦尼·莫尔加尼关于疾病的位置和病因的突破性见解，改变了医生对器官在疾病中所扮演角色的理解。进入19世纪，科学家们尚未理解大脑的组成部分，但人们开始好奇颅骨的形状和大小在决定个人性格和能力方面的作用。德国医生总结出颅相学，这种伪科学认为骨骼特征和独特的头部轮廓可以帮助警惕的检查人员诊断心理问题。就像大多数甚至是现在的江湖医术一样，没人能证明颅相学不是错误的，但它确实开启了人们对大脑不同部位各有不同功能 的思考。
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菲尼亚斯·盖奇（Phineas Gage）是佛蒙特州的一名铁路工人，他在工作时受到了致命性颅脑损伤，身下地洞中炸出的铁路捣固杆穿过他的头部，又飞出80英尺。这件事发生在1848年。在没有什么医治方法的情况下，盖奇必死无疑。然而他活了下来。当地的医生接受过以那个时代而言不错的医学培训，明白伤口清创术是有用的，他小心翼翼地处理了盖奇外伤部位的组织。
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标枪大小的捣固杆从他的左眼下方进入，向上穿过头顶。令人惊讶的是，菲尼亚斯一开始还能说话，但几天之内，他就进入半昏迷状态，在死亡边缘徘徊。当地医生为他清除了血块和脓肿。当时距离抗生素问世还有将近一个世纪，盖奇的生死完全取决于其自身免疫力。他活了下来，失去了左眼，但更重要的是，他失去了原本的脾气秉性。
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菲尼亚斯·盖奇又活了十年，然而，原本性情温和、能够正常社交的他变成了一个性格极端的病人，“成日脏话连篇（他从前并没有这种习惯），丝毫不尊重同事，他自己的想法与人发生冲突时无法克制情绪，没有耐心听从劝告，有时顽固不化，有时又反复无常，想出未来的工作计划又旋即放弃，因为其他方案似乎更加可行”，他的医生在马萨诸塞州的一份医学出版物中这样写道。[4] 患者在短期内人格发生了巨大改变，而他并没有丧失肢体活动能力、语言能力以及信息处理的能力。我们显然可以得出这样的推论，位于眼睛上方的大脑“额叶”部位，与肢体活动、语言控制或者面部功能控制无关。菲尼亚斯·盖奇的病例甚至变成早期“病变案例研究”之一，这类患者的大脑特定部位损伤，恰恰揭示出该部位的功能。虽然几十年来，人们对“脑定位”（cerebral localization）的理解只停留在粗浅水平，但随着科学家们研发出更加准确的方法来深入研究大脑思维，“脑定位”这一概念将得到蓬勃发展。
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皮埃尔·保罗·布罗卡（Pierre Paul Broca，1824—1880年）是一位法国医生，在19世纪中期，他得到了整个巴黎最受人尊敬的一些执业医师的指导和培训，学成之后，他在病理学、外科学和解剖学方面均有实践。布罗卡生性酷爱调查研究，具有广泛的好奇心，全心致力于医学研究和文章发表。1861年，布罗卡被请到比塞特医院（Bicetre Hospital）为一名失语患者做检查。比塞特医院是巴黎市郊的一家精神病专科医院，布罗卡要评估的并不是精神病人，而是一名51岁的男性患者，他已经21年没有说过话了——除了“谭”（Tan）这个词，于是，人们都不叫他的名字路易·维克多·莱伯尼（Louis Victor Leborgne），而是为他取了个绰号叫“谭先生”。
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“谭先生”在比塞特医院住院的前十年里，只是无法说话。布罗卡后来在报告中写道：“智力似乎未受影响，精神和身体状况完好，反应灵敏……他一直尝试与人交流。”[5] 在遇到布罗卡之前的几年中，他的右半侧身体开始瘫痪，肢体上的坏疽使病情迅速发展到威胁生命的状态。即使生命走到了死亡边缘，莱伯尼还是能够与布罗卡互动交流。与往常一样，他唯一的言语表达就是“谭”，但布罗卡认为，他能够理解其他人的语言，按要求行事和记数字。
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保罗·布罗卡刚刚参加了巴黎人类学学会（Societe d’Anthropologie de Paris）的一个讲座，埃内斯特·奥伯廷（Ernest Aubertin）在讲座中介绍了屈勒里耶（Cullerier）先生的病例。这名患者试图朝着自己的前额开枪自杀，结果子弹击碎了头骨前部，露出了大脑，但惊人的是他并没有当场毙命。屈勒里耶被送往圣路易医院，在生命的最后几个小时中，他仍然可以说话。奥伯廷抓紧时间为患者做了检查，并进行了一个极不寻常的实验。后来他写道：“……由于我非常想知道，如果大脑受到挤压，语言能力会受到什么影响，我们用一块大压舌板从上向下、从前向后按压暴露在外的大脑部分。在一定的压力下，他的舌头似乎动弹不得，无法发音；我们突然加力按压后，患者不仅丧失了语言能力，而且话没说完就停止了。”[6] 奥伯廷对巴黎同行们说，大脑功能具有区域性 ；保罗·布罗卡开始思考，掌管语言的区域是否确实位于大脑前部。
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一周后，路易·维克多·莱伯尼（“谭先生”）过世了，布罗卡对其尸体进行了解剖，包括对大脑的解剖。在额叶靠近外侧沟（额叶与颞叶之间的大裂隙）的地方，布罗卡发现了一处孤立的梅毒病变，他推测这一位置便是语言生成区。
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他是对的。在人类历史上，科学家首次确定了人类大脑中的特定功能区域。时至今日，这一区域仍被称为“布罗卡区”（见彩插20.1）。这位巴黎医生的求知欲为认知神经科学 奠定了基础，并迅速开启了人们对大脑功能定位和偏侧性的真正理解。
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威廉·伦琴于1895年发现了X射线，宣告人类具备了窥见人体内部的能力。但X射线完全无法显示大脑的内部损伤。约翰斯·霍普金斯医院的沃尔特·丹迪（Walter Dandy）在1919年发明了“气脑造影术”，这是向大脑深处的中空脑室注入气体，然后在颅骨的X射线检查中观察骷髅状大脑轮廓的技术。但直到20世纪70年代，计算机断层扫描和磁共振成像才能无痛而准确地显示颅内结构。因此，从19世纪60年代到20世纪60年代，确定人脑功能区域的过程完全依靠对颅脑损伤患者进行尸体检查。真正解开大脑的秘密需要一种突破性技术，使神经科学家的目光转向单个脑细胞。这样医生才能理解那一团高深莫测的细胞，也就是大脑。
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约瑟夫·杰克逊·利斯特发明的消除色差的透镜极大地改善了显微镜技术，但更重要的是，现代化学的出现和染料的应用使组织变得鲜明可见，为研究细胞的组织学带来了巨大的进步。然而，神经组织不易染色，而且人们对脑细胞之间的接触和交流方式也争论不休。事实上，有些专家认为，大脑是由一个单细胞构成的单个器官，细胞自身如一大团毛发状纤维交织在一起，这就是“网状说”（reticular theory）。科学家每次尝试为神经组织染色都会在显微镜下看到一团乱糟糟的神经纤维，19世纪中期的那些组织学先驱显然被大脑搞糊涂了。
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威廉·珀金在1856年发现了苯胺紫（详见第八章），开启了合成染料工业，使服装制造业焕然一新，也为现代化学带来了翻天覆地的变化。不久后，德国的大学和企业在药理学、化学和制造业领域占据了世界市场的主导地位，所以发明新一代组织染色技术并让组织在显微镜下栩栩如生的研究者是位德国科学家，并不让人意外。奥托·戴特斯（Otto Deiters，1834—1863年）是最早看到，也知道自己看到了单个神经细胞的人之一，这位年轻的德国神经解剖学家在26岁时发明出一种神经细胞染色技术，能够在极高的放大倍率（300倍）下特别灵敏地筛出单个细胞。由于显微照相术尚未发明，戴特斯亲手画出了自己的发现。他画的图像明确显示，大脑和脊髓是由一个个细胞组成的，这些细胞以蜿蜒曲折的突触进行互动。他用细小的针头成功地分离出单个细胞，简直令人难以置信，[7] 但要弄清大脑中细胞之间的相互作用，则需要科学的奇迹。在显微镜下观察脑组织的横截面就像在看一碗意大利面，而试图认出单个神经细胞相当于追踪碗里的一根面条。或许戴特斯能够推导出答案，但遗憾的是，他在29岁时死于伤寒，过世时尚未完全发表他的研究，而我们也只能等待另一位研究人员来解开神经的秘密。
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卡米洛·戈尔吉（Camillo Golgi，1843—1926年）在伦巴第区紧邻瑞士边境的科尔泰诺出生长大。戈尔吉的父亲是当地医生。1860年，他遵循了父亲的职业足迹，南行前往帕维亚大学学医。尽管他在第一个十年中的学术成绩并不突出，但戈尔吉确实得到了心理学和组织学早期开拓者的指导，这激发了他对微观神经学的研究兴趣。在1 000千米之外，罗伯特·科赫正在开创性地利用显微镜研究细菌。与科赫和利斯特一样，戈尔吉后来在厨房的临时实验室中进行了自己最重要的研究。
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戈尔吉跟随一位重要的组织病理学家学会了分析技术之后，于1872年离开了帕维亚的舒适环境，前往位于米兰市郊的阿比亚泰格拉索（Abbiategrasso）。在接下来的三年中，戈尔吉发明出一种为神经细胞染色的新方法。他不断地改变着使用试剂的时机和顺序，直到迎来科学的重大发现时刻。戈尔吉在厨房实验室里尝试着各种混合物，他将一只狗的大脑样本埋入一块固体石蜡中。在那之前，他为了防止大脑腐烂，已经用福尔马林“固定”了组织。石蜡变硬之后，这位30岁的科学家将薄得几近透明的嗅球进行了切片处理。这一次，在1873年，卡米洛·戈尔吉首先将样本放入重铬酸钾，然后放入硝酸银。神秘的现象发生了，载玻片上只有少数神经元从银色染成了墨黑色，而其他区域为土黄色。直到今天，也没有人知道为什么只有少数几个神经元会对硝酸银产生反应，但这一结果却揭示出栖息于大脑中的单个神经细胞的真面目。通过对相邻的切片重复染色，样本的结构一目了然。在这个过程中，戈尔吉将其富有艺术性的手法发挥到了极致。[8]
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1875年，戈尔吉发表了一份令人惊叹的医学艺术品，向人们展示了哺乳动物嗅球神经细胞的柱状组织结构。他准确地描绘出神经细胞体及其树突部分的植物般布局，毕加索或达利的绘画也不会比这图像更有创意了。这种“黑色反应”现在称为戈尔吉法，至今仍然是神经组织染色的标准方法，[9] 戈尔吉也由此发表了世界上第一张神经元绘图。然而，戈尔吉却认为复杂的神经纤维突触就是单个神经细胞的全部，这无疑巩固了大脑组织结构的“网状说”。他当然是错误的。幸运的是，十年后一位富于想象力的西班牙医生看到了戈尔吉的杰作，从而开启了一项赢得诺贝尔奖的大脑结构研究。
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圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔（Santiago Ramón y Cajal，1852—1934年，见彩插20.2）在35岁时第一次看到戈尔吉的神经细胞染色法。他的父亲是萨拉戈萨的一名解剖学教师，但拉蒙-卡哈尔不愿与父亲一样学医。转折点是一次传奇的墓地历险，父亲恳请他在那里运用素描技巧绘出骨骼草图。[10] 这位极具天赋的艺术家（自称是一名性格腼腆、不善交际、神神秘秘的学生）[11] ，发现自己擅长绘画，适合做一名科学绘图师，于是才进入父亲任解剖学教师的医学院学习。作为一名年轻医生，拉蒙-卡哈尔在服军役时染上过疟疾，身体条件不适合行医，于是他转而研究组织学，这反倒更贴近其天生的内向性格。“我最终选择了严谨的组织学作为职业道路，一场享受宁静的旅程……［这样］我应该可以快乐地在属于自己的角落里思考生命的魅力……”[12]
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1887年，尚未忘记少年志向的中年医生拉蒙-卡哈尔看到了戈尔吉的细胞图，其技艺的魅力无疑征服了这个西班牙人。在接下来的半个世纪中，他详细地绘制出大脑和脊髓的外观，更重要的是，他解开了复杂的神经组织结构之谜（见彩插20.3、彩插20.4）。
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拉蒙-卡哈尔作品的艺术价值是没有争议的。他的科学绘图以其重要的艺术价值和学术意义传遍了各大洲。就像维萨里在《人体构造论》中呈现出夺目的视觉效果，拉蒙-卡哈尔的作品也十分精美，但因为他在表现一种关于神经元结构的想法 ，所以这些图示传达出的真实性，在任何单张显微镜载玻片上都无法证明。从这个角度看来，艺术表现力和想象力甚至比照片的捕捉能力更为重要。
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拉蒙-卡哈尔的艺术表现精美绝伦，同时他的科学发现为我们打开了通往神经科学这一新领域的大门。戈尔吉是神经染色的先驱者，而拉蒙-卡哈尔的创新则将这一领域带到了前所未有的高度。戈尔吉相信大脑的网状说，而拉蒙-卡哈尔能够证明大脑是由亿万个神经细胞构成的。人们普遍认为，大脑是由一千亿个细胞组成的，每个脑细胞都能够与成千上万个其他细胞相连。毋庸置疑，拉蒙-卡哈尔是神经科学之父，这位巨匠为展示神经在大脑、脊髓和身体中的惊人游走路径铺平了道路。
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