神经科学需要牛顿吗?

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


上周末,我读了一篇《纽约客》上的有趣文章。这是当前大量文章中的又一篇,它们(理所当然地!)警告我们提防神经科学炒作。它引用了《纽约时报》最近的另一篇文章,这篇文章提到了那些反击“创意如何运作”(正确答案:这非常复杂,我们也不知道)以及新闻中大肆宣传的、无处不在的功能性磁共振成像研究的人们(我承认自己也犯过一些这样的错误,尽管我非常努力地保持怀疑态度)。这两篇文章都提到了优秀的 Neuroskeptic Neurocritic(尽管可悲的是,《纽约时报》没有给他们应得的链接)。而且这两篇文章都警告说,神经科学比“扑克牌对你的大脑的影响”这种哗众取宠的东西更深刻、更优秀。

我特别喜欢《纽约客》的文章,因为它清楚地说明了人脑的不可思议的复杂性。

然而,大脑很少以这种方式工作。大脑所做的最有趣的事情大多涉及许多不同的组织协同工作。说情绪在大脑杏仁核中,或者说决策在前额叶皮层中,充其量只是一种简写,而且是一种误导性的简写。例如,不同的情绪依赖于神经基质的不同组合。理解句子的行为可能涉及布罗卡区(他们可能在大学里告诉过你的大脑左侧与语言相关的区域),但它也利用颞叶中分析声音信号的部分大脑,以及感觉运动皮层和基底神经节的一部分也会变得活跃。(在先天性盲人中,部分视觉皮层也起作用。)这不是一个点,而是许多点,其中一些点可能不太活跃但仍然至关重要,真正重要的是庞大的神经组织网络如何协同工作。

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我喜欢这一点,我保证我会在我写的每一篇关于功能性磁共振成像的文章中都加入类似的内容,以使其真正清晰(读者们,如果我没做到,请抓住我并对我大喊大叫!)。我们神经科学家经常忽略提及这类事情。我们从理智上知道,当您看到一项研究显示,在吸毒成瘾者中,与毒品相关的线索会导致纹状体“活动”时,他们正在过滤掉其他活动。枕叶中因看到与毒品相关的线索而产生的活动。来自机器声音和他们躺在上面的垫子触觉的感觉活动。在丘脑、胼胝体和更高级区域进行的、高度整合的活动,以处理所有感官信息。以及在“较低”水平(如脑桥、延髓和其他区域)不断进行的活动,以保持您的心脏跳动、肺部呼吸。我们从理智上都知道这一切,而且说出来需要很长时间,所以我们只是……忽略它,专注于重要的发现,就像论文的作者通常所做的那样。只要您牢记这一点,就不是坏事。但大多数读者不是科学家,不知道说“某某人在专注于冰毒烟斗时,纹状体活动更高”是对正在发生的事情的一种简化看法。

所以我真的很喜欢这些文章,我很高兴有很多神经批评家和怀疑论者站出来指出炒作(即使他们指出我,因为我通常是罪有应得的)。我感到惊讶的是,竟然有人会因为对一些草率研究的草率报道而想要放弃神经科学。我们知道我们可以做得更好的报道,以及更好的研究。但我确实觉得颇具讽刺意味的是,《纽约客》的文章如此强调神经科学知识的差距

科学家们仍在努力构建关于个体神经元阵列如何关联[到]复杂行为的理论,即使在原则上也是如此。神经科学尚未找到自己的牛顿,更不用说爱因斯坦了。

从警告过度简化,以及提醒人们注意复杂性,到哀叹缺乏神经科学的“爱因斯坦”。我确信作者真正想表达的是,例如,某位“神经科学爱因斯坦”弄清楚所有个体神经元网络如何产生所有相应的行为,但是……即使这样也真的没有意义。寻求神经科学的牛顿(头韵听起来更好),就是在追求作者现在正在抗议的同一种过度简化。我不认为作者的意思是我们应该寻求神经科学的牛顿,相反,他是在评论神经科学尚未有很多答案,但我们应该这样做吗?神经科学需要牛顿吗?

我个人认为这种概念是不可能的。物理学、数学,这些都是简单、优雅的领域。当归结为物理学和数学的最基本原理时,粒子如果在某些条件下以一种方式表现,将永远以这种方式表现。一个公式一旦有效,将永远再次有效。在物理学和数学的基础中,存在将持续存在的统一思想和理论。存在基本原则。但神经科学并非如此优雅。当然,存在基本原则,但它们无法按比例放大。神经递质可能总是作用于一种类型的受体,但有多少神经递质?有多少受体?受体位于哪些神经元上?有多少?神经元的类型是什么?它们去哪里?那些神经元接触的神经元又去哪里?在到达那里之前,他们与谁接触?受体本身是否已发生改变、脱敏或刺激不足?改变一个或几个这些变量,这很简单。但改变所有这些变量。每一次都改变。对于每一个连接都改变。

如果存在神经科学的牛顿,那么他们存在于我们最初发现构建模块的时候。拉蒙·卡哈尔,他首先将神经元描述为神经系统的基本单元。弗里尔,他表明大脑的某些部分与运动活动相关。还有许多其他人。但即使这些人也不是真正的神经科学牛顿。他们不是,因为随着我们获得越来越多关于大脑的知识,我们能够看到:没有关于大脑的统一理论。我不认为我们将永远能够从随机的神经元网络中预测行为的总体产生。是的,我们将能够展示特定的神经元网络做什么。我们将能够详细说明(希望在不久的将来!),特定网络如何相互作用,它们如何响应刺激而变化,以及它们如何产生行为。我们将能够展示(并且已经能够展示)通过表观遗传机制修改 DNA 如何改变神经元的“行为”。我们能够展示某些受体修饰如何改变行为,如何改变回路。我们可以利用不断增长的知识库来设计新的疗法,将新药或旧药应用于新问题。

最后,神经科学需要自己的牛顿吗?我真的不认为需要。神经科学没有一个站在巨人肩膀上的牛顿,而是有成千上万的人(仅每年参加神经科学学会会议的人数就超过 30,000 人),每个人都在解决他们自己的谜题。每个人都在特定的条件下弄清楚什么是真,什么不是真,什么是改变了,什么没有改变。如果神经科学的发现不应在其描述中被简化,那么神经科学作为一个学科也不应被简化。我们的领域是复杂的,在我们对大脑有一个完整的认识之前,必须将数百万个小真理汇集在一起​​。对于这数百万个小真理,您将需要数百万个小科学家。

Scicurious has a PhD in Physiology from a Southern institution. She has a Bachelor of Arts in Philosophy and a Bachelor of Science in Biology from another respected Southern institution. She is currently a post-doctoral researcher at a celebrated institution that is very fancy and somewhere else. Her professional interests are in neurophysiology and psychiatric disorders. She recently obtained her PhD and is pursuing her love of science and writing at the same time. She often blogs in the third person. For more information about Scicurious and to view her recent award and activities, please see her CV ( http://scientopia.org/blogs/scicurious/a-scicurious-cv/)

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