「脑机小史」用讲故事的方式，打捞这一百年里的关键人物、实验与公司。看懂过去，才能照见未来。
他的头皮被注射了局部麻醉剂，颅骨锯开了一块，像掀开井盖一样翻到一边，露出了大脑表面——灰白色的、带着沟回的、活着的一团组织。手术室里有一盏紫外灯照着，但刻意不直射那片裸露的皮层。外科医生拿起一根电极，固定在颅骨开口的边缘，尖端轻轻触上大脑表面。他把电压调到0.5伏，频率每秒60周，通了一次电。病人的左脸有了触电般的麻。“在这儿，”他抬起右手，指了指左脸颊和太阳穴。医生没有说话。他拿起一枚小小的、带编号的纸片，贴在刚才刺激过的那点脑组织上，然后对着旁边的麦克风念了几句记录。坐在看台上的秘书飞速打字。接着他把电极移开几毫米，换一个点，再来一次。这一次，病人的左手前臂内侧有了感觉，左手的拇指动了一下。病人知道自己的脸和手臂并没有被碰到。他也知道那个拇指的移动不是自己发的力——他可以清楚地意识到：“不是我让它动的。”01
从布雷斯劳学来的一招
这个场景发生在1930年代的蒙特利尔。手术台上的外科医生叫怀尔德·潘菲尔德。潘菲尔德1891年生于美国华盛顿州的斯波坎，在普林斯顿读本科时拿到罗德奖学金，去了牛津，在生理学家查尔斯·谢灵顿的手下学了三年——那是1914年，他学会了怎么在最精细的层面处理活体组织。之后他到约翰·霍普金斯完成医学训练，又到波士顿的彼得·本特·布里格姆医院跟着“现代神经外科之父”哈维·库欣做住院医。第一件：他去了德国布雷斯劳，在神经外科医生奥特弗里德·福斯特的实验室待了半年。福斯特有一套独门技术——在局麻下打开病人的颅骨，用电极刺激暴露的大脑皮层，根据病人实时的运动和感觉反应来定位功能区，然后精准切除引发癫痫的病灶。潘菲尔德把这套方法学了个透。第二件：他回到蒙特利尔。1928年11月，他和搭档威廉·科恩用福斯特的方法做了北美第一台此类手术——病人是个头部受过伤的年轻人。六年后，1934年，潘菲尔德靠洛克菲勒基金会的一百二十万美元拨款，在麦吉尔大学建起了蒙特利尔神经学研究所，人称“the Neuro”。他在这里一直干到1960年退休。后来加入的脑电专家赫伯特·贾斯珀带来了脑电图技术，让术中定位多了一层辅助。这套组合拳——局麻开颅加皮层电刺激加脑电监测——后来被全世界叫做“蒙特利尔术式”。约1958年，蒙特利尔神经学研究所手术室。彭菲尔德正在手术，赫伯特·贾斯珀（左上）监测脑电图，布伦达·米尔纳（左下）在旁协助。02
聊着天做手术
潘菲尔德的手术有一个令所有人第一次听说都会愣住的前提：大脑本身没有痛觉感受器。头皮有，脑膜有，血管有，但脑实质——那些灰色的、白色的、沟回起伏的神经组织——你拿电极戳它、拿手术刀切它，病人不会疼。所以只要把头皮和颅骨在局麻下打开，就可以让病人完全清醒地躺在那里，看着天花板，跟你聊天，同时在裸露的大脑上做任何操作。这个事实是蒙特利尔术式的物理基础，也是它的伦理奇观：病人在手术中既是被治疗的对象，又是科学实验的报告者。他们的嘴里说出的每一句感受——“我手指麻了”“我听到了音乐”“我闻到烤面包的味道了”——都是数据。手术的过程像在一块未知的土地上立旗。潘菲尔德把电极放在大脑表面的某一点，通电，问病人感觉到了什么，然后把一枚带编号的小纸片贴在那块脑组织上。移开几毫米，再刺激一次，再贴一枚。一台手术下来，裸露的皮层上可能密密麻麻贴满了几十枚编号纸片，像一面插满旗帜的战场地图。一幅患者大脑的草图，在整个手术过程中做了标注，以显示那些引发面部感觉和运动的区域。（Penfield & Boldrey, 1937）每一条记录都被旁边看台上的秘书记下来，还有一位摄影师拍照留档。这些编号纸片的意义是双向的。如果刺激某一点让病人的左手抽动，那这块区域就管左手的运动——切不得。如果刺激某一点让病人突然闻到了烤面包味、听到了一段旋律、甚至像闪回一样“看到”了童年的某个场景，那这片颞叶可能藏着他癫痫发作的起点——该切的就是它。那个“烤面包”的例子后来被加拿大历史遗产频道拍成了一段六十秒的短片：手术台上，一位女士突然说“我闻到了烤面包的味道”。那是癫痫灶被电刺激激活后释放出的先兆信号，也是潘菲尔德皮层刺激实验中最著名的案例之一。1934年，一个十四岁的女孩在刺激颞上回时，经历了一段梦境般的恐惧闪回——那恰好是她每次癫痫发作前的先兆。03
小人从图纸里爬了出来
1937年12月1日，潘菲尔德和他的同事埃德温·博尔德雷在《脑》杂志上发了一篇五十五页的论文，标题是《通过电刺激研究人类大脑皮层的躯体运动与感觉代表区》。怀尔德·彭菲尔德（左）与埃德温·博尔德雷（中），“皮层小人”的创造者（右图为他们绘制的“皮层小人”示意图）这篇论文的数据来自126位在1928到1936年间接受手术的癫痫病人。博尔德雷花了大量心血，从潘菲尔德的手术记录、照片和手稿中提取数据，画了170张逐部位的皮层刺激分布图。脚趾、腿、躯干、手臂、手指、手、脸、眼睛、嘴、舌头——每个身体部位在大脑表面的投射区域都被汇总了出来。然后，他们做了一件至今仍是神经科学史上最具传播力的事：把所有数据浓缩成一个人形的图。它的手大得离谱——五根手指撑满了半张图，因为手指需要精细的控制和触觉，大脑拨给它一大片地皮。它的嘴唇和舌头也肿胀般地突出，因为说话和咀嚼需要极其密集的神经投入。相比之下，躯干瘦得像根棍子，腿脚也细长——不是因为你走路不重要，而是因为走路的精度远不如捏一根针。这个畸形的、比例失调的、像被拉扯过的小人，被叫做“皮层小人”。它首次出现在1937年那篇论文里，头朝下脚朝上倒挂在皮层表面——因为腿投射在头顶部的皮层，脸投射在底部的侧裂上方。1950年，潘菲尔德和拉斯穆森出版了《人类大脑皮层》，把数据扩展到400例病人，皮层小人的形象更加精致。感觉与运动“皮层小人”的原始示意图（Penfield & Rasmussen, 1950）此后它出现在全世界的神经科学教科书里，几乎每个学过脑科学的人都见过它。
04
他知道这地图是假的
皮层小人看起来像一张精确的地图——点对点，一块脑管一个身体部位。但潘菲尔德和博尔德雷自己的数据并不支持这种干净利落的对应关系。2017年，伦敦国王学院的研究者Marco Catani重新分析了1937年论文的原始数据，发现不同身体部位之间的投射区域存在大量重叠：刺激同一块皮层，有时同时引发手臂和手的动作；嘴和手臂的代表区彼此渗透。论文原文本身也记录了一些不一致——例如嘴和嘴唇的运动刺激点，正文记为21次，图中却标注了64个，另一张图甚至超过100个。潘菲尔德和博尔德雷显然看到了这些重叠和不一致。但要把数百组刺激数据压缩成一张直观的示意图，他们必须做取舍。他们选择了优先呈现“功能分离”的叙事——每个身体部位拥有一片相对清晰的地盘——而将重叠区域留在了数据表的细部。换言之，这张图的“干净”，本身就是一次有意识简化的结果。他们知道这个小人是一张简化的、甚至可能被误读的图。但他们也知道，如果不加以概括，几百组数据堆在一起便没有人能看清全貌。结果，这个“知道是假但还是画了”的小人，成了神经科学史上被复制次数最多的图之一。直到今天，脑外科医生在术前规划时仍然参考它，脑机接口公司——从BrainGate到Neuralink——在选择植入靶点时仍然用它做粗略导航——用的是一张八十七年前、由一个外科医生在手术台旁、用纸片和电极、一个部位一个部位试出来的地图。潘菲尔德的主业始终是治癫痫。那张图只是副产品。但副产品比主业活得久——蒙特利尔术式在进化，而皮层小人几乎没变过。一个试图切除病灶的外科医生，意外画出了人类大脑最著名的一张面孔。作者：陈加图
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参考资料：
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3. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7132904/
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6.https://neurophilosophy.wordpress.com/2008/08/27/wilder_penfield_neural_cartographer/
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9. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2924506/
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11. https://www.mcgill.ca/neuro/wilder-graves-penfield-md
12.https://openneurologyjournal.com/contents/volumes/V15/TONEUJ-15-52/TONEUJ-15-52.pdf
13. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10542740/
14.https://www.bioethicssci.com/posts/the-scalpel-and-the-soul-how-wilder-penfield-pioneered-neuroethics-before-the-word-existed
15.https://www.uhn.ca/corporate/News/Pages/purple_day_epilepsy.aspx
16. https://can-acn.org/wilder-penfield/
17.https://brainreachnorth.wordpress.com/2014/03/08/close-to-home-dr-wilder-penfield-and-the-montreal-procedure/
18.https://docs.streetwitnessing.org/scientific/consciousness/brain-stimulation-experiments-wilder-penfield
19.https://shs.cairn.info/revue-bulletin-d-histoire-et-d-epistemologie-des-sciences-de-la-vie-2018-2-page-157?lang=fr
20. https://www.owiki.org/wiki/Wilder_Penfield
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