爱因斯坦的大脑:洞悉天才的根源

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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


自从爱因斯坦于 1955 年去世以来,科学家们一直在探究他大脑的哪些特征促成了他对物理定律的非凡洞察力。

对爱因斯坦天才解剖学的研究受阻,因为许多尸检图像以及随后解剖的器官组织切片对研究人员来说是不可用的。 故事很复杂,事实上,爱因斯坦大脑的命运已经提供了足够的轶事素材,可以创作出许多畅销书

除了人类戏剧之外,科学家们近年来还发现了一些特殊的属性。 爱因斯坦顶叶的大小和结构,与处理空间关系和数字有关,似乎与他的数学能力有关。


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现在,Brain 杂志上发表的一项新研究,基于迄今为止汇编的最全面的尸检图像集,表明爱因斯坦的大脑皮层,负责更高级别的心理过程,与普通智力的普通人相比,差异远比之前认为的要大得多。 事实上,该论文首次公布了相对论之父大脑的“路线图”,这些照片拍摄了由托马斯·哈维在宾夕法尼亚大学进行的尸检中解剖的 240 块组织。

以下是对佛罗里达州立大学著名人类学家兼首席研究员迪恩·福尔克的编辑采访。

你在研究中发现了什么?

虽然爱因斯坦的大脑尺寸正常,并且其整体不对称形状对于惯用右手的男性来说是正常的,但大脑皮层外表面上的脑回模式在不同脑叶的特定区域非常复杂。

为什么这些脑回很重要?

大脑皮层,即大脑的外部部分,非常重要,因为我们人类在那里进行更高层次的意识思考。 它是大脑中最先进的区域。 随着我们祖先的大脑体积增大,皮层中出现了更多脑回的趋势。 脑回是在像头骨这样的封闭容器中增加大脑体积的一种方式。 脑回也很重要,因为它们可能表明大脑表面下连接的程度。 在某些情况下,划分脑回的沟槽,即脑沟,甚至可能定义特定的功能区域。

爱因斯坦大脑中特殊的脑回是否为他的特殊认知天赋提供了任何线索?

我们将他的大脑与文献中描述的 85 个正常大脑的大脑皮层进行了比较。 有时我们能够做出合理的推测。 例如,爱因斯坦拥有非凡的前额叶皮层,就在额头后面,这揭示了复杂的脑回模式。

我们从灵长类动物的比较研究中了解到,大脑的这一部分在人科动物进化过程中变得高度专门化。 我们也知道,在人类中,这个区域在需要工作记忆、制定计划、实现计划、担忧、思考未来和想象情景等更高认知功能中发挥作用。 它是大脑中一个非常进化的部分,与大脑表面下神经元之间的连接有关。 我们假设我们在爱因斯坦的大脑中看到的是这些连接的复杂性。

为什么花了 50 多年才达到这个程度?

只有少数研究,而且这些研究中只包含了几张照片。 我知道应该有很多其他照片,但我无法拿到它们。 我尝试过,但直到最近,大门才敞开。 所以这非常令人沮丧。 发生的事情是,大脑被采集后,幻灯片和照片被分发给少数科学家,但实际上很多都丢失了。 事实上,大部分材料仍然下落不明。

罗伯特·伍德·约翰逊医学院的弗雷德·莱波雷 [Fred Lepore] 决定尝试找到丢失的照片,这让他找到了采集大脑的病理学家 [哈维] 的家人。 事实证明,这个家庭拥有一大批珍贵的材料,他们慷慨地捐赠给了国家健康与医学博物馆。 这实现了哈维本人的目标以及爱因斯坦家人的愿望。

以前有没有研究观察过爱因斯坦的大脑,并发现一些看起来有趣的特征?

其他研究观察了大脑皮层的非常有限的部分,并发现了一些非凡的特征。 我们所做的是观察整个大脑皮层,并识别出大脑许多部分中非凡的特征。 例如,我们的发现之一是顶叶的某些部分高度不对称。 桑德拉·威特尔森 [Sandra Witelson] 早期对爱因斯坦大脑的研究正确地指出,顶叶对于数学和视觉空间能力非常重要,这后来已在功能成像研究中得到证实。

爱因斯坦的顶叶不对称性非常引人注目。 我试图在文献中找到一些可以解释右侧上顶小叶 [顶叶的一部分] 的巨大尺寸,并阐明它与左侧对应物有何不同的地方。 虽然有一些暗示性的报告,但我认为文献尚未达到那个程度。 我想了解正常人大脑两侧该区域的不同功能。 爱因斯坦大脑中引人注目的顶叶不对称性可能与他非凡的数学和视觉空间思维有关,正如威特尔森 [麦克马斯特大学] 和她的同事所暗示的那样。

您是一位著名的人类学家,在霍比特人化石方面做了很多著名的工作。 是什么让您对爱因斯坦的大脑感兴趣?

我对人科动物大脑的进化很感兴趣,所以我一直关注外部大脑皮层,因为你可以获得这方面的化石证据,但没有内部的。 如果不研究活着的灵长类动物和人类的大脑皮层,你就无法进行人科动物大脑进化的研究。 我开始对爱因斯坦的大脑皮层感兴趣,因为来自功能性脑成像文献的已发表研究向我暗示,爱因斯坦右额叶中的一个特殊隆起与他小时候接受的小提琴强化训练有关。

这让我对爱因斯坦的大脑非常感兴趣,并希望看到它的其余部分。 一旦我们最终获得了丢失的照片,我意识到我们可以看到并因此描述整个大脑皮层,这就是本文的内容。 花了很长时间才识别出所有的沟槽和脑回,因为我必须在爱因斯坦大脑的不同视图之间进行视觉旋转,以确保我的识别在各个视图中是一致的。 有些人在视觉空间旋转方面很有天赋,但我不是,所以这是一项艰苦的工作。

还有其他不寻常的地方吗?

关于爱因斯坦大脑最有趣的事情之一与他的感觉和运动皮层有关。 我们在运动皮层中较低的位置发现了一个不寻常的区域,该区域处理来自面部、舌头和喉部的信息。 爱因斯坦左半球的运动面部区域异常扩张成一个大的矩形区域,我在任何其他大脑中都没有见过。 我不确定如何解释这一点。 在一句名言中,爱因斯坦写道,他的思考包含图像和“感觉”的关联,并且对他来说,思想的要素不仅是视觉的,而且还是“肌肉的”。 这是什么意思? 我不知道,但根据我们在运动皮层中的发现,这是一句非常有趣的引言。

您认为这与爱因斯坦伸出舌头的著名照片有关吗?

在过去的三天里,我被问到这个问题四次了。 第一次这个问题让我措手不及,我说我认为这只是巧合。 然后我开始思考这个问题,并走到镜子前看看我是否能像爱因斯坦那样尽可能地伸出舌头,而且我做得非常接近。 所以我认为那张精彩的照片可能只是爱因斯坦的自发和率性。

您下一步的研究是什么?

花了几个月的深入研究才描述出爱因斯坦的大脑皮层。 我晚上盯着天花板,看到脑沟的模式。 我希望其他人会发现我们对爱因斯坦外部大脑的描述在他们研究新出现的 [组织] 切片以及他们观察来自其他人的大脑(包括天才的大脑)时很有用。 现在,我还有一些化石项目在等待着我回去处理。

 

图片来源费迪南德·施穆茨

Gary Stix, senior editor of mind and brain topics at 大众科学, edits and reports on emerging advances that have propelled brain science to the forefront of the biological sciences. Stix has edited or written cover stories, feature articles and news on diverse topics, ranging from what happens in the brain when a person is immersed in thought to the impact of brain implant technology that alleviates mood disorders such as depression. Before taking over the neuroscience beat, Stix, as 大众科学's special projects editor, was responsible for the magazine's annual single-topic special issues, conceiving of and producing issues on Albert Einstein, Charles Darwin, climate change and nanotechnology. One special issue he oversaw on the topic of time in all of its manifestations won a National Magazine Award. With his wife Miriam Lacob, Stix is co-author of a technology primer called Who Gives a Gigabyte? A Survival Guide for the Technologically Perplexed.

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