书城科普读物先天后天:基因、经验及什么使我们成为人
14548400000022

第22章 基因的第四维度(4)

不。首先,一个决定论式制造出的机器仍然可以接受修改。我的电脑有着繁复精细的电路,但当对一个新的程序做出回应时,它还是会修改其联结活动。此外,自斯佩里的时代以来,神经有可塑性的观点又卷土重来。这部分是因为常见的先天——后天之争又再次回弹:如今的科学家们对他们认为过于放肆的先天论做出反击,就如同斯佩里回击在他看来过于放肆的经验论。不过,还远远不止这些。许多年来,由神经学家帕斯克·拉基克(Pasco Rakic)所证实的一个正统观念认为,动物在成年期以后,大脑皮层里将不会长出新的神经元。后来,费尔南多·诺特博姆(Fernando Nottebohm)发现,金丝雀学习新歌曲时会长出新的神经元。拉基克说,无论鸟类如何,哺乳动物绝对不可能长出新神经元。之后伊丽莎白·古尔德(Elizabeth Gould)发现小鼠可以。于是拉基克又把不可能的范围限至灵长目动物。古尔德又发现了树鼩体内的新神经元。拉基克回应是树鼩属于古时的灵长目动物。可古尔德发现猕猴也可以长出新的神经元。如今,我们可以确定,所有的灵长目动物,包括人类,都会由于回应各种经验而长出新的皮层神经元,也会失去某些从未活动过的神经元。

这样的证据越来越充分并不断增多,即使大脑中最初的线路是由基因决定的,经验在重新界定大脑连线方面也是至关重要的。在卡尔曼综合征患者那儿,嗅球因缺乏运用而逐渐萎缩。对于如何处理一笔政府资助金,有这样一个古老的公认会计原理——“使用它,否则你会失去它”,这在心智运行中也同样成立。

请注意这种强调否定面的倾向。证明经验重要性的最好办法是,剥夺一个动物的经验。在视觉皮层中,如果一只眼睛出生后很快就盲了的话,那么它就失去了其在大脑中的感受域,另一只眼睛会占领这个位置(我将会在下一章对此做更多的阐述)。然而,在我写这本书时,霍利斯·克莱因(Hollis Cline)刚有了首批实验证据,证明了经验是如何正面影响大脑发育的。她研究了眼睛发出的神经元在接近大脑中目的地时的行为是怎样的。该神经元不是按照预先决定的方式直奔目的地,而是抛出一整套“探头”,其中许多会迅速撤回。它似乎是在寻找可以“运行”的联结——那些一起激发的相似神经元,会联结在一起。克莱因比较了一只发育中的蝌蚪在经过4小时亮光刺激后和4小时黑暗刺激后的视觉系统的神经元情况,发现蝌蚪在光亮处会抛出更多的探测器来寻觅联结。“我受到了一种刺激,”神经元嚷嚷,“我想要分享这个消息。”这大概说明了经验如何对大脑发育产生实际的影响,正如皮亚杰提出的一样。克莱因的同事卡雷尔·斯沃博达(Karel Soboda)透过小鼠头骨的一个洞口,观察到大脑细胞之间的突触如何形成,又因回应经验而逐渐消失。

教育的全部意义就在于训练生活中所需要的那些大脑回路,而不是给心智填充事实。经过训练以后,那些回路生长旺盛。令人惊奇的是,这不是人类所独有的,连极微小的线虫都有这样的情况。秀丽隐杆线虫是基因还原论者的至爱。它没有大脑,体内共有302个神经元,以严格的程序连接到一起。它看起来是无法进行哪怕最简单形式的学习的候选者之一,更别提发育的可塑性和社会行为了。它所有的行为就只是向前蠕动和向后蠕动。然而,如果这样的一只线虫能在合适的温度下反复找到食物,它便会记录这个事实,于是便会偏爱这种温度;如果在这样的温度下它不再获得回报,于是它又会渐渐失去这种偏好。这样灵活的学习是受到了NCS——I 基因的影响。

线虫不仅可以学习,还会根据幼期的社会经验发展出不同的成年“个性”。卡西·兰金(Cathy Rankin)将一些线虫送至“学校”(即将它们放在培养皿一起养大),将其他一些线虫留在家里(即一个器皿中养一个)。然后她敲击每个器皿的一边,让这些线虫逆转它们的移动方向。相比于独居的线虫,群居的线虫由于习惯了撞到彼此,会对敲击更为敏感。

兰金将一些基因人工植入线虫体内,这样她可以更好地研究哪些神经元之间的突触可以导致群居线虫和独居线虫之间的差异。实验结果解释,导致差异的原因是某些感觉神经元和“中间神经元”之间的谷氨酸突触弱化。有趣的是,她发现在线虫学习的过程中,同样的突触也发生了改变。在敲击80次后,两种类型的线虫已适应这样的事实,即生活在一个震荡的世界里,于是它们渐渐不再逆转移动方向:它们已经学会了。通过改变相同基因的表达,学习和训练也对同样的突触产生影响。

证明一只低等线虫的行为发展在这方面具有环境可塑性,这无疑壮大了发展论者的挑战。如果一个没有大脑、只有302个神经元的生物都可以从训练中获益,那么人类培养过程中这类偶发事件的作用该有多大啊!非常明确的是,早期的社会经验会对哺乳动物的行为产生持久及不可逆的影响。在20世纪50年代,哈利·哈洛(Harry Harlow)(第7章会对他介绍更多)偶然发现,一只雌性猴子如果在一个空笼子里养大,只有一个金属丝模型母亲做伴,没有同伴与之玩耍,那么它成年以后也会是一个对自己孩子疏于照顾的母亲。它会像对待大跳蚤般对待自己的幼儿。她从某种程度上已被印刻了自己那缺乏关爱的幼时经验,并将此传递下去。

同样,婴儿期的小鼠若是与其母亲分离,或是由人类养大,也会永久地受到经验的影响。孤单的小鼠长大后会变得易于焦躁并具有攻击性,对药物更容易上瘾。一只在婴儿期常被自己母亲舔舐的小鼠也会常常舔舐自己的幼儿,而且交叉养育揭示这并非遗传决定的,因为一只被收养的小鼠的行为会更像自己的养母而非生母。但是毫无疑问,这些影响受到了婴儿期小鼠体内基因的斡旋。

给一只雌性小鼠一只幼仔,刚开始雌鼠会忽视它们,但逐渐会对它们开始母性的照顾。这个反应速度在不同种类的鼠之间差别很大,而且再一次,在婴儿期常被舔舐的小鼠会更快做出这种反应。迈克尔·米尼(Michael Meaney)的研究表明,这里所涉及的基因是后叶催产素受体基因,它们在常被舔舐的小鼠体内更易于被开启。在某种程度上,幼时的被舔舐经历改变了这些基因对雌激素的敏感度。这到底是如何运作的,我们不得而知。但它可能涉及大脑中的多巴胺系统,多巴胺与雌激素极其相似。迷雾更浓了,因为幼时受到母亲忽视的经历确实改变了多巴胺系统中相关基因的表达,这显然可以解释这样的事实,即幼时缺乏母爱的动物更容易对药物上瘾,药物可以通过多巴胺系统让它们的心智愉悦。

汤姆·英赛尔实验室的达琳·弗朗西斯(Darlene Francis)对两个种系的小鼠进行实验,将它们在出生前与出生后进行互换。C57种系的小鼠的受精卵形成以后,就被植入其本种系母鼠以及BALB 种系的母鼠的子宫里,然后再由BALB 种系母鼠和本种系母鼠养育。经过这样的交叉育养后,实验者将通过各式各样的标准测验来测查这些小鼠的技能,所有生活在实验室里的小鼠都常常接受此类测验。有一个测验是,在一个乳白色泳池边,小鼠需找到一处可以站立的隐匿式平台,然后记住该位置。另一个测验是,当小鼠掉进一个空旷之处的中间位置时,它可以鼓起勇气来探索。第三个测验是,小鼠去探索一个十字形的迷宫,迷宫通道两处关闭、两处开启。自交种系的小鼠在这些测验中的表现呈现出前后一致的差别,这说明基因规划了它们的行为。相比C57种系的小鼠,BALB 种系的小鼠在空旷地中间逗留的时间较短,在迷宫两个闭合的通道中停留的时间较长,回想出隐匿式平台位置的速度更快。在交叉养育实验中,在出生前和出生后由同种系母鼠交叉育养的C57种系小鼠,行为和正常C57种系小鼠完全相同。但是,出生前和出生后由BALB 种系母鼠交叉育养的C57种系小鼠,行为上则像是BALB 种系小鼠。

像米尼研究的小鼠一样,BALB 种系母鼠对幼子的舔舐不及C57种系母鼠的多,于是也改变了它们幼子的本性。然而,这种母性行为能否带来影响,取决于其幼鼠胎儿是否在BALB 种系母鼠子宫里成长。若是C57小鼠一直在C57种系母鼠的子宫生长,出生后由BALB 种系母鼠养大,那么该小鼠的行为会和其他C57种系小鼠一样,一点儿也不像BALB 种系小鼠。正如英赛尔所说,这是先天之母与后天之母之间的较量。

这些发现令人震惊。它们暗示,哺乳动物的大脑发育对其在子宫里的遭遇以及出生后的经历具有高度敏感性,但它们也说明这些影响受到了动物基因的调控。这个例子也验证了莱尔曼的观点,即发育对成年之后的影响极为重要。事实上,这比莱尔曼还要向前跨了一步,它揭示了基因是如何听任环境中其他动物尤其是其父母行为的摆布。像往常一样,它既不支持极端的后天论(因为这种现象是由于基因的运作才得以出现),也不支持极端的先天论(因为它显示出基因表达的可塑性)。它再次强调了我的想法,基因既服务于后天,也为先天提供服务。它是一个完美的例证,告诉我们基因组上帝在对基因进行职位描述时,也提出以下告诫:在发育过程中,你得随时准备好汲取各方面的环境信息(不包括父母的影响),并对你之后的活动做出相应调整。

孵化出的乌托邦

“难道你就没有想到,一个爱扑塞隆(Epsilon)胚胎必须要有爱扑塞隆环境和爱扑塞隆遗传吗?”奥尔德斯·赫胥黎(Alsous Huxley)于1932年出版的《美丽新世界》(Brave New World)中的孵化与条件设置中心主任这样说道。他当时正在带领学生参观孵化中心的孕育室和换瓶车间。在这里,人工授精的人类胚胎被养育在不同的条件下,以生成社会不同的等级:从才华出众的阿尔法人到工场最底层的爱扑塞隆人。

很少有哪一本书会比《美丽新世界》遭受的误解更大。如今,人们几乎会自发式地将其认定为对极端遗传科学的讽刺:对先天的一次攻击。事实上,它完全是有关于后天的。在赫胥黎想象的未来里,人类胚胎是人工授精后形成的,有一些胚胎还会经受克隆(即波坎诺夫斯基程序),再接受特别设定的营养、药物和配额氧气的输入,成长为社会不同等级的成员。继而在童年期,他们要接受持续不断的睡眠教育(睡眠时被洗脑),和新巴甫洛夫式条件反射训练,直到每个人都实实在在爱上孵化中心给自己设定好的生活。那些将在热带工作的人经过训练后会适应高热,那些将驾驶火箭飞机的人经过训练后会适应运动。

身材极具诱惑力的女主人公列宁娜喜欢飞行,常常与预先规定的助手约会,性行为随便,擅长打障碍高尔夫,并常服用幸福药物“索玛”。这些都是由孵化场和学校所设定的,而不是由她的基因所决定的。她的仰慕者马克思反抗这种服从式的生活,因为在他出生之前,孵化中心工作人员误将酒精加入他的代血剂中。他带列宁娜来到新墨西哥的野蛮保留地度假,在这里,他们认识了一个白种“野蛮人”琳达和她的儿子约翰。之后,马克思和列宁娜把约翰带回伦敦见约翰的亲生父亲,原来他就是孵化与条件设置中心主任。约翰受到莎士比亚作品的熏陶和教化,一直渴望见到文明世界,可是他很快就对这个所谓的文明世界失去幻想,退隐到萨里的一个灯塔屋里独居,后来被一个电影制片人找到。由于被咄咄逼人的参观者激怒,他上吊自杀了。

尽管这里有药物让人维持快乐的感受,但是这种注定的命运、孵化中心的操作细节和特点让这个美丽新世界成为一个如此恐怖的居住之地。但这些都属于环境施加给居住者身体和大脑发育的影响。这是一个后天生成的地狱,而非先天注定的地狱。