第二部分感知

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第四章用耳朵“看”世界的女人

神经可塑性与学习药片

爆炸发生前，21岁的帕特·弗莱彻（Pat Fletcher）看到的最后一样东西就是她身旁填满化学品的钢罐突然向外膨胀。随着警报响起，她意识到手中的塑料软管变得异常灼热。然后，整个世界闪烁着耀眼的光芒，之后又转为明亮的蓝色，火焰的色彩吞噬了她的身体。

醒来后，帕特以为自己仍在做梦。周围的世界朦胧且黑暗，她仿佛迷失在一片灰蒙蒙的烟雾中。这可能跟她服用的镇静剂和止痛药有些关系，也可能跟她脸上裹着的厚厚的绷带有关系。很快，一位神情严肃的医生来到她的床边。帕特这才明白，事情比她想象中的更为严重。她工作的手榴弹工厂发生了一起工业事故，起因是两种具有挥发性的化学物质相互反应。帕特失去了一只眼球；另一只眼睛虽然保住了，但再也看不见了。医生说，帕特能活下来已经很幸运了，但她再也不可能看见东西了。

帕特花了将近30年的时间，才终于在某种程度上证明医生所说的话并不正确。25年后，这位性格外向、头发灰白的纽约州布法罗市居民，通过文字转语音的程序“浏览”网页，她偶然发现一位荷兰工程师设计的计算机程序。这位工程师声称他设计的程序能把图像里的各个像素点转换成声音，借此帮助盲人“看见”周围的世界，这个程序名叫“看声”（vOICe）。帕特对此将信将疑。当她试着播放其中一个“音景”的样本时，她甚至被逗乐了。这段“音景”里有数十种不同音量和音高的声音同时发出声响。乍听起来似乎十分荒谬。这简直就是一段无法理解的混杂噪音。

然后，帕特在书房里把一幅“图片”通过一对立体声扬声器播放了出来，图上画着一道长长的带栅门的谷仓栅栏。此刻，她不由得屏住了呼吸。帕特大脑中的“眼睛”确实发生了变化，这种感受与单纯“听到”声音全然不同。

“我转过身，几乎可以看到那道栅门就横在我的书房里，我说：‘天哪，这是什么？’”帕特回忆道，“我开始觉得自己后背发凉。”

更令人难以置信的是，帕特能分辨出声音就在远方某处——超出她伸展手杖所能触碰到的范围、超出导盲犬拽着她往前的皮带绳距之外——超出她的一切触觉范围。不知何故，帕特从这种音景传递出的动态杂音中，能够感觉出栅门的尺寸、形状，以及一根根栅条之间的空隙。盲人的世界通常被描述为严重的幽闭恐惧症的模样，因为他们关于周围形状和物体的全部认知和感知都在指尖末端突然结束了。不过，帕特的世界却一下子开阔起来。

声音是怎么做到的呢？她大为惊叹。

“我感觉图像是真实的，”帕特说，“这里是一道栅栏——看，那里是一扇栅门——而远处是黑漆漆一片，就像大门是开着的……这太让人震撼了。感觉就像是你可以沿着它走下去，这真的让我非常震撼。”

帕特到商店里买了她能找到的最小型的摄像头，把它挂在棒球帽上，然后将它连接到一台笔记本电脑上。接着，帕特把软件的声音开到了最大，走到她家的走廊里环顾四周。

“那简直让我跪倒在地，”帕特说，“我可以看出面前有一堵墙，然后我走到塑料百叶窗前，伸手摸了摸叶片，我简直不敢相信。我都快要忘了这个世界究竟是什么样子了。”

不久，帕特发现，她能看到自己失明前喝水所用杯子上的图案。她会被牙医候诊室里的装饰壁纸迷住。她能看见叶子在树上晃动。她能看到一张张面孔（虽然还有些模糊不清）。帕特邮购了一台小望远镜，把摄像头藏在与双眼齐平的一个小洞里，升级了她的工具。她开始每天都使用这套设备。很快，帕特随身带的手杖，仅仅在设备出现技术故障时才需派上用场。

4年后的一天下午，更令人吃惊的事情发生了。在这之前，帕特在注视房间或者环顾四周时，只能感觉自己在看一张二维平面照片。她能看到客厅里有一张沙发，或者蓝天下一棵大树的形状，但无法感受到深度。然而这一天，帕特正站在水槽边洗碗，她往后退一步，用毛巾擦干手，然后往下看。在她看来，水槽一直以来不过是一个简单的方形罢了。但是随着她运用了新的设备，帕特突然意识到，她已经恢复了对深度的知觉。

帕特·弗莱彻正在往水槽里面看。

帕特·弗莱彻的经历听起来不可思议，至少像是某种精心设计的迷心术。但这不可能是真的，毕竟这跟传统科学理论背道而驰。这也不符合传统的观点。你怎么可能用耳朵“看”呢？大脑又怎么会突然间恢复消失了整整4年的深度知觉能力，就像有人突然间把电灯开关打开那样呢？

然而，帕特·弗莱彻的说法已经得到一些世界顶尖科学家的证实。几年前，这位勇敢的58岁技术探险家来到波士顿，戴着她那套胡拼乱凑的设备，在哈佛医学院接受了测试。帕特躺在一张大桌子上，医生将她推入一台核磁共振成像仪（MRI，用于跟踪检测大脑不同部位使用的氧气量）的狭窄管道里。医生指示帕特注意听音景。

帕特·弗莱彻仍然没有可以看到这个世界的眼球。不过由于某种不明原因，当她听到自己的“音景”时，与视觉处理有关的大脑区域——这处大脑区域通常会在我们用眼球盯着空间中某一物体时被激活——也重现生机。同时，当帕特听到正常的声音（比如研究人员在她旁边敲击键盘）时，帕特的听觉皮层也像正常情况下一样亮起来。不知怎么回事，她的大脑还能区分正常的声音和她的音景，并将后者传送至大脑的正确区域来处理视觉——即使这两类声音是同时进入她的耳朵的。

一系列的补充实验似乎也都证实了这一点。从某种意义上说，失明了30多年的帕特·弗莱彻，用自己的耳朵重新看到了（有时也同时听到了），她的大脑自己重新连线了。

过去几个世纪，人类在科研领域做出了巨大尝试，努力恢复我们变弱或受损的感官，采用的手法从看起来普通的（助听器、鼻腔喷雾剂）到更先进的（耳蜗植入物、准分子激光原位角膜磨镶术），比比皆是。毕竟，人类的5种感官——视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉——是我们感知世界的门户，是我们彼此联系的纽带。

数十年来，科学家们一直致力于加强或修复外部器官——我们的眼睛、耳朵、鼻子和味蕾；换句话说，也就是那些我们与周围世界直接接触、并获得感官数据的身体部位。

不过到了近期，科学进步则提供了各种各样的全新设备，就像帕特的音景机器，它从根本上改变了我们对大脑如何处理人类从环境中接收到信息的认识。这些设备表明，科学家们几十年来都可能忽略了这一点。

“我们是用大脑看东西，而不是用眼睛看东西，”已故的神经科学家和感觉替代先驱保罗·巴赫-丽塔（Paul Bach-y-Rita）曾有此著名论断，“你可以失去你的视网膜，但只要你的大脑完好无损，那你就不会失去看东西的能力。”

大脑恐怕是世界上最复杂的模式识别机器了。而且只要给出足够的调整时间，大脑就能更好地理解外部和新的感官输入模式。科学家们逐渐发现，如果想恢复视觉之类的能力，其实没必要重新复制人类眼睛给大脑发送电脉冲的确切模式。如果想让聋人恢复听觉，也没有必要弄清楚人类耳蜗究竟在何种确切时间，使用何种确切模式的脉冲来编码进入内耳的声波。我们不必修复破损的外部人体部位，也不必将之替换为精确的复制品来恢复已经丧失的功能。

要想恢复“视觉”或者声音，工程师唯一需要做的事就是创造一种设备，确保把感官信息转化成能够以一致方式传送给大脑的信号即可。只要经过充分的实践，大脑中的连接和通路会重新开始连线，进而能够解码以各种方式传递到大脑的感官信息。帕特·弗莱彻的音景设备仅仅是新兴技术应用的众多案例之一，这类技术所利用的是人类大脑的非凡可塑性。然而直到最近，大多数人还以为，大脑的可塑性在过了童年关键期以后就会基本消失。

2002年夏天，帕特·弗莱彻打包了两只随身行李袋——一只袋子装衣服，一只袋子装她的音景设备——跳进了一辆出租车，前往布法罗机场。那个时候，她使用“看声”软件已有很多年了。帕特再也没用过导盲犬——既然她现在已经没有需求了，也就不用再依赖牵着皮带的狗了。有了手杖和音景，她就可以随时出门。

美国受“9·11”恐怖袭击事件的影响依然深远。机场金属探测器在检测她的设备袋时警报大作，一群惊慌失措的安保人员使她在机构滞留了半个多小时。

“告诉别人我看不见——他们能看出来，”帕特说，“但是后来看到我的黑色设备袋里那些电线缠着电池，着实让他们非常紧张。我打开我的电脑，向他们演示它是如何工作的，他们这才松了一口气。”

帕特那天是前往亚利桑那州参加“意识研究”的爱好者会议，其中有一个新兴的研究领域被称为“感官替代”。

一到会场，帕特就得知有一种设备能把图像转换成刺激舌头的电脉冲，称为“舌头相机”，听起来很神奇也很有用。她还听说将来有可能造出一种机器能把声音转换为刺激皮肤的电脉冲，从而帮助极度失聪的人再度听见。但在其他与会者看来，没有几项技术能真正与帕特·弗莱彻的设备一较高下。她当时已是得心应手，成了光芒四射的明星。

在这次会议上，帕特与彼得·迈耶（Peter Meijer）共同登台。迈耶是一位说话柔和的荷兰工程师，正是他发明的软件造就了帕特的音景设备。对帕特来说，这场会面就像遇见亨利·福特（Henry Ford）或者托马斯·爱迪生（Thomas Edison）一般。而在迈耶看来也很特别。迈耶苗条纤弱，前额宽阔，有一头蓬松的棕发，柔和的棕色双眼露出一抹浅浅淡淡的笑意。他花了将近10年的闲暇时间在自家客厅里修修补补才做出一些有用的东西。不过，帕特是迈耶面对面见到的第一个如此频繁使用这套设备的人。对于这个成果迈耶和帕特同样特别开心。

会间休息时，迈耶和帕特一起绕着会议中心园区散步，并开始了闲聊。彼得问了她许多问题——他想知道如何改进这套设备。他想知道她对这套设备的感受如何。几天后，他们两人就像老朋友一样。当会议主办方把参会者带到沙漠中的一家博物馆时，两人悄悄溜了出去，站在外面一处炙热而又尘土飞扬的平原上，凝望着地平线。

帕特一直热爱大自然。失去视力后，最残酷的一部分现实就是她知道自己再也无法去徒步旅行了。

“我几乎连浴室都去不了，我又怎么可能去爬山呢？”帕特依然记得在毁灭性日子刚刚到来时涌起的那些悲伤念头。“我还怎样放眼眺望大海，怎样观赏风卷残云的美景呢？一切都不可能了，你知道吗？我还怎样自己一个人坐船钓鱼呢？再也做不到了。”

自从那场事故以来，帕特就再也没有“看到”过大自然。此时此刻，当他们站在沙漠之中时，彼得叫帕特抬头向上看。帕特可以看到天空中有一道条纹，于是她问彼得那是什么东西。

“那是喷气机的尾迹。”他告诉她。

“那么远处那些东西又是什么呢？”帕特问道。她可以看到一片带有小点的三角形，处在不同层次，在一片白色沙子之中相当惹眼。“你能看到那些吗？！”迈耶问道，不敢相信她竟然既能看到那么远的东西，又能感知到其距离。

“嗯，对。”

“那些是山。”他告诉她。

帕特记得的下一件事便是泪水顺着她的脸颊流了下来。她喜极而泣。帕特看近处的事物也更清晰了——她可以看到大型仙人掌的形状，肥厚的块茎，甚至这株植物上下起伏的边缘和沟壑（尽管她还看不见仙人掌的针刺）。远处，山脉呈现出简单的三角形状，一座又一座排布成高低不同的样子。但这一切已经足够了。

“我喜欢山，”帕特说，“山是我在世界上特别喜欢、特别喜欢的东西之一，在这里我竟然能再一次看到山脉。当我看到我以为再也看不到的东西时，我就变得很激动，我简直不敢相信。”

也许就在此刻，迈耶这位谦恭有礼、温和可亲，来自埃因霍温市的知名工程师，才充分领略到他的这件作品所带来的强大情感冲击。迈耶给他的软件起名为“看声”（vOICe），因为中间3个英文字母OIC的读音就相当于“Oh，I see”（哦，我看见了）。

两人静静地站着，深陷在这一美妙的时刻中。

迈耶并没有想过能真正改变别人的生活。他最早想要做一台将视觉转换成声音的机器时，不过是名正在学物理的研究生，他当时想要寻找一种使用新的计算机技术的方式。他考虑的并不是神经科学，只想制造一些有用的东西。因此，他脑中才冒出这样的念头，觉得如果能造出他所谓的“反向摄谱仪”来帮助像帕特这样的人借助听觉判断图像，会是件很酷的事。

声谱图就是用来表征声音的可视化图表。声谱图上，水平的X轴代表着时间的推移，垂直的Y轴代表频率，人类可以根据频率来感知音高。如果你沿着指尖从左往右穿过一幅表示某个音调的声谱图，你可以一路追踪这条水平X轴上方各个连续点的峰顶和谷底，并能够清晰地感受到随着时间的流逝，声音所表现出来的音高上扬或下降。你从右往左移动越远，时间就越久。点的位置越高，音高也越高。振幅或音量以深浅不同的灰色来表示——灰色越浅，也越亮。大多数的声谱图绘出了任何给定时间点上堆叠在一起的多个点，以表示某一时刻同时发出声音的所有音调。声谱图常用于语音分析——你可能曾在某些间谍恐怖片中见过这种图，电影里的坏蛋们会通过监控电话线路来窃听逃跑的主人公。

迈耶的想法是创造一台机器，一种解码器，可以反其道而行——能把视觉点或者图像中的像素点反向转变为声音。他的第一台原型机极为笨重。几年后的会议上，帕特从头部取下那台胡拼乱凑的设备拿给迈耶看，考虑到当时的技术水平，这已经比他一开始想象的要运作得更好。首先，帕特装在两面太阳镜镜片中间的微型间谍相机采集影像，然后以其数字形式输送进一个计算机程序，也就是一台主解码器。然后，迈耶的算法会将每个像素点转换成适当的音调。

一列之中像素越高，迈耶的设备相应发出的音调也就越高。像素的亮度对应于声音的响度。“立体声平移”的时间或速度，以及由此产生的声音，反映了相机拍下图像水平特征的变化。从根本上说，当这套系统扫描图像表面时，混杂为一体的音调会在一系列的声波中上下波动，在音高振幅对应的轮廓线处加以编码。其结果就像涡轮增压喷墨打印机吐出墨点，从而构成一张照片一样，只不过“看声”移动得更快，吐出的不是墨水而是振荡的声波。迈耶设备的关键在于其一致性。特定的形状产生出特定的声音。特定的音高模式编码出特定的轮廓线。久而久之，大脑似乎就可以慢慢学会将这些音高模式与物理世界中相应的轮廓线联系在一起，并将特定的声音与特定的形状联系在一起。

这套设备之所以有效的另一个原因就是，人耳能够在同一时间惊人地分辨出多重音调——30—100多种，具体要取决于图像，迈耶在这之后发现了这一点。每一个时间间隔内，迈耶的设备都能够播放一个完整的像素列，同时由多种不同音高和音量的多个音调来表示。通过从左向右快速移动图像，迈耶能够在非常短的时间内传达出大量的信息。值得注意的是，大脑不仅能够辨别这些多种多样、快速变化的音调，还能立即加以分析，并同先前习得的声音模式进行对比，从而使帕特能够立即明白自己“看见”的是一道栅门、一扇窗帘，又或者是咖啡杯上的一个图案。

对迈耶来说，这是一个长期项目，他在自己的单间公寓里为之辛勤耕耘了无数个晚上和周末。当他最终完成的时候，时间已经到了20世纪90年代初，那时迈耶正在荷兰科技巨头飞利浦（Philips）的研发部门工作。虽说迈耶的专长是给新的计算机芯片开发模拟器，但他把自己的这项发明带给上司以后，上司帮他申请了专利，还鼓励他就这套设备发表一篇论文。

“我引起了人们极大的兴趣，提问来自世界各地，还有想要再版的人；太惊人了，几百个人要求再版，”迈耶回忆说，“但过了一段时间，我们有了一个便携式的原型机，你没法用它来做太多事。虽然我们可以提供演示，但却无法有效地训练别人。”

事实上，当迈耶联系上盲人组织时，他也遭到了怀疑和漠视。尽管起初知识界对他的设备充满兴趣，但当他接触到那些真正需要使用这套设备的人时，似乎没人知道到底该怎样理解迈耶。因此，迈耶把整套设备放到了互联网上，鼓励盲人和大学研究人员去下载软件，自行试用。

换句话说，他们等待着一个像帕特·弗莱彻这样的人能够出现，助推这种装置更上一层楼。

全世界并不只有迈耶和他的同事在等待帕特·弗莱彻的出现。在波士顿的贝斯以色列女执事医疗中心（Beth Israel Deaconess Medical Center），一位出生于西班牙的、衣冠楚楚的哈佛大学神经学家阿尔瓦罗·帕斯夸尔-莱昂内（Alvaro Pascual-Leone）获得了一笔数百万美元的资金，用于脑扫描设备和一个研究人类大脑可塑性的项目，项目旨在检测像帕特·弗莱彻一样的人——这些人的经历违背了传统观点，可以教给我们有关大脑是如何运作的新知识。

不过，研究这些不寻常学科的问题在于，这样的人很难找到。

所以，当帕斯夸尔-莱昂内第一次在一本科学杂志上读到迈耶发明的设备时，他决定在下一次回祖国西班牙度假时顺道去一趟荷兰。2001年8月，迈耶在他简陋的家庭工作室中，为这位哈佛大学神经科学家做了一次演示，他为帕斯夸尔-莱昂内戴上一副眼罩和一对耳机，让他亲身体验音景软件。

“这绝对相当惊人，因为对于非常简单的东西我多多少少能理解，至少某种意义上是这样，”帕斯夸尔-莱昂内说，“但是对更复杂的图像、场景和物体，我就根本不知道我在听什么了，让人摸不着头脑，对我来说完全不着边际。”

之后，迈耶提到，在布法罗市有一位开朗的女人，几年前在搜索互联网时发现了自己这个程序，而且她实际上已经学会了如何在现实世界中使用这套程序。迈耶告诉帕斯夸尔-莱昂内，这个女人声称她可以用耳朵“看见”世界。帕斯夸尔-莱昂内会愿意和她聊聊吗？

“你一定是在跟我开玩笑吧！”帕斯夸尔-莱昂内记得当时是这样回答的，“我快惊呆了。”

几十年来，成人大脑发生改变的能力究竟如何，学界对此争论不休。很少有人会怀疑，大脑可以在早期发育阶段自发实现彻底“重新连线”。但人们普遍认为，这一时期是有限的——未发育成熟的人类和动物在某个短暂的“关键期”之后，大脑的连接会发生硬化，就像窑里的黏土一般，固定成型。

不过，帕斯夸尔-莱昂内属于那一小部分想法与众不同的科学家，这些人认为上述观点过于简单化。虽然帕特·弗莱彻的故事听起来很极端，但帕斯夸尔-莱昂内已经意识到，他绝不能错过这个案例。如果迈耶所言属实，那么这就是一个疯狂却有力的例证，证明大脑确实可以“重新连线”——这是一个打破范式的绝好例证。

一天下午，帕特·弗莱彻在布法罗市家中的电话响起。此后，她总会乐此不疲地对人说起这件事，“哈佛大学邀请我过去拜访！”她会大声欢叫起来，“你相信吗？”

为了帮助读者理解帕特所讲的事情为什么如此非凡，我们不妨首先来了解一个研究，正是这个研究让众多神经科学家坚信此事不可能发生。

最关键的证据来自戴维·胡贝尔（David Hubel）和托尔斯滕·维泽尔（Torsten Wiesel）在20世纪60年代和70年代对猫和猴的视觉皮层所进行的一系列开创性实验。这些实验极大地拓展了我们对于大脑如何帮助我们感知周围世界的理解，并最终摘得诺贝尔奖桂冠。如果你仔细阅读并研究过，就像帕斯夸尔-莱昂内和他同时代的每一位神经科学家那样，那么要解释帕特·弗莱彻的非凡能力就不那么容易了。

20世纪50年代末，加拿大科学家戴维·胡贝尔在约翰霍普金斯大学见到了来自瑞典的托尔斯滕·维泽尔。这两位研究人员都很年轻，只比帕特·弗莱彻失明时的年纪大10岁左右。这两位年轻博士后的是职业生涯才刚刚起步，满怀雄心壮志。

两位科学家的事业开始于这所大学著名眼科研究所地下室的一间狭小、肮脏且没有窗户的房间里，他们在这里着手解决一个长期困扰着科学家的谜团：当我们“看见”物体和形状时，大脑究竟发生了什么？当时他们提出这个问题可谓适逢其时。脑科学家们刚刚开始使用一种革命性的新技术，称为“单细胞记录”。实际上，胡贝尔是在摆弄一台车床和不同材料的过程中，想出能让钨丝电极有效记录大脑信息的新方法，许多科学家也在使用他的这项新技术。单细胞记录技术的神奇之处在于，它让科学家第一次得以实时监测人类大脑的最基本单元（即单个神经细胞，称为神经元）的活动。

我们每个人都拥有大约1000亿个神经元，这些神经元通过名为“突触”（即两个细胞之间的微观连接）的微小结构相互隔开，神经元也通过这些突触传递电化学信号来相互沟通。自细胞核连接到突触并可以传递信号的神经元分支称为轴突。从突触接收信号并将信号传送到细胞体的神经元分支称为树突。信号如果足够强，从一个神经元轴突传递给下一个神经元树突时将导致第二个神经元激发电脉冲。神经元被激发时，会通过其轴突将其自身的电化学信息传递给与其相连的神经元，从而又使得这些相邻的神经元被激活。其他类型的突触则会“抑制”相连的神经元放电。

许多神经元同时一致或者依次相继激发的现象，往往被比作一支“交响乐”，多种乐器共同演奏形成美丽且协调的交响乐，产生整体大于部分的效果。［我第一次见到这个比喻是在杜克大学米格尔·尼科莱利斯（Miguel Nicolelis）的书中。］正是这首交响乐，使我们能够思考、感觉、运动和看见。

胡贝尔和维泽尔坐在那间没有窗户的巴尔的摩地下室里，希望能听到这首交响乐，以及交响乐的各种乐器，之前几乎没人做过这件事。为此，他们麻醉了一只猫，并将细小的针状微电极直接插入其灰质。微电极获取了猫的单个神经元激发时的声音，并将之从大脑里传送到一台放大器上。于是，每当有神经元激发时，整个房间就响彻着独特的“咔嗒咔嗒”声。这些信号也可以转换成视觉表达，并在屏幕上闪现或绘出图样，这能够帮助这两位年轻的科学家检测每次动作电位的频率和持续时间。

胡贝尔和维泽尔打算探究的领域是神经元的最外层，就在颅骨和一片薄薄保护盖层的下方，位于大脑中构成主要视觉处理中枢的区域。这处区域位于脑袋后部的大脑皮层中，大脑皮层是一块2—4毫米厚的组织，含有丰富的神经元，不仅对我们的运动、感知和应对外部环境的能力至关重要，对各种类型的高级处理也极为关键，正是这些高级处理才使人类区别于其爬行动物的祖先。

一个世纪的时间里，神经科学家已经在大脑皮层的大型组织领域取得了积极进展，采用的方法之一就是研究中风患者的脑损伤，并在动物大脑制造新的损伤。［如果中风杀死了大脑皮层某一特定部位的脑细胞，而这些脑细胞的死亡又与某种特定功能（比如语言功能）的丧失有关，那么科学家便可推断，被杀死的脑细胞就起着实现相应功能的作用。］

不过，至于大脑在微观层面的精确细节是怎样的，单个神经元之间如何合作——大脑中数十亿的活动细胞的具体功能组织如何——这在很大程度上仍是一个谜。未开垦的处女地，向这两个雄心勃勃的年轻科学家敞开了大门。

对于当时的胡贝尔和维泽尔来说，日子非常漫长，工作有时令人沮丧。他们经常工作到筋疲力尽，维泽尔甚至开始用瑞典语跟胡贝尔交谈（每当此时他们就知道该收工歇息了）。至少有一回，胡贝尔回到家中，家人们已经坐下来吃早餐了。不过，约一个月后，努力有了回报。两位科学家给猫戴上一副坚固耐用的头部绑带，任凭它再闹腾也无法挣脱。头套上固定着若干电极，电极连接到猫的大脑神经元，并引出一堆杂乱的电线，由此记录当科学家使用一种可将不同图案和形状直接投射到麻醉猫视网膜表面的设备时，这只猫的大脑视觉皮层中的特定神经元会做何反应。

他们的目标是找到某个单一刺激可使视觉皮层中某个特定的单一神经元出现激发反应。胡贝尔和维泽尔试着在明亮背景上投射黑点。他们也尝试在黑暗背景上投射亮点。他们试过大大小小的光点。最后，他们甚至挥舞手臂在猫面前跳舞，为了减轻猫的郁闷情绪，他们开始把杂志广告上的性感女人照片拿给猫看。结果什么也没有。神经元依然处于休眠状态。

有一天，大约过了4个小时，他们把带有一个黑点的新玻璃幻灯片投放出来时，某个神经元“就像一部机关枪一样激发了”，胡贝尔后来回忆道。神经元激发的声音跟这个点本身无关。当他们插入幻灯片时，幻灯片边缘向猫的视网膜投下一道微弱却锐利的阴影——背景中出现一条黑色的直线阴影。他们意识到，他们正在研究的神经元对这条线做出了最强烈的反应。

不久他们就得出结论，某些单个神经元对处于特定角度的直线形成的激发强度最大，而另一些神经元则对倾斜线条朝特定方向运动而产生激发。换句话说，大脑的特定神经元是被分配来响应并表征来自身体外部的特定刺激。他们有各自的“感受域”，在许多情况下，如果外部刺激位于感受域的中心，那么神经元则会用尽全力激发。如果刺激位于感受域的边缘，那么引起的神经元激发则较慢。只要刺激位于感受域以外，神经元便会始终处于休眠的状态。

胡贝尔和维泽尔发现，正是这些单个神经元协调一致地产生激发，才帮助我们在脑海中构建出复杂的图像。这些神经元按序排列，视觉分析也能井然有序地进行：当电信号从一个神经细胞传递到下一个神经细胞时，每个神经细胞各自负责呈现视觉图案中的某个特定细节。

长期以来，眼睛传递给大脑的信号信息，始终“只有大脑才拥有解读信息密码的钥匙”，卡罗林斯卡医学院的戴维·奥托松（David Ottoson）教授在1981年将诺贝尔奖颁给两人时说道：“胡贝尔和维泽尔成功破解了密码。”

胡贝尔和维泽尔仍然想知道，这些视觉细胞是如何发育的。神经元是如何响应对角斜线或垂直边缘的？为什么有些神经元对运动很敏感？这些神经元是如何共同工作形成一幅图像——从而成为更大视觉处理回路的一部分的？

胡贝尔和维泽尔怀疑，经验在其中起到了关键性的作用。生来就有眼睛晶状体缺陷的儿童，即使接受了白内障摘除手术，也会留下永久性视力损伤。不过，老年白内障患者则没有这种损伤。如何解释这种差异？

为了在小猫身上创造出相似的环境，胡贝尔和维泽尔把小猫的其中一只眼睛的眼睑缝合，并让另一只眼睛正常发育。然后，他们用发育成熟的猫重复实验。对成年猫来说，眼睛拆去缝线后能够恢复视力。但对幼年猫来说，被缝合的那只眼睛即使重新睁开，也依然会永久失明。胡贝尔和维泽尔获得了似乎无可辩驳的证据，证明大脑存在所谓的“关键期”，在此期间大脑得以发育并可对其编程。这个实验发现令人振奋，但它提出的问题却远比能解释的现象要多。这些“关键期”究竟如何运作？关键期可逆吗？大脑发生这种变化的生化基础是什么？

近年来，神经科学家已经能够实时观察幼年动物大脑中形成的神经回路对刺激的反应，从而解答上述的一些问题。其中一个最精练的实验是由斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute）的神经科学家霍利斯·克莱因（Hollis Cline）主持的，她在2015—2016年间担任美国神经科学学会（Society for Neuroscience）主席。20世纪90年代中期，她使用了一种称为双光子显微镜的技术来窥视蝌蚪的大脑，以前所未有的高分辨率清晰地见证了神经元如何在大脑发育过程中形成初始连接的。

克莱因所见到的是一幅比以往任何时候都更具活力也更优雅的画面。在蝌蚪的大脑中，来自不同神经元的分支投影不断地增长和缩回，像是寻求接触的细长手指一般伸向彼此。大多数时候，不同神经元分支之间的接触就像快速撞击那样短暂——它们相互接触，然后迅速缩回，彼此反弹，再继续与其他神经元分支连接。不过偶尔它们接触一段时间会发生其他事情，导致两个神经元分支暂时黏合在一起。这种神奇的连接现象只发生在一种时候：两个分支都各自连接在细胞体上，而两个细胞体恰好在接触的瞬间同时激发。克莱因捕捉到了突触诞生的瞬间。

关于克莱因目睹现象的实现原理，科学家们长期以来有所质疑，但直到最近几十年才开始得到证实。1949年，一位名叫唐纳德·赫布（Donald Hebb）的加拿大心理学家认为，大脑本质上是一台强大的重合检测器，而决定神经元之间如何形成和加强这些联系的物理规律，旨在反映和记录这些重合。因此，当两个神经元紧密连续激发时，大脑中产生的某种东西增强了它们彼此之间的物理连接——这使得一个神经元未来更容易激活其他的神经元。另外，当两个神经元各自独立激发时，它们之间的连接会有所减弱。这通常被称为“赫布理论”。

卡拉·沙茨（Carla Shatz）给这条定律做了最精彩的总结。沙茨在20世纪70年代早期曾是托尔斯滕·维泽尔和戴维·胡贝尔实验室里的一名年轻研究员，如今是斯坦福大学“可塑性”领域的首席研究员。

“一起激发的细胞也连接在一起，”沙茨写道，她实际上通过测量连接神经元之间传递的电位升高证明了这一点，“非同步激发的细胞会失去彼此的联系。”

在人类胎儿中，神经元之间的许多初始连接正是以这种方式形成的。自发性电脉冲以随机模式在大脑中脉动，未成熟的神经元随之起舞、碰撞、探险且又混杂相连。在此初始阶段，大多数神经元将形成数量远远超过自身需要和能够维持的连接。后来，随着大脑逐渐发育成熟，这些连接会在每次恰巧再次出现相继激发现象时得到增强，否则连接会逐渐减弱。最终，无关连接会像树篱中旁逸斜出的树枝一样被剪除，这一过程被科学家称为“修剪”。

随着时间的推移，单个神经元之间的连接，再加上无关连接的修剪过程，共同形成了大脑回路，如我们视觉系统或听觉系统中紧密连接的、超高效的基础结构。

胡贝尔和维泽尔所做的小猫眼睛缝合实验表明，在大脑的某些区域，这种回路的形成机制只发生在有限的时间内——所谓的关键期。看来一旦关键期结束，一切就已经来不及改变了。黏土已经变硬，回路已经形成。大脑中的通路也已经完全排布完毕。

或许更值得注意的是，胡贝尔和维泽尔还发现，小猫大脑中通常用于那只被缝合盲眼的皮层实体并没有被白白浪费掉。取而代之的是，另一只主视眼传递感官信息的连接向外扩展到未使用的空间，并将其接管过来。大脑的效率很高，这显然是按照“非用即失”的原则来进行操作的。

这些发现改写了接下来几十年里大脑科学领域，以及研究人员对大脑发育的观点，其影响实在是不可估量。大脑在出生后存在一段具有高度可塑性的关键期，而这些关键期会戛然而止，这种看法影响的绝不仅仅是视觉发育领域。

没过几年，科研机构不仅接受了胡贝尔和维泽尔关于视觉系统存在关键期的发现，而且许多人还进一步认为，大脑皮层的大部分（如果不是全部）可塑性机制会随着年龄的增长而消失。毕竟，这似乎可以解释很多问题。比如说，为什么成年人想学会第二语言的完美发音要困难得多；为什么随着我们长大成人，就会逐渐“固步自封”；为什么我们的孩子更乐意探索、学习和提问。

许多未经实验证实的假说也很快就变为传统观念。不少医疗机构认为，中风患者永远无法恢复功能——因为中风会导致大片神经区域被浪费，而且大脑被认为无法在成年后重新自我连线，也无法绕过那些死区。教育工作者认为，患有阅读障碍和其他学习障碍的人永远无法完全克服这些障碍——因为他们的大脑连线也只能如此了。当然，像帕特·弗莱彻这样在成年后丧失视力的人最终能学会用耳朵“看”，这样的故事似乎很是荒谬。

然而，几乎是这些实验刚出现在公众视野里，就有证据开始表明，可能存在某些例外——事实上，情况可能比他们最初看上去还要复杂一些。克服根深蒂固的教条恐怕需要几十年时间，这一过程似乎直到千禧年之交以后才慢慢改观。不过，现在人们普遍认为，中风患者可以恢复功能。患有阅读障碍的儿童也可以学会阅读。或许，帕特·弗莱彻也可以用她的耳朵去“看”世界。因为尽管胡贝尔和维泽尔在很多地方是对的，但大脑在人的成年期也确实保留了相当高的可塑性。

要想改变大脑，我们只需更好地理解大脑的工作机理。

事情并不像乍看上去那样简单，或许最有力的早期线索来自一种与帕特·弗莱彻的音景机器类似的设备，使用耳部机器作为进入大脑感觉处理区域的入口。这个设备便是“人工耳蜗”植入物。

这位男子是开创植入物领域的先驱之一，后来被许多人誉为“神经可塑性之父”，他的成果将对帕特的新朋友阿尔瓦罗·帕斯夸尔-莱昂内产生深远的影响。讽刺的是，他的研究开始于距离胡贝尔和维泽尔事业起步处仅数百英尺之遥的地方，就在约翰霍普金斯大学的神经科学大楼之内。

他的名字叫作迈克尔·默策尼希（Michael Merzenich），一开始他并不想颠覆传统，完全没有这种念头。当默策尼希来到巴尔的摩攻读博士学位时，胡贝尔和维泽尔已经在大约5年前离开了他们在哈佛大学附近的办公室，默策尼希本来的打算是走传统的研究道路。

后来，默策尼希经历了一系列深刻影响他世界观的事件。在威斯康星大学麦迪逊分校从事博士后工作的同时，默策尼希和他的合作者正在研究一种怪异现象，这种情况在脑部和身体皮肤之间传递信号的大神经受损之后时有发生。与中枢神经系统不同的是，“周围”神经（例如传递来自手部皮肤信号的神经）如果被切断，是能够自我再生的。不过，当手部神经被切断时，有时当它重新长回来时，信号会被搅乱。例如，假如你去触摸一根遭受过神经损伤后又自我修复的中指，那么很可能在这之后，你的大拇指会一直感受到这种触觉。

为了更好地理解其产生的原因，默策尼希和他的团队利用电极记录单个神经元的活动——这是默策尼希在约翰霍普金斯大学掌握的那项技术，用来映射正常青春期猴子的大脑中与触觉相关的大脑皮层区域。接着，他们把从猴子的手向大脑这一部位（即躯体感觉皮层）传递信号的末梢神经给切断。切除部位是连接3根手指和手掌的一束神经纤维，属于经由脊椎上行至大脑的神经束。

下一步，默策尼希和团队将这束神经纤维缝合在一起，使之稍稍接触。这有助于神经再生和重新连接，只不过是以随机顺序。默策尼希和他的团队希望，他们能够由此弄清手部神经交叉后造成感觉扭曲的过程。

不过，当默策尼希和他的团队在7个月后重新映射大脑同一区域时，他们对发现的结论十分惊讶。神经确实杂乱无章——但大脑创造了一种新秩序。大脑已经在考虑到神经交叉的基础上实现了完全的重新映射，导致出现了以前没有过的信号拼接。很多人以为这种情况只会发生在“关键期”，但大脑却在“关键期”结束后很久也实现了。大脑做到了一些大多数人认为不可能发生的事情。

默策尼希说，从那之后，“我知道大脑是可塑的，大脑一直在改变自己。”

默策尼希所不知道的是，这种可塑性会达到何种程度，其影响又会有多深。直到多年后他才找到答案。研究生毕业后，默策尼希前往加州大学旧金山分校（University of California San Francisco，UCSF）工作，在耳鼻喉科和生理学系担任助理教授，主要研究耳科。任职后不久，他遇到了一位名叫罗宾·米切尔森（Robin Michelson）的外科医生。米切尔森想制造出一种能帮助耳聋人再次听到声音的设备，他使用的是当时其他人也在努力研究的方法，目的也是希望造出我们今天所熟知的人工耳蜗植入物。他问默策尼希是否愿意帮忙。

“他是一个大胆的冒险家，”默策尼希后来回忆说，“他曾在洛杉矶找来一个工程师造出一种设备，然后植入一些病人身上，但他并不知道如何改进。”

默策尼希认为米切尔森的方法颇有成功的希望，于是便同意加入了。人耳可以用微小的毛发状结构来察觉会产生声音的各种振动，将振动转换成电脉冲，然后传送到大脑，交由听觉神经处理。这一过程发生在耳朵的贝壳形骨骼腔内，称为耳蜗（耳蜗的英语名称cochlea在希腊语中意为“蜗牛”），是进入大脑听觉处理区域的门户。

人工耳蜗植入不像使用传统助听器那样只是简单地把声音放大，而是使用多组细长线状的刺激电极来直接电击听觉神经，其模式为模拟完全健全人耳在听觉神经产生的电脉冲。起初，默策尼希认为，要制造人工耳蜗，那就必须尽可能接近健全人耳中毛发状纤维运动所产生的电脉冲模式。

但要做到这点并不容易，这套设备必须非常耐用，电子装置得一直用上几十年。但它还必须足够安全，好让外科医生将其植入脆弱的人类听觉器官。最大的挑战就在于，耳蜗中产生电脉冲并通过听觉神经传送到大脑的这一过程，其确切模式太过复杂和精细，无法靠现有的技术捕捉下来。默策尼希和他的合作者的雄心壮志很快就被挫败了——他们只能大体上复制“人类原装内耳既简练又精妙的模式”。

“这就像是拿上臂去弹钢琴，”默策尼希后来告诉我，“你不能真正控制细节，只能以相对粗糙的方式对信息进行编码。”

默策尼希和他的合作者将第一批模型植入患者体内，等到患者到默策尼希的办公室开展随访时，他们很快证实了研究人员最担心的事情。

“他们说这就是‘废物’，”默策尼希回忆道，“他们听到的声音完全是模糊的、混乱的、凌乱的，根本无法理解。就是垃圾。”

默策尼希和他的团队尝试了许多方法来改进设备。不过，所有的训练方法、实验和微调似乎都无济于事。

不过实验仍在继续。没办法。默策尼希的团队已经为这套设备投入了极大的努力和巨大的成本。那些病患也没有其他更好的选择了。他们完全听不见；在一个周遭人们说话、交谈、开玩笑和大笑不止的世界里，他们仿佛被拘禁在一只看不见的隔音罩之中。他们被排除在外，但他们也不急于放弃。所以他们还戴着这些设备。

这是个明智的选择，因为几个月后，惊人的事情发生了。

默策尼希记得，第一批病患原先闷闷不乐，对这套设备并不是特别满意，之后前来复查时却个个热情高涨。

“哇噢！”他们告诉默策尼希，“现在我开始什么都听得清了！”

变化正在发生，测试结果证实了这一点。

“在2个星期到3个星期的时间里，他们可以清晰地听见，而且效果惊人，”默策尼希回忆道，“突然间，他们显示自己能够在较高水平上理解内容了。这点太让我震惊了。”

这些设备并没有改变。默策尼希意识到，是他这些患者的大脑发生了改变。当时，默策尼希在研究人工耳蜗项目的同时，也一直在他的实验室努力探索猴子的神经可塑性。但即便如此，这样的结果也让他相当吃惊。

“大脑可以接受这些粗糙的信号信息，并把它转化成一种新形式的代表性言语，”默策尼希说，“这些设备比我们想象中运作得更好。我只是没料到大脑的改变会达到这种程度。”

此外，默策尼希很快地了解到，其他竞相制造人工耳蜗植入物的研究人员也获得了相似的结果，但他们使用的是完全不同的编码方案和脑电活动模式。

由此看来，重要的不是信号传送到大脑的模式的细节，而是模式的一致性。大脑本质上是一个复杂精妙的模式识别机器。大脑是动态的、不断变化的，并且能够学会将特定的电刺激脉冲与表达外部世界思想的特定声音和词语联系在一起。当这些脉冲和组合远比天生的耳朵机制所产生的信号更粗糙且又完全不同时，大脑仍然可以做得到。赫布的联想学习理论认为，一起激发的神经元最终也会连接在一起，这种规则远比默策尼希所猜想的要强大得多，且可靠又持久得多。

“你把一个新的前端放在听觉系统上，等上6个月，然后大脑也就接受了，”默策尼希说，“这太惊人了。”

2006年的一个炎热夏日，帕特·弗莱彻抵达波士顿，来到阿尔瓦罗·帕斯夸尔-莱昂内的实验室，接受第一次测试。帕斯夸尔-莱昂内的团队安排她入住一家贝斯以色列女执事医疗中心附近的提供住宿和早餐的旅馆，他们打算在医疗中心里的实验室进行测试。

他们还邀请了另一位名叫亚当·沙伊布勒（Adam Shaible）的盲人测试对象，以及他的妻子丹尼丝（Denise）一同乘飞机前来。帕特和亚当曾通过一个电子邮件留言板互相通信，留言板是彼得·迈耶设立的，为的是将使用“看声”软件的人联系在一起，不过这是帕特和亚当第一次见面。每天早晨，在测试之前，帕特、丹尼丝和亚当都会在这家舒适旅馆的餐厅里碰头，互相交换彼此的人生故事。

亚当告诉帕特，当他第一次“看到”妻子的脸和头发时是何等喜悦，他只要能“看到”她就会无比快乐。亚当住在佛罗里达州，离帕特多年前发生事故的地点不远。而当亚当描述起他第一次站在岸边，惊奇地看着一艘雄伟的单桅帆船滑过海湾清澈见底的水域时，帕特几乎可以自己想象出这一幕场景。帕特想起了她视力受损前见到的帆船，想起了船的帆布是如何随风起舞，她很喜欢这些事物。

当亚当告诉帕特他第一次发现薯片边缘有波浪时，帕特会意地点点头。亚当形容当看到蒸汽从咖啡杯顶端升起来的时候，她感到奇怪又惊讶，她甚至被逗得大笑起来。

“我不会这样想，因为咖啡里冒出蒸汽，这对我来说太常见了！”帕特说，“但是想象一下，如果说你以前从来没见过呢。”

不过，有些问题还在困扰着亚当，折磨着亚当。像帕特一样，别人也会时常告诉亚当“你不可能看见东西的”。帕特知道看见东西是什么样的感觉。她记得这种感觉。毫无疑问，她现在所感受到的确实是视觉。但亚当不一样。与帕特不同的是，亚当天生就失明。那么他怎么能确定这是真实的，他怎么能确定，他现在所经历的东西真真切切地就是他一生中一直听到的所谓“视觉”呢？

实验室里，帕斯夸尔-莱昂内和他的团队共同设计了一系列精密复杂的实验。他们向亚当保证，到最后，他们至少能回答他部分的疑问。事实上，帕斯夸尔-莱昂内也怀疑自己是否已经知道答案是什么了，因为某种程度上，他将对帕特和亚当所进行的实验已经是下一步工作了——证实一项价值重大且又日益广泛的研究。

帕斯夸尔-莱昂内出生于西班牙巴伦西亚市（Valencia），在德国获得医学博士和哲学博士学位，之后在美国明尼苏达大学研究神经病学，然后转到贝塞斯达区的美国国立卫生研究院工作。

早在还没到达美国国立卫生研究院之前，帕斯夸尔-莱昂内就一直饶有兴趣地密切关注着迈克尔·默策尼希的研究。自从第一次猴子实验和最早的人工耳蜗植入以来，这位不修边幅的加州人便一直忙得不可开交。事实上，他已经进行了一系列的猴子实验，帕斯夸尔-莱昂内非常希望迈出下一步——人类实验。这些猴子实验也深刻地影响了帕斯夸尔-莱昂内的世界观。

从加州大学旧金山分校休假期间，默策尼希与范德比尔特大学（Vanderbilt University）的乔恩·卡斯（Jon Kaas）合作，共同设计出了一种激进实验，目的是找出大脑在关键期结束后是如何“硬连线”的。为此，他们再次使用微电极来大范围映射猴子的躯体感觉皮层区域，该区域看来是记录了来自一只手不同部位的神经输入。

然后，他们把将连接手掌与可将信号传送至大脑的通路的周围神经切断了。这一次，他们没有把神经束缝合在一起。而是像切断电话线一样，中断了手部和大脑中专门处理输入的相应部位之间的所有通信。

几个月后，默策尼希和卡斯回过头来重新映射大脑，看看是否发生什么变化。胡贝尔和维泽尔已经证明，如果一只眼睛未被使用，那么小猫大脑视觉中枢未使用的皮层实体就会自动重新连线，从而执行不同的功能——但这一现象仅限于发育的关键期。实验对象枭猴的年龄早已过了大多数神经科学家普遍认为的关键期。那么，按照现有的理论体系，专用于处理已切断神经发出信号的躯体感觉皮层区域，应该很可能是处于休眠、未被使用或死亡的状态。然而，默策尼希在重新映射大脑时的发现并非如此。

事实上，当默策尼希和卡斯接触到手部被切断神经的邻近区域时，躯体感觉皮层中本该是休眠的部位却被激活了。这次可错不了——被认为是早已硬连线并且固定不变的大脑，却不知什么原因再次改变了自己。激活的手部区域大举占领了被遗弃的神经区域。

这怎么可能呢？这个实验结论似乎是在公然挑战胡贝尔和维泽尔曾获得诺贝尔奖的研究成果。整个科学界想必也不会接受这些结论。但是默策尼希仍然继续跟进这条线索。接下来默策尼希想验证的是，经验本身是否足以改变用于执行特定任务的大脑空间占用量。

为此，默策尼希再次映射了与猴子单个手指相关的躯体感觉皮层区域。不过这一次，一位名叫威廉·詹金斯（William Jenkins）的博士后花了3个月来训练猴子掌握一项任务，而这项任务需要猴子发育出一套异常精细的技能。研究小组想知道，这是否会在猴子的大脑中有所体现。这项任务可谓难上加难：猴子们要学会用两根手指的指肚部位与一只旋转的圆盘保持接触，但是同时又要足够轻柔，以确保手指既能保持静止，又不会被转盘拖动。这就要求猴子使出刚刚好的力气。

詹金斯需要确保猴子们有很强的驱动力去学习这个技巧。一旦任务失败，猴子们就得等到训练结束才能吃上东西。掌握诀窍，猴子们就能得到数不清的巨额回报，奖品是香蕉味的食物颗粒——24小时内可以吃600多颗。

詹金斯设计的训练装备可以贴在猴笼前面，由直径13厘米的饼状铝制圆盘组成，有20个交替上升下降的台面。每只笼子都会流过电流，流经猴子的小小手指，持续一分钟，它们感觉不到，每次猴子碰到金属盘就会触发电路导通，继而又会触发释放1粒食物颗粒。刚上手的猴子通常会用两根手指从笼子左侧的颗粒溜槽中收集奖品。不过经验丰富的猴子则会直接用舌头把食物颗粒从分配器中舔出来，同时手指还继续放在转盘上，这样可以最大限度地提高颗粒的流量。

随着猴子对这项任务掌握得越来越好，詹金斯便开始给游戏提高难度。他要求猴子把手指放在转盘上的持续时间延长到15秒，盘子的旋转速度加快到每秒一转，最后把转盘移到离笼子较远的地方，猴子们用一个或两个伸得最远的手指尖才能够得到。此时，挑战就是如何向转盘施加适量的压力，从而既能保持电路导通，又不会减慢盘子的旋转速度，也不会让手指被转盘的离心力给甩开。

经过100多天的训练之后，默策尼希和詹金斯已经准备弄清这种新的专业知识能否改变大脑皮层的布局。结果很有说服力。用来轻触转盘的指尖触觉所对应的躯体感觉皮层数量增加了400%。仅仅是基于渴望获得更多食物颗粒流所驱动的实践练习，这些猴子的大脑就已经做到自我重新连线了。

帕斯夸尔-莱昂内在他还是个年轻的神经病学住院医生时就读到过默策尼希的猴子实验，从那之后他就一直想知道，能否在人类身上发现同样的现象。最终，他有了一个巧妙的想法——何不研究一下学会读盲文的盲人呢？

像猴子学习轻触转盘一样，阅读盲文的人也要使用他们的指肚来执行一项需要极其精细的感官校准任务。为了读出代表盲文文字的凸点字母组合，这些人已经拥有了帕斯夸尔-莱昂内所认为的“不可思议”的能力：既能将手指极为快速地滑过盲文点字单元，同时每个单元还能识别出多达6个点的盲文文字。如果人的手指肚压得太重，阅读速度就会很慢；压得太轻，人们又不足以分辨出有多少个点字。实际上，盲文阅读者往往会把手指放在点字上，以模糊动作多次来回运动，直到读出这段代码的意思，然后再移动到下一段盲文。

“问题的关键不在于失明，而在于盲人获得了阅读盲文的能力，”帕斯夸尔-莱昂内说，“大脑正在发生什么样的变化？”

帕斯夸尔-莱昂内无法使用单神经元记录技术。人类志愿者多半不愿意把自己的颅骨打开，再把电极插入自己的大脑。因此，他使用了另一种技术，对每位受试者阅读盲文用的指肚施加微弱的电击。再给受试者头皮处贴上电极阵列，用来检测其躯体感觉皮层神经元激发的部位。

当帕斯夸尔-莱昂内仔细梳理他的实验结果时，发现经常阅读盲文的手指确实比其他手指获得了更大比例的大脑皮层实体。更重要的是，就像猴子实验一样，帕斯夸尔-莱昂内也证明了，其代价是专门处理相邻手指触摸感觉的皮层资源。

接下来，帕斯夸尔-莱昂内开始转而研究运动皮层，结果证明，阅读盲文所需的运动精确性导致了相似的过程——控制阅读手指运动的大脑区域也侵占了其相邻部位。

这两个实验极具突破性——这是首次在成人身上发现大脑的可塑性。不过，其后续实验之一才算得上真正引起了轰动，并为这一研究方向奠定了基础，同时也最终促成了帕特·弗莱彻的波士顿之行。

最初实验的几个月后，帕斯夸尔-莱昂内的一位同事定藤规弘（Norihiro Sadato）想要更全面地了解整个运动皮层（大脑中控制运动的部位）随着盲文阅读水平的变化所产生的变化。为此，定藤规弘使用了一种不同的脑扫描技术，称为正电子发射断层扫描（Positron Emission Tomography，PET），它能够获得更为全局的大脑图像。定藤规弘起初对运动皮层以外的大脑区域并不感兴趣。但这种技术对其他部位的情况也一并进行了快照扫描。

帕斯夸尔-莱昂内还能清楚地记得，那天定藤规弘带着实验结果破门而入的一幕。

“你想听好消息，还是坏消息？”定藤规弘问。

“当然是好消息。”帕斯夸尔-莱昂内回答。

定藤规弘说，好消息就是，他从运动皮层得到了一些很好的数据，证实了他们打算在这次研究中检验的假设。

定藤规弘告诉帕斯夸尔-莱昂内，坏消息就是“你会对这个好消息完全不感兴趣”。

当定藤规弘给他看脑扫描图片时，帕斯夸尔-莱昂内明白了其中的缘由。运动皮层确实变得更加活跃。但视觉皮层也十分活跃——不知何故，手指发出的信号一直传送到大脑后部为止，而这个区域之前被认为是只能从眼睛接收到激活信号。盲人用手指阅读盲文，其他人用眼睛阅读文字，实际上两者使用的是相同的大脑区域——从某种意义上说，盲人似乎是在用他们的手指来“看”。

“我看着照片，‘哦，我的天啊！那是什么？那是真的吗？那是人为现象吗？’”帕斯夸尔-莱昂内回忆道，“这就引发了许多有趣得令人惊讶的实验和探索。”

事实上，早在帕特·弗莱彻2006年抵达帕斯夸尔-莱昂内的实验室之前，他已经追踪研究了某些相当惊人的发现。2000年，帕斯夸尔-莱昂内了解到一位63岁天生失明的女人，从事西班牙语校对，每天要花4—6个小时阅读盲文。因此，她精通盲文，阅读速度比大多数不失明的人还要快。

后来有一天，这位女士说自己感到眩晕，昏迷了过去，被送往医院。当她最终醒来时，医生们告诉她，她非常幸运。她遭受了2次中风，但神奇的是，中风只在她视觉皮层区域的左侧和右侧造成损伤（杀死神经元）。医生确信她并不需要这些大脑区域，反正她已经失明了。然而，当这名女子试图阅读时，她发现自己再也不能解码盲文了。她可以大体知道自己以前是怎么阅读的，可能是先认出一个点，然后使用演绎推理来想出对应的单词，但她的流畅度消失了。

帕斯夸尔-莱昂内约见了这名女子，为她做了脑部扫描，并发表了一项个案研究，她的经历似乎证实阅读盲文过程中视觉皮层活动绝不是随机的。几年后，帕斯夸尔-莱昂内获得一次扫描一位土耳其画家大脑的机会，这位画家名叫埃什雷夫·阿尔马安（Eşref Armağan），先天眼盲。阿尔马安在孩提时候，家里开了一间小商店，每天都让这位盲人儿子待在店外，这样他就不会把店里的货品给打翻了。为了自娱自乐，阿尔马安学会了在沙子上绘制图形，并用手指来触知图像。这些画作引起了路人的高度关注和赞扬。经过一遍遍练习，阿尔马安的绘画变得越来越精致了。

等到阿尔马安成年后，他发明出一种具有鲜明特征的绘画技术。他用一支锋利的铅笔或盲文触笔在纸张或画布上刻画图像，另一只手则拖着纸面，以跟上他画到的位置。值得注意的是，阿尔马安可以靠手触摸某个物体几分钟，然后他就可以用详尽的视觉语言将之呈现出来。他还记得他画下的轮廓线在哪里，然后用颜色填充空白，由此画出了油画。美丽的油画栩栩如生，赢得全世界的认可。一个完全失明的人，怎么会成为如此才华横溢的视觉艺术家呢？

2007年，阿尔马安来到美国纽约现代艺术博物馆开办作品展，帕斯夸尔-莱昂内与主管影像实验室的博士后阿米尔·阿米迪（Amir Amedi）有机会对阿尔马安进行大脑扫描。实验室里，阿米迪递给阿尔马安许多物体，要求他画出来。其中之一是一座雕像，刻着一位坐在长凳上、手拿苹果的人。阿尔马安不仅能在触摸几秒钟后就画出来，他还能从不同的角度画出来，从正前方、上方以及侧面的角度画出来，其意蕴可谓深远。

“触觉和视觉非常不同，”阿米迪解释说，“这跟透视的概念没有关系。物体离得较近或是较远，触觉上的大小不会变化。然而，如果说没有任何视觉经验，他已经形成在大脑中创建某个物体的三维呈现并操控它的能力，因此他才可以从任何角度把它画出来。他画得又准又快，哪怕是视觉正常的人也很难做到。我对他感到惊讶。”

接着，阿米迪和帕斯夸尔-莱昂内请阿尔马安躺在核磁共振成像机里，在他肚子上放了一张画纸，然后开始对他进行大脑扫描。当他作画的时候，他会从不同的角度去思考这一物体，并在画纸上活灵活现地呈现出来，阿尔马安似乎在自己脑海里看到并操控着这个物体。他也依赖于大脑的视觉区域，这些区域此时都活跃了起来。

“为了做到这一点，他跟明眼人看事物使用的是同样的大脑回路，次序上稍有不同，但回路是相同的，”帕斯夸尔-莱昂内说，“这种可以叫作看吗？他没法‘看’。但是如果你只看大脑活动的话，你会说那跟‘看’没有什么根本的不同。”

等到帕特·弗莱彻和亚当·沙伊布勒进入实验室接受测试时，帕斯夸尔-莱昂内和阿米迪已经花了相当多的时间讨论他们希望探索的内容。帕斯夸尔-莱昂内发现帕特能做到一件特别疯狂的事，就是帕特声称她可以同时“看到”和“听到”，她的耳朵收集自己用来感受两种感觉的信息。事实上，当那天帕特走进实验室时，她很容易就展示出了她的本事，可以在认出门或四顾的同时，与人进行交谈。

“这在我看来简直太神奇了，”帕斯夸尔-莱昂内说，“一个隐含的事实是，尽管两种信息流都是通过耳朵传递至大脑，但可能存在真真正正的独立神经基质来处理两者。所以我们就这一点着手测试。”

果不其然，当研究人员给帕特播放规律性声音（比如哨子声）时，大脑中与听觉处理相关的正常区域就亮了起来。当研究人员给帕特播放音景时，她的视觉系统也随之被激活了。当研究人员搅乱音景使之成为乱码时，帕特的枕叶始终不再活跃，她报告称自己什么也看不见了。

出于某种原因，帕特的大脑能够将音景和其他声音区分开，并将音景传送到与识别物体有关的大脑区域。

对帕斯夸尔-莱昂内和阿米迪来说，这天是值得纪念的日子，直到多年后，他们依然对帕特显现出的能力感到惊叹。但当帕特自己回想起来时，她最生动的记忆不是在实验室的这一段，而是后来在购物中心的那一幕。

回到实验室，阿米迪还没有完全准备好证实亚当和帕特所经历的实际上是“视觉”——他对此感到有些不安。“作为科学家，我必须谨慎一点儿，”阿米迪现在说，“我不能说就是视觉。但毫无疑问，它们实际上正在使用同一个系统。所以我告诉他们，是视觉系统被激活了。”

对亚当·沙伊布勒来说，这样已经足够了。帕特生动地回忆起自己通过“看声”系统看到的景象：亚当兴高采烈地穿过购物中心的商店，“几乎跳着舞”，他为哈佛大学的科学家终于确证自己的经历而欣喜若狂。

“他很高兴能得到证实‘没错，他确实有视力，’”帕特说，“这简直太酷了，看到他，听到他的快乐，听到他的确认，理解一个终身失明的人竟然被证实自己能看见是多么有意义！对我来说，这是更好的经历之一。”

那么，一边是胡贝尔和维泽尔的关键期理论，一边是帕特的个人经历，该如何解释两者之间的矛盾呢？一边是一只眼睛永久丧失视觉的小猫，另一边是迈克尔·默策尼希更有希望的研究，以及学会用人工耳蜗再次听到声音的患者，该如何调和这两者呢？

过去10年中，生物化学家已经开始发掘出一些有助于调和所有这些矛盾的答案，并且就关键期和神经可塑性的规则提供了更细致的观点。

毕竟谁也不可能否认，我们都有终身学习的能力。另外，谁又会否认孩子的大脑比成年人的大脑更灵活、更容易学习新事物呢？当然，并不是任何人在成年时期尝试学习第二语言最终都没法掩藏住本国口音的标志性痕迹。但我们往往会把5岁的小孩称为“海绵”，并为他们吸收信息的能力感到惊叹，这并不是没有道理的。

事实上，几乎从胡贝尔和维泽尔首次证明存在“关键学习期”以来，科学家就开始不断寻找方法来破解这一系统，恢复成人大脑在孩童时期具有的那种可塑性。有人认为，如果我们能解释为什么关键期会开启和关闭，那么我们就可以增强学习的能力，甚至发明出“学习药片”了。

一开始，每个人都认为，重点是要往大脑里添加一些东西，比如干细胞，或者我们在上一章里学到的生长因子。就像斯蒂芬·巴德拉克和戈尔达娜·武尼亚克-诺瓦科维奇所研究的那些肌肉和软骨细胞一样，或许关键在于再生。但近年来，科学家们开始意识到，要想重新开启关键期，关键并不是增加一些东西——令人惊讶的是，关键似乎是要拿走一些东西。

正如我们所知道的，神经科学家们长期以来一直信奉神经元一起激发且连接在一起的观点。不过，哈佛大学神经生物学家乔雄·亨施（Takao Hensch）认为，导致神经元或多或少被激发的因素有很多，显然连接在相邻位置便是其中一种。

亨施等人逐渐发现，随着我们年龄的增长，生物化学过程的出现会导致分子的可塑性发生“制动”，从而极大地抑制神经元与其邻近神经元产生新连接的能力。这种分子制动现象虽然不会完全阻止新连接的形成，但会抑制化学物质产生的影响——这些化学物质会在孩子的大脑中，或者我们所知的白化蝌蚪的大脑中释放出来，这样要么导致这些神经元更容易激发，要么导致这些神经元更混杂地彼此形成新连接。

从行为上看，我们对于看到一辆新型卡车或者一座公主城堡的热情会随着年纪的增长而逐渐消退，仅仅是因为这些东西对我们来说不再像3岁孩子看到时那样新奇。不过，年轻热情的丧失也反映出大脑发生了非常真实的结构变化。

“孩子的系统自然而然会因任何事情而活跃起来，因为他们有兴趣去学习世界如何运转，”亨施说，“但随着我们年龄越来越大，我们可能会感到厌倦。从生物化学方面看，我们的系统变得不太容易启动。”

“然而，这并不意味着可塑性会完全消失。”亨施说。当我们深深地沉浸在某些东西（例如，那些“大脑训练”视频游戏）中时，我们大脑中调节注意力和焦点的区域会把某种化学物质注入大脑其他部位，这种化学物质称为神经调质，会使大脑其他部位的神经元更容易激发。换句话说，神经调质会使这些神经元置于警戒状态，并使之对在其环境中激发的其他神经元做出反应。毫无疑问，帕特·弗莱彻在她的“看声”系统上倾注了无限的热情和深度关注，花费了无数时间，这些都充分调动了她的许多神经调质。随着时间的推移，帕特的大脑中形成了新的连接。这是好奇心、专注力和意志力的胜利。

但事实证明，随着我们年龄增长，身体也会开始产生物质——有时还会构建物理结构——从而抑制这些神经调质的影响。它们会使某些神经元群陷入昏睡的状态，或者仅仅是失去兴趣。中风患者可以学会康复。帕特·弗莱彻可以学会用耳朵看世界。但这是一场艰苦卓绝的战斗——一场对抗成熟身体之内固有特质的斗争，这种特质会倾向于保护既有的基础构造——进展缓慢、慎重为之而又花费多年时间才搭建完成的基础构造。

其中一个引发科学家同样怀疑的分水岭出现在21世纪初，当时意大利生物学家兰贝托·马费伊（Lamberto Maffei）决定借鉴再生医学领域，将其应用于神经科学。

几个世纪以来，科学家们一直想知道，为什么我们可以使体内的周围神经再生，但却不能使轴突再生——轴突能够将电脉冲从大脑经由脊椎传送到四肢。这一不解之谜使得成千上万名脊髓损伤患者［包括已故演员克里斯托弗·里夫（Christopher Reeve）］只能坐在轮椅上生活。

20世纪90年代和21世纪初期，再生医学领域的一些前沿学者开始接近至少一个答案。事实证明，人类身体会产生一种称为硫酸软骨素蛋白聚糖（Chondroitin Sulfate Proteoglycan，CSPG）的蛋白质，它会随着身体的成熟而发展，这种蛋白质的存在会抑制成年人体内轴突的生长。在健康的成年人体内，这些蛋白质分子起着重要的作用——表明身体已经成熟，应该停止发育变化；表明适当的结构已经就位，现在应该确保维持不变。CSPG在我们受伤时也能起到保护身体的重要作用。

然而，一旦这些轴突被切断，正如克里斯托弗·里夫在1995年从马背上惨摔下来那样，CSPG的存在就成了一项不幸的缺点。如果科学家能找到某种方法破坏这种化合物，那么轴突会再次生长吗？事实上，科学家通过设计出能破坏CSPG的酶，在瘫痪大鼠的实验中证明了这一猜想。

在实验室里，马费伊想知道大脑中是否也有同样的机制在起作用。毕竟，这种大脑细胞参与视觉和听觉，事实上，所有认知功能也都依赖于轴突。马费伊进行了胡贝尔和维泽尔曾在小猫身上做过的同样的实验：他把老鼠的其中一只眼睛的眼睑缝合，让另一只眼睛正常发育。就像胡贝尔和维泽尔的小猫一样，马费伊的老鼠在取下缝合线之后其视力仍然明显受损。

但后来，马费伊改变了那些再生医学领域的同事的想法。他将破坏CSPG分子的细菌酶直接注射到老鼠的视觉皮层，然后出现了惊人的现象：老鼠的那只盲眼开始恢复视力了。马费伊重新开启了老鼠的关键期。他解除了制动性，增加了可塑性。

亨施解释说，CSPG在大脑视觉皮层里形成所谓的“神经元周围网络”（Perineuronal Net，PNN）。它们像“手套”或“萨兰保鲜膜”一般包裹在神经元周围，防止那些分支突起撞到其他神经元的树突上形成新的连接。通过破坏这些薄层，马费伊再次使脑细胞得以释放并结合在一起。

其他研究团队也已发现了其他类型的分子制动现象。随着时间的推移，髓鞘（包裹在神经细胞轴突外面的脂质薄层）会慢慢被蛋白质覆盖，就像船面被藤壶覆盖那样，从而阻止新的突起生长出来或发生接触。耶鲁大学的研究人员制造了一种神经突变的实验鼠，这种突变能阻止小鼠合成一种被称为“Nogo”受体的蛋白质，结果小鼠发育成熟后，关键期并没有随之结束。

亨施在他的实验室里开始研究有没有可能利用所有这些蛋白质的编码基因来主掌大局，使得可塑性升高或者降低。换句话说，他已经越来越接近于演示如何制造“学习药片”。值得注意的是，亨施在2013年证明了这一点，方法是给志愿者服用双丙戊酸钠（Depakote，一种常用于治疗情绪失调和癫痫的药物），然后安排他们在计算机上接受训练。短短2周内，受试者学会一项技能的能力就大幅提高，这种技能通常只能在儿童时期获得，也就是在无须事先提供基准音符用于比较的情况下便可准确识别某一特定音符的能力。这项技能被称为“绝对音高”。

“据我所知，这是我们第一次发现成年后还能够改变或者获得绝对音高的情况，”亨施说，“当然是只在2周时间内。这些操作提供了改变的可能性。但你仍然需要努力才能使其改变发生。”

“我们不应该放弃并接受可塑性永远消失的结论，生物学已经发展到了这样的地步，”亨施说，“只不过成年后它可以被高度管制，关闭关键期似乎跟开启关键期同样重要。所以找到松开制动的方法将会变得非常重要。”

即使没有化学干预，大脑仍然有可能发生改变。我们已经看到，这些“制动”现象是可以通过充分的重复和练习来克服的，就像只要拿一把锤子敲击足够多下，总有可能把墙板敲倒。

不过，默策尼希的人工耳蜗植入患者仍然需要敲打锤子很多次，并且等待数月才能让大脑打造出新的神经通路，学会破译代表声音的电信号模式。相对来说，帕特·弗莱彻能够较快适应她的音景机器，因为对于20多年都视觉正常的她来说，一些原有的视觉通道依然存在。即便如此，她的大脑还是需要几个月的时间才能学会从三维的角度来解读信号。

帕特·弗莱彻案例“是一个绝妙的示范，我们绝不应该仅仅因为年龄就放弃，”亨施说，“‘帕特’被剥夺了通常用于处理视觉的大脑部位的输入但后来又有机会允许别的东西来支配它，这样的事实表明，哪怕在对象是成人的情况下，只要你找到正确的神经条件，就会有机会获得非凡的可塑性。”

亨施认为，不久的将来，人类可能会想方设法加速这一进程，并且可以用来加速或重新开启大量不同的学习过程。例如，学会不带口音的第二语言的能力，像海绵一样吸收信息的能力，像帕特·弗莱彻这样让大脑重新连线、用耳朵代替眼睛看世界的能力，以及让成年的中风病患康复的能力。

自从对帕特·弗莱彻进行初步实验之后的几年里，帕斯夸尔-莱昂内的门生阿米尔·阿米迪在耶路撒冷希伯来大学开设了自己的实验室，并将这项研究成果应用到数十名盲人身上。阿米迪还扩大了他的研究范围，他发现大脑中处理物体的同一区域似乎也与处理颜色相关。阿米迪还推出一套新的感官替代设备，他称之为“眼睛音乐”，可以给每一种颜色分配不同的乐器，从而帮助盲人“看到”相应的色彩。久而久之，大脑就能学会将不同的音色与不同的颜色关联起来。

如今，阿米迪在思考下一个合乎逻辑的步骤：我们如何利用大脑的这部分区域来实现增强效果。阿米迪喜欢想象詹姆斯·邦德（James Bond）[1]，头戴“看声”摄像机座架耳中插着耳机的样子。只不过，邦德的“看声”系统连接的不是摄像机，而是红外线或热传感器罢了。

“我喜欢把这个想法叫作‘专为耳朵打造’，”阿米迪说，“我们可以开始使用感官替代来增强而不是替代失去的感官。”

试想，邦德进入一座建筑物，穿过一条走廊，朝着邪恶大反派的老巢走去。利用普通视力，邦德可以仔细扫视前方的走廊，找出他视线范围内的守卫和攻击者。与此同时，“007”还可以用他的“看声”系统来透视墙壁，通过热源侦察出潜伏在墙后伺机而动的坏蛋。邦德甚至可以在敌人看到他之前就击穿墙壁射倒对方。

阿米迪才刚刚开始研究可以利用大脑中的哪些区域来处理这些信息。但其中的可能性很有意思。而这其实只是个开端。事实证明，大脑的可塑性并不仅有助于身体在受伤后自行痊愈；不管你信不信，可塑性似乎还有助于在我们遇到危险的情况下形成保护自己的能力。换句话说，智慧以某种方式储存在我们的大脑意识之下，储存在由经验塑造的突触连接的力量之中，可以帮助我们避免所有伤害。因此，可塑性除了可以解释帕特“看声”机器的深奥秘密之外，还可以解释我们所有人都经历过的事情，这些事可能因为太过短暂，太过难以解释，以至于我们常常将之完全排除在我们的想象之外。我们将会看到，可塑性也可以解释人类经验的一大奥秘——直觉。

第二部分 感知

第二部分感知