菲尼亞斯.蓋奇

這一令人驚異的案例的意義在於，如果我們的語言能力位於大腦中，很顯然不在大腦的前部。 在選擇性腦損傷中，一個眾所周知的例子是帕金森病，這種病症立即使人直接聯想到其所涉及的腦區功能。 促使我們在確認特定腦區的特定功能時持謹慎態度的另一個理由是，存在著神經元的可塑性。

【菲尼亞斯.蓋奇 人物誌】
1848年9月13日，鐵路工人蓋奇用孔洞中塞滿黑色火藥，放入引信線，填上沙子，然後用鐵棍夯實。然而，這次炸藥爆炸卻發生了不幸的意外，爆炸時鐵棍穿過他的左下巴，整個穿透了他的頭部，受爆炸衝擊力，他的身體飛出了30碼之外。爆炸之後幾分鐘，蓋奇甦醒過來慢慢地離開了爆炸現場。幾天之後，他的頭部傷口感染，幾周后從頭皮竟流出了200多毫升膿液，由於前額皮層受損，隨著時間推移，人們開始注意到了他身上的差異。他經常忘記了一些社會禁忌，由此導致了行為舉止異常。以前，菲尼亞斯是個願意合作而友善的人，而現在他卻變得專橫、優柔寡斷、傲慢、頑固、對旁人漠不關心。最終，他離開了在鐵路上的工作，到處遊蕩，最終成為集市上一個行為怪誕的人而了卻了他的餘生。
【菲尼亞斯.蓋奇 案例】　
The case of Phineas Gage （蓋奇案例）
1848年9月的一個下午，有一名叫菲尼亞斯.蓋奇的美國人身上發生了一場悲劇。一根大鐵桿穿過了蓋奇的大腦的前部，但他的語言能力卻未受影響。這一令人驚異的案例的意義在於，如果我們的語言能力位於大腦中，很顯然不在大腦的前部。 　這個案例啟發了語言學家開始探索語言與大腦的關係，也就是心理語言學的研究發端。
這個事件後，更多觸目驚心的腦損傷病例出現在報導里，它們或多或少地表達了相同的觀點：前額葉皮層看來與呼吸、體溫調節等基本生存功能或任何一種感覺加工或運動協調並無任何關係，但與我們頭腦中最複雜的方面，即我們個性的本質和我們如何作為個體對外部世界作出反應等有關。這些奇聞軼事馬上引起了關注，因為它們揭示出這樣一個事實：我們看作是自身固有的神聖不受侵犯的性格竟然受肉體的腦的擺布，要知道它們可是我們的腦。另外，就目前我們正在討論的前額葉皮層而言，這些報導也提出了與這部分腦區功能有關的問題，雖然不那么有哲理性，卻更專一。這個控制性格的單一腦區是不是腦內的一種總管性的微型腦呢？顱相學家曾將性格加以細分，並錯誤地將它們劃分到不同胞區，上述的這種概念甚至對於他們來說也太粗淺了。那么，額葉腦區的功能到底是什麼呢？
1935年，葡萄牙神經病學家埃加斯·莫尼斯（Egas Moniz）出席了在倫敦召開的第二屆神經病學國際會議。在這次會議上，他聽到了一則報告，稱一隻明顯神經質的猴子在額葉損傷後變得鬆弛得多了。這使莫尼斯頓生靈感，提出一種類似的方法來治療疑難病例。他發展了一種名為腦白質切除術（leucotomy）的技術。 這一術語來自於希臘語，意為“切除白色物質”，這裡指的是切除連線額葉和其他腦區之間的神經纖維。直到60年代，額葉白質切除術仍然是處理抑鬱、焦慮、恐懼和侵犯等一系列極其強烈而持久的情緒反應的可選療法。1936年至1978年間，在美國大約有35000個病人接受了這種外科手術。若想對到底有多少個人接受了治療有個感性認識的話，就請看一眼紐約市電話號碼簿上姓為史密斯的人有多少吧！自60年代後期起，腦白質切除術的施行例數逐年下降。幾十年前，臨床醫生似乎只有外科手術這樣一種可行的治療方案。現在，他們手頭已有更有效的藥物，而且也最終意識到這種手術可能導致認知的缺陷。
在腦白質切除術的全盛期，這種手術被認為幾乎不產生副作用。漸漸地，人們開始發現其療效並非無可爭議，事實上它的副作用相當嚴重。這些接受過手術的病人與菲尼亞斯一樣，在性格上發生了變化，變得缺乏預見、感情漠然。與這種明顯的無能力作前攝（proactive）相一致，額葉受損病人在處理特定問題時，往往拘泥於陳規，缺乏創新能力。他們不能根據外界環境的變化來調整或改變行為，只是執著地沉溺於舊時的經驗。讓額葉受損的病人或猴子執行某些特定的實驗操作，使得人們對這種機能障礙的大致狀況逐漸清楚起來。例如，讓病人進行一項操作，如先按符號的顏色對卡片進行分類，然後再按照符號的形狀加以分類，他們往往不能按規則加以更換。有人把這種我們正常人皆具備的能力稱為工作記憶，即完成一項任務的工作框架（俗稱為“腦的黑板”）。在工作記憶受損時，難以記住事件正確的前後關係。不過，前額葉皮層損傷所造成的障礙不只是對記憶有影響，這種損傷的另一個後果是，喪失了言語上的自發行為：這些病人傾向於不願接受信息，離群索居，就像我們在菲尼亞斯身上看到的一樣。
雖然我們已有上述的豐富資料，但還是很難確切地說前額葉到底有什麼功能。一些神經科學家指出，前額葉受損病人與精神分裂症患者有相似之處。精神分裂症患者似乎與這些病人一樣，在工作記憶方面有問題。所以人們把精神分裂症解釋為是傳入信息與內在的標準、規則或期望之間匹配的失調。精神分裂症和前額葉受損的病人有同樣的問題，他們不能恰當地對感覺輸入加以分類，也不會按照正確的時間順序來進行記憶，而這些感覺輸入或記憶又恰恰籠罩和支配著他們。看來他們像是缺乏多數人具備的內在應變能力，而這種能力對生命中偶然事件的衝擊起著緩衝器的作用。如果這樣的假設是對的話，那么要把一個有著太多不同側面、後果和結局的過程歸結到我們日常生活中的單一確定功能，實在是太複雜、太抽象了。即使我們是顱相學家，也難以為額葉貼上一張簡單而又貼切的標籤。
我們可以認為，病人患有社交障礙或工作記憶障礙，但很難在這兩類完全不同的損傷之間找出共同的因子。事實上，對於許多腦區（如果不是大多數的話），要把協調外部世界熟識的事件唯一地與單一腦區內的實際事件匹配起來是非常困難的。皮層的不同部分，如運動皮層和軀體感覺皮層，明顯地有不同的功能；而聯合區，如前額葉皮層和部分項葉皮層，都各有其自身專門化的作用。但與顱相學家的看法相反，這些作用並不一一對應於我們性格的主要方面和現實世界中的特定活動。某個腦區究竟在進行什麼活動？這些內在生理活動又如何反映於外表行為？這兩者之間的關係是現代神經科學面臨的最重大的挑戰之一。
鑑定特定腦區作用時所套用的一種腦研究方法是，考察特定腦區受損的病例，從病人目前明顯的機能障礙出發，推斷該腦區原來的功能——菲尼亞斯·蓋奇和腦白質切除病人的病例都採用了上述方法。在選擇性腦損傷中，一個眾所周知的例子是帕金森病，這種病症立即使人直接聯想到其所涉及的腦區功能。帕金森病是以詹姆斯·帕金森（James Parkinson）的名字命名的，他在1817年首次報導了這種病例。這種嚴重的運動障礙主要侵襲老年人，雖然較年輕的人有時也可成為犧牲品。病人表現為步履艱難，而且安靜時他們的手也會震顫，肢體僵直。帕金森病的吸引人之處是，與抑鬱症或精神分裂症等許多腦的疾病不同，我們確切地知道它的問題出在哪裡——中腦深部的一個區域。
在中腦的最核心處有須狀的黑色區域，後來命名為黑質（black mass），源自拉丁語“黑色的物質”（substantia nigra）。黑質之所以呈黑色，是因為這個部位的細胞含有黑色素。黑色素是腦中重要的化學物質多巴胺在經過一系列化學反應後的終產物。現已確證，黑質細胞在正常情況下產生多巴胺。
同樣，人們早已知道，如果拿正常的腦與帕金森病患者的腦作比較，就會發現後者腦的黑質蒼白得多，這是因為含有黑色素的細胞已經死了。這些細胞死亡帶來的一個嚴重後果是，這個部位不再產生多巴胺了。如果帕金森病患者服用含多巴胺前體左鏇多巴的藥片，病人的運動就可以得到顯著的改善。儘管我們確切地知道帕金森病的損傷部位在黑質，儘管我們知道所缺乏的特定化學物質就是多巴胺，但迄今為止尚未能對黑質在正常運動中的功能有清楚的了解。
此外，我們不能忽視這樣一個事實，那就是帕金森病不僅涉及黑質這樣一個解到部位，而且也特異性地與多巴胺這種化學物質有關。有人把黑質看作是關鍵性細胞向腦中另一有關的靶區（紋狀體）傳送多巴胺的唯一部位。於是又產生了一個重要的問題：紋狀體中的多巴胺有什麼功能？腦的解剖結構並非直接與腦中的化學物質相匹配，沒有一種化學物質是某一腦區所專有的。更確切地說，同一化學物質可以分布在許多不同的腦區，而每一腦區可以產生和利用多種不同的腦化學物質。正因為如此，在考慮腦損傷時，很難說哪個更重要，是涉及的腦區呢還是腦中化學平衡的改變。促使我們在確認特定腦區的特定功能時持謹慎態度的另一個理由是，存在著神經元的可塑性。腦損傷自然有多種原因，可以是疾病、車禍或槍擊，但很常見的原因是中風。如果腦內沒有足夠的氧分，就會發生中風。氧的不足可以是由於血管的阻塞，從而阻止了攜帶氧氣的血液進入大腦，或是因為血管變窄而造成血流量減少。如果發生中風，以運動皮層為例，將有可能追蹤到一連串逐漸顯露的相當有趣的事件。經歷了這樣一次中風后，起初病人可能沒有任何運動，甚至沒有反射活動，患側肢體只是無力懸垂著（軟癱）。幾天或幾周后，出現了外觀上的奇蹟，儘管奇蹟的程度將因病人而迥異。首先，反射恢復；接著，手臂開始變得有力，病人能進行肢體活動；最後，中風者能抓住東西。在一項研究中，三分之一的運動皮層中風患者能自發地抓住物體，由此達到康復的終期。
某些頭部損傷可影響到言語和記憶功能，關於這類腦損傷的康復也有報導。因此，腦功能不一定歸屬於一個區域、一群特定的神經元，否則當所涉及的原先起著完全壟斷作用的細胞死亡後，腦功能又如何能恢復呢？其他腦細胞似乎能逐漸地學會接替受損傷細胞的作用。其實，我們剛剛談到的運動皮層中風后抓握運動恢復的階段，與我們將在第四章中看到的嬰兒同一運動的最初發育非常相似。這再次表明，我們難以斷定腦的某一部分明確地實施某一功能。如果鄰近的腦區能代替其他腦細胞的功能，那么，很顯然，至少存在一定程度的靈活性，即所謂神經元的可塑性。
那么，我們如何來研究不同腦區的功能呢？我們真正需要的是一張快照，最好是一段錄象，記錄當一個人在思考、談話或實施任何一種日常功能時腦內的情況。這個理想正在變成現實，這種變化始於我們熟悉的X射線的套用。X射線是高頻電磁波，因為X射線輻射能量非常高，它很容易穿透實驗物體。