额叶皮层和高级情绪

达尔文认为人的心智中依然存有其低等祖先的痕迹，最基本的情绪就是其中之一。人拥有有别于动物的控制冲动的能力，但是一旦当人的高级脑结构失常，就有可能兽性大发，危害自己和他人。

约翰·休林斯·杰克逊是达尔文学说的信徒，他认为脑在进化过程中保留了旧的结构。因此他认为理性思维代表了脑的一种新的、特异化的进步，这和快速崛起的大脑皮层有关；而像暴怒之类的自动动作则是较为原始的功能，由脑的低等部位负责。他认为疯狂就是因为失去了对低级中枢的高层控制，例如由于高级中枢受到损伤、癫痫发作或是酩酊大醉。和动物比起来，最晚发展起来、也远大于其他动物的前额叶皮层自然就成了这种高级控制中枢的候选者。布罗卡就猜测过：“最高级的皮层组织……位于额叶，而颞叶、顶叶和枕叶则适用于情感、爱好和情绪。”但是这样的猜想有没有根据呢？

前额叶皮层损伤对人的高级情绪和性格造成严重影响的第一个也是历史上最著名的一个病例是19世纪中叶美国修建铁路的一个工头盖奇（Phineas Gage）。

1848年9月中旬，美国《波士顿邮报》（The Boston Globe）刊载了一条当地新闻——“可怕的事故”，全文如下：

图4-7　盖奇手持那根穿过他头颅的铁棒的照片。

昨天，当一位在卡文迪许铁路工地上工作的工头盖奇在准备爆破时，炸药爆炸了。爆炸力使他当时正在使用的一根周长约0.03米、长约1.1米的铁器穿过他的头颅。铁棒穿过他的颧骨和左眼底从头顶穿了出来。在这个悲剧中最令人惊奇的事是，直到今天下午两点为止，他还活着，神志清醒，而且也不感到疼痛。

这条报道中仅有一处错误，0.03米不是铁棒的周长，而是它的直径。为了使读者对盖奇所受的伤口和铁棒的大小有一个直观的概念，我们在图4-7里面给出了盖奇手持铁棒的照片，而图4-8则是当铁棒穿过盖奇头颅时对颅骨和脑所造成的损伤的示意图。

图4-8　铁棒穿过盖奇头颅时的复原图。左图：铁棒穿过盖奇颅骨的示意图；右图：铁棒对盖奇所造成的脑损伤的示意图。

工人们用马车送他到卡文迪许镇治安官亚当斯（Joseph Adams）先生所经营的一家旅馆。尽管满脸是血，头上还有一个大洞，他居然直坐在车上，到旅馆后几乎没让伙伴们搀扶就下了车，走到阳台上坐了下来，还和聚集在他周围的一小群人讲了他的遭遇。下午5点左右，也就是事故发生一个多小时之后，亚当斯先生派人去请的哈洛（John Martyn Harlow）医生的年轻同事威廉斯（Edward Higginson Williams）医生才匆匆赶到。盖奇居然还和医生打招呼说：“医生，这可有得您干的了。”并说希望几天后还能上班。后来威廉斯医生回忆当时的情景：

在我从车上下来之前，我一眼就注意到了他头上的伤口，脑部有明显的搏动。有一些伤情在我对他头部做检查以前，还不好说。头顶的伤口多少有点像一只倒置的漏斗，我发现这是因为他伤口四周5厘米内的头骨都破碎了。我在上面应该已经提到过，在颅骨和头皮上洞的直径差不多有3.8厘米那么大。孔的边缘外翻，整个伤口看上去就好像某个楔形物从下向上穿出来。在我检查盖奇先生的伤口时，他的态度就好像受伤的是旁人似的，他讲话神志非常清楚并且有问必答，所以我就直接问他，而不去问发生事故时和他一起在现场的工友们，这些人当时就在他身边站着。接着盖奇先生又告诉我接下来的情况。我可以打包票说，无论是在当时还是在以后，除了有一次以外，我都认为他是完全理智的。我所讲的唯一的一次例外是事故发生大约两星期后，他一直把我称为柯温（John Kirwin），但是他对我问的所有问题，回答都准确无误。

在威廉斯上面的这段话里，有一点值得注意，但当时并未引起人们应有的重视：这就是盖奇“异常”冷静，他对医生讲他的遭遇就像是在说和他无关的人一样；另外，他还非常理智。事实上，盖奇的这些特点后来在其他一些前额叶损伤的病人身上也一再表现出来，联系到所有这些病人都不再善于做计划和处理与自己利害攸关的问题，人们认识到情感和理性并不像以前大家认为的那样水火不相容。情感对于理性决策可能起到至关重要的作用。

哈洛医生在傍晚6点才赶到，他帮助盖奇回到自己的房间，清洗了伤口，并把手指从头顶上的伤口处伸进去以确保颅内不再有骨头的碎屑，并简单地包扎了一下。今天我们所知道的关于这件医学奇迹的故事大多来自哈洛医生后来发表的两篇文章。哈洛医生发现盖奇大脑左半球的前面部分几乎都被损毁了，他后来记述道：

（铁棒）穿过头颅，经过大脑的左前叶，从脑内侧面矢状缝和冠状缝的结点处穿出来，毁坏了矢状窦（longitudinal sinus），顶骨和额骨大面积粉碎，毁坏了很大一部分脑，并使几乎半个左眼球从眼窝里突了出来。

虽然几经危急，盖奇在一个月后终于没有生命危险了。他回家休养了几个月，盖奇觉得自己已经康复而可以再去上班了。虽然左眼瞎了，但是右眼的视力依旧正常，其他感觉也都正常。智力方面虽受到一些影响，但在说话和行动方面都没有问题。工地的包工头没有让他再做原来的工作，问题并不出在他体力不支或是缺乏技术，而只是因为他性格大变。以前盖奇是工地上最能干的一名工头，待人和善、精力充沛、头脑清楚、做事稳重，对所有自己制定的计划都坚持不懈直到完成。他被大家看成是一位精明而有经济头脑的人，在上司的眼中是“最为高效和能干”的员工。但是自从那次事故以后，他在性格、好恶、梦想、志向和情绪的稳定性方面都发生了极大的改变，因此尽管他的肉体还活得很好，但是活着的已经是完全不一样的一个新人了。哈洛医生是这样描述他在心理方面发生的巨大变化的：

这样说吧！他在理性和动物本性之间的平衡似乎已被打破。他反复无常，无礼，不时表现得极为粗野（他以前可不是这样），对同伴缺乏起码的尊重，对他的要求如果不予满足或者进行劝告，他就极不耐烦，既固执又变化无常和犹豫不决，刚想好要怎么做，马上又放弃了，而想出似乎更好的其他行动。他的智力和表现就像一个小孩，他虽然是一位强壮的男子汉，却充满着兽性。在他受伤以前，尽管他并没有受过多少教育，但头脑清楚，了解他的人都认为他是一个精明的生意人，在执行自己的计划方面充满活力又坚持不懈。他的头脑在这些方面完全变了，因此他的朋友和熟人都断然认为他“不再是原来的盖奇了”。

在失去工地工头的职位后，他在一个养马场里工作了一段时间，因为行事乖张、不守纪律而遭解雇。巴洛医生说他“老是找一些他不能胜任的事来做”。4年之后，他又到南美洲浪迹8年，之后回到加利福尼亚他母亲处，什么工作都做不长，1861年终于因癫痫发作持续不断而驾鹤西去。由于当时正值美国南北战争期间，消息不畅，哈洛医生根本不知道他的死讯，因此当时并未做任何尸检。哈洛医生是在5年以后才知道噩耗的，他为失去研究盖奇脑的机会而懊恼不已。不过后来盖奇的母亲答应哈洛把他的尸体重新挖出来，并让他保存盖奇的颅骨和那根铁棒以作为这件医学奇案的物证。现在这些东西都还保存在哈佛医学院的瓦伦医学博物馆里。

盖奇的故事是悲剧性的，但是对盖奇的治疗、观察和报道却成就了哈洛医生，成为他一生事业的闪光点。他正确地指出了盖奇行为上所表现出来的剧变是特定脑区损伤的后果，而不是事故所产生的总体反应，这在当时可以说是很大胆的。哈洛医生的断言很可能与其接受过某些脑功能定位思想有关，1842年，在这场事故发生以前，颅相学家赛泽（Nelson Sizer）访问卡文迪许，在那里作过有关颅相学的讲演，而哈洛医生正参与了接待工作。令人颇感遗憾的是，由于上面所述的种种原因，哈洛未能对盖奇的脑做尸检，因此他不能精确地说出盖奇脑损伤的部位，而且盖奇的症状牵涉情绪、决策、做计划和社会行为等复杂功能，这就使得要把问题讲清楚更为困难，这点我们不能过于苛求前人。要知道布罗卡对病人做尸检发现以他的名字命名的语言区是后来的事（1861年），而通过实验证实运动区的存在更是1870年的事了。⁽⁴⁾

由于没有能对盖奇的脑进行解剖研究，现在很难确切地知道他的脑究竟有哪些部位受到损伤，只能根据他的颅骨得到一个大致的概念。很明显，他的额叶皮层受到了极大的损伤，但是他脑中的布罗卡区、运动皮层和前运动皮层有没有受到损伤呢？如果这些区域也受到了损伤的话，那么为什么在他的行为中没有表现出来呢？这些问题成了争论的话题。一直到120多年以后，人们运用新技术才最终部分回答了这些问题。

安东尼奥·达马西奥的妻子汉娜·达马西奥（Hanna Damasio）要她的朋友到瓦伦博物馆去对盖奇的颅骨从各种不同的角度拍照，并且测量了头顶上的洞到颅骨各个标志点的距离。根据这些资料，她和她的同事重建了盖奇头颅的三维立体模型，并且根据现代神经解剖学的知识，确定了一个最能和这个颅骨匹配的脑的解剖模型，他们还根据颅骨上的伤口在计算机上模拟了那根铁棒穿过盖奇头颅时的路径。他们的研究表明铁棒从左侧颧骨处穿入，向上通过左眼眶，首先损伤了眶额叶区域，然后穿过脑中线附近的额叶，损伤了左额叶皮层的内表面（或许也损伤到右额叶皮层），最后在从颅骨中穿出之前，铁棒还损伤了某些左额叶皮层的背侧部分（或许也损伤到右额叶皮层的背侧部分）。由于脑的结构在细节上因人而异，因此损伤的细节已不可能完全确定，但是大的部位还是可以确定的，盖奇脑的语言和运动部位毫发无损。也可以确定盖奇脑的腹内侧前额叶完全被损毁了，以后的研究表明正是脑的这一部位对人的决策至关紧要。

这一事故第一次明确提示我们，原来当时人们对其功能一无所知的前额叶皮层虽然和感觉或运动没有直接的关系，但是却和个性、做计划、决策、社会礼仪、责任心、为自己的长远利益采取适当行动等脑的最为复杂的高级功能有关，对正确地评估事情的重要性以及控制情绪反应等都起着至关紧要的作用。盖奇伤后表现出来的横行霸道、暴躁易怒提示前额叶皮层对情绪控制也有着重要的作用。特别是眶额叶皮层和社会性动物的高级情绪，如骄傲、窘困和社会礼仪等有关。盖奇伤后满口爆粗使得女士们看到他唯恐避之不及，就是一个例证。

盖奇的症状也为后来一系列额叶皮层受枪伤或有肿瘤侵袭的病人所证实。最近安东尼奥·达马西奥对双侧眶额叶皮层受到损伤的病人做实验。他让他们看有强烈情绪刺激的图片，例如残缺不全的尸体或是裸体画，结果他们的皮肤电导并不发生任何变化，而对正常人做同样的实验则他们的皮肤电导大大增大。这说明眶额叶皮层受损的病人对情绪刺激并不产生躯体反应。在让他们做赌博实验时，眶额叶皮层受损的病人对输钱也无动于衷。所有这些实验结果都表明眶额叶皮层对我们评价自己动作的价值，以及把情绪和理智、决策等认知过程联系起来起着关键的作用。他亲自观察并跟踪随访了十几位这样的病人，由于技术的发展，他不需要等病人过世后进行尸检就能知道究竟是脑的哪个部位受到了损伤，现代的脑成像技术可以立刻就把病人的症状和其脑损伤联系在一起。这些病人使他回想起盖奇的故事，激发了他研究情绪和理智的关系问题。他是这样回忆的：

虽然我已记不清究竟是什么激发了我对理智的神经机制的兴趣，但是我确实知道从什么时候起我就深信有关理智本质的传统观点是不对的。从我童年时起，我就一直被教导说只有冷静的头脑才能作出明智的决定，情感和理性就像油和水一样互不相容。在我成长的过程中，听到想到的都是理性由心智中不容情绪介入的部分产生，而当我把脑作为心智的基础来加以考虑的时候，我想理性和情绪应该由神经系统中的不同部位来负责。对理性与情绪之间的关系的观点，不论用心智的术语来说，还是用神经的术语来说，都是广泛流行的。

但是现在我目睹了您可能想象不到的最最冷静而极少带有情绪的睿智的病人，他实际上表现得非常缺乏理性，在日常生活中行事乖张，一个接着一个地犯错误，做出了既与社会规范不相容又对己不利的行为。他曾经有过健全的心智，直到神经性的疾病侵害到他脑的某个特殊部位，导致他在决策方面逐渐表现出严重缺陷。他是否还算理智？对他所做的常规检查都显示他没有问题。他具备必要的知识、注意力和记忆，他的语言能力无懈可击，他能计算，也能处理抽象问题中的逻辑关系。伴随他难于决策的只有另一个显著的问题，这就是在体验感受的能力方面发生了明显变化。特定的脑损伤同时对理智和情感两方面都产生了问题，这种相关性使我认为感受也是理智机制的一个组成成分。我对大量的神经病人做了20多年的临床和实验工作，这使我得以把上述观察一再重复，并最终把这些线索变成了一个可加检验的假设。

安东尼奥·达马西奥在这里提到的病人正是埃利奥特（Elliott），有关他的故事在拙作《脑科学的新故事》一书中已经有了相当详细的介绍，而且他是现代版的盖奇，既然上面我们已对盖奇的故事作了相当详细的介绍，因此为了避免重复，在这里就不再介绍埃利奥特的故事了，有兴趣的读者可以读一读安东尼奥·达马西奥的原作《笛卡儿的错误：情绪、理性和人脑》（Descartes' Error: Emotion, Reason and the Human Brain）⁽⁵⁾和《寻找斯宾诺莎》（Looking for Spinoza）。

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(1) 詹姆斯—朗厄理论的另一称法。

(2) 根据普希金的同名小说改编而成。内容是老伯爵夫人有每赌必赢的秘诀，一个赌徒晚上闯入伯爵夫人的卧室逼迫伯爵夫人告诉他这个秘诀，伯爵夫人因惊恐致死。赌徒用这个秘诀开始大赢，但是最后一局却在牌中看到了伯爵夫人，并大输特输。

(3) 事实上，勒杜把情绪说成神经系统为了帮助动物在危险的环境中存活和繁衍而进化出来的在脑中有回路基础的生物学功能。情绪系统负责恐惧、性和进食行为。而感受则是有意识心智的产物，这是我们给无意识情绪所打上的标记。

(4) 相关故事请参看拙作《脑海探秘：人类怎样认识自己》，上海科学技术出版社，2014。

(5) 有人把这儿的reason译成“推理”是不对的，虽然在reason的众多释义中也确实有“推理”这一条。正如语法修辞大师吕叔湘先生在他写给英语学习者的《中国人学英语》一书中开宗明义之句：“英语不是汉语”，在英语和汉语的词汇之间并不存在一一对应关系，而需要从上下文中挑选最能反映作者真实意图的释义。