在佛罗里达州基韦斯特海明威故居,你会发现凤梨科植物和海枣树、一艘手工制作的木制游艇和一个地面游泳池——在建造时,这是方圆 100 英里内唯一的游泳池。你还会发现大约 50 只猫,其中大多数前爪有六个脚趾而不是五个。传说,在当地酒吧度过一个醉醺醺的夜晚后,海明威从一位滞留的船长那里得到了它们的六趾祖先“白雪公主”。在公海上,这些所谓的六趾猫因其卓越的平衡性和无与伦比的捕鼠能力而备受珍视。“白雪公主”和与她类似的猫也突出了神经科学中的一个重要概念:发育中的大脑足够灵活,可以连接到它所依附的任何身体——即使这个身体比“典型”身体更复杂。
这种令人惊叹的灵活性帮助大脑将动物之间非凡的身体变异性——在体型、形状和形态方面——转化为它们行为和能力的可变性。没有它,动物将无法实现变异性带来的适应性优势。例如,古代长颈鹿的脖子较长,具有能够吃到更高树叶的优势,因此将这一特征传给了后代。但是,如果它们的大脑无法适应控制它,那么脖子就毫无用处。同样,如果迈克尔·菲尔普斯无法学会使用他超大的翼展和脚,他就永远不会赢得 23 枚金牌。
大脑的灵活性有极限吗?答案可能取决于你何时提出这个问题。例如,某些行为和能力——例如语言和双目视觉的某些方面——必须在儿童早期的关键时期学习。随着年龄的增长,现有神经元形成新连接变得更加困难,你变得更加“硬连线”。
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但这个事实并没有告诉我们新大脑可能有多灵活——或者一个大脑可以控制多大和多复杂的动物。毕竟,即使是雷龙(欢迎回来,姗姗来迟),长 72 英尺,重达数万磅,也只有一个大脑。因为了解大脑的极限可能有助于我们超越它们,所以神经科学的一些登月计划——从脊髓损伤后恢复运动到用意念操作机械肢体——都专注于大脑灵活性的极限,这不足为奇。但是我们如何研究这些极限呢?事实证明,基韦斯特的捕鼠专家提供了一个线索。
在最近发表在《自然·通讯》上的一篇激动人心的论文中,研究人员着手研究长有额外手指的人的能力。这种情况称为多指畸形,大约每 1000 名新生儿中就有 2 例发生。但是,由于额外的手指通常不被认为是功能性的——也许还因为与不寻常的身体特征相关的污名——它们通常会被移除。然而,情况并非总是如此:有些人患有多指畸形,但决定不切除额外的手指。通过研究一对母子,他们选择保留左手和右手的第六根手指,研究人员对它的功能进行了一系列发现。这些发现说明了大脑和身体具有非凡的灵活性,并表明生物变异性应该受到赞扬而不是鄙视。
第一个发现是解剖学上的:第六根手指——在母亲和儿子身上都是如此——并没有与其邻居共享材料,而是有自己的肌肉、神经和肌腱。它具有与其他手指相当的力量和运动独立性。
第六根手指是如何变得功能性的?从代议制民主的机制中吸取教训:随着人口的迁移和增长,新的选区出现,但只有当这些选区在华盛顿特区有代表时,它们才能在国会中获得发言权。同样,随着你的大脑生长和发育,它会构建你身体的“地图”。你无法感觉到或移动未在此地图上表示的身体部位。因此,母亲和儿子可以移动第六根手指的发现促使研究人员深入研究这根手指在大脑中的表示方式。
科学家们发现,每个受试者的六根手指都由大脑运动皮层的不同区域表示。与这些发现一致的是,受试者知道所有六个手指在空间中的位置,即使他们看不到自己的手。最后,研究人员使用巧妙设计的视频游戏表明,六指受试者可以用一只手完成大多数人需要双手才能完成的任务。总之,这些发现表明,大脑并非硬连线为五根手指,而是可以预见地代表身体上可能出现的任意数量的手指。对于喜欢冷知识的人来说,现有的手指数量记录保持者是一位印度木匠,他有 14 根手指和 14 根脚趾,并且,据推测,有一个非常有趣的大脑。
虽然目前的研究仅限于两名受试者,但其意义仍然深远。人们已经花费了大量精力来理解幻肢综合征,但这项研究是首次阐明相反现象的研究之一。在这方面,它是科学家试图在思想和机器之间构建接口的基础性工作。第六根手指可以转移和扩展手的功能的明确证明,有力地论证了人脑控制比人体更复杂的机器的能力。换句话说,如果大脑的灵活性存在限制,这项研究并没有发现它。
对多指手及其控制它们的大脑的调查是对研究不寻常事物的优势的案例研究。科学家们煞费苦心地进行控制和标准化:例如,特定药物的效力可能在几乎相同的实验小鼠中确定。但也有少数人追逐异域和异常现象:热感应蝰蛇、适应寒冷的章鱼,或者像本例中一样,额外的手指。为了理解研究不寻常事物的优势,有必要反思成为不寻常事物的优势:如果传说可信,那么猫捉老鼠的公海游戏最终没有偏向老鼠,而是偏向了海明威的超数猫。