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科学星|如何用一个秤，来测量大脑的变化，19世纪的科学家曾这样想过( 二 )


这类头骨缺陷很少见 ， 所以莫索也寻找其他方法测量头骨完整者的相同大脑活动 。 其结果就是他的“灵魂之秤” 。 1890年的一本书籍——《心理学原则》中 ， 对这种“秤”有简短的描述：它是一张“精细平衡的桌子” ， 随着进入大脑的血流量增加 ， 桌子向接受测量者头部所在端倾斜 。 然而 ， 莫索自己对这一实验的记述却未得到广泛报告 ， 并且很快就失传了 ， 这就意味着现代人很难搞清“灵魂之秤”是否正如《心理学原则》中所描述的那样工作 。
科学星|如何用一个秤，来测量大脑的变化，19世纪的科学家曾这样想过
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100多年后 ， 上述理念却抓住了英国瑞丁大学“合成神经科学与神经动力学中心”科学家戴维·菲尔德和劳拉·茵曼的想象力 ， 他们决定依据《心理学原则》一书中的描述建造一部“灵魂之秤” 。 它基本上就是一根杠杆：一名志愿者躺在上面 ， 整个装置被调试 ， 直到引力中心正好位于支点上方 ， 从而使得整个装置能回应随着血流进出头部而发生的很小的重量变化 。
菲尔德和茵曼很快就发现 ， 他们的装置过于灵敏 ， 总是倒向一端 。 他们首先想到的是 ， 这种装置永远不可能达到水平平衡 。 但他们并未放弃 ， 而是尽力补救 。 他们让这个装置稍稍向头颅所在那一端倾斜 ， 以便它靠在一部电子秤上面 ， 电子秤同时测量正施加给“灵魂之秤”的微妙力量 。
解决这个问题后 ， 实验人员接着发现 ， 呼吸和心跳之类的人体内部运动造成的震动会主导读数 ， 因为这类运动力度远远大于与大脑活动相关的改变 。 他们的解决办法是 ， 随着志愿者经历不同的场景和声音 ， 从“灵魂之秤”记录到的力量中用电脑减去人体内部运动造成的震动 。 经过仔细分析 ， 他们得出结论：大脑重量的确会随着刺激而改变 ， 只不过改变程度很轻微——通常不到1%牛顿 。
科学星|如何用一个秤，来测量大脑的变化，19世纪的科学家曾这样想过
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如此看来 ， “灵魂之秤”在理论上确实是可以工作的 。 不过 ， 莫索当初是否也克服了以上挑战？或者 ， 正如菲尔德当初所怀疑的那样 ， 莫索只是个“骗子”？直到数位学者2018年发现莫索的手稿 ， 并发表对他的相关实验的详细描述后 ， 菲尔德才意识到莫索当年曾面临他和茵曼遇到的同样难题 。
与菲尔德不同 ， 莫索让他的装置摇摆 ， 正是这种跷跷板运动造成了反映志愿者思想的摇摆曲线 。 但为了不让装置向两侧摇晃太厉害 ， 他把可调平衡物悬挂在桌子底面 ， 以抑制桌子的运动 。 莫索还设法把身体其余部分的振动也考虑进来：使用改进的仪器测量四肢与脉搏相关的变化 ， 以及测量胸部与呼吸有关的变化 。 通过比较这些变化和秤的运动 ， 莫索得以确定与大脑相关的血流量改变 ， 其原理与菲尔德和茵曼在实验中的解释基本相同 。
上述学者的论文中 ， 包括莫索讲述的他针对乔乔和他的一名22岁学生的“思想称重”实验情况的译文 。 例如 ， 他报告说 ， 一次警报声增加了进入志愿者大脑的血流量 。 在后来的实验中 ， 他让志愿者阅读报纸、小说和哲学文章段落 ， 并且报告说秤在志愿者读哲学文章时倾斜最快 ， 而哲学文章显然在这三种文章中最难读 。
尽管有这些讲述 ， 上述学者却无法确定莫索的“灵魂之秤”精度如何 。 但这并不重要 ， 重要的是莫索开了大脑活动研究的先河 ， 同时又考虑到了现代神经成像专家所面临的问题 。 例如 ， 今天的科学家在运用磁共振成像仪时仍然需要考虑由心跳和呼吸引起的振动 ， 并且他们也需要像莫索那样让“信噪比”最大化 。 莫索还有一点很了不起：他在做结论时考虑到了性别、年龄和教育背景等因素 。 莫索的“灵魂之秤”目前存放在都灵的“科技档案馆”里 ， 科学家准备围绕它办一次专门的展览 。
耐人寻味的是 ， 虽然有了不少进展 ， 但现代神经成像学家依然能够从莫索那里学到不少东西 。 菲尔德指出 ， 通过比较大脑不同部位的充氧血和去氧血的相对分布 ， 磁共振成像仪能让你看见大脑的哪些部位更忙碌 。 但与“灵魂之秤”不同 ， 它不能揭示总血流量变化 ， 因此不能表明哪种情况要求大脑总体上更努力工作 。 “灵魂之秤”在研究医药方面也有用场 。 试想 ， 有一种药物可能影响大脑血流量 ， 磁共振成像仪不能查明这方面情况 ， 但“灵魂之秤”却能 。


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