Deep Dive
Shownotes Transcript
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这里是《难以解释》。我是诺姆·哈森费尔德。我不知道我的大脑是如何工作的。
公平地说，不仅仅是我。没有人真正知道。从根本上说，科学家们并不真正了解我们的大脑是如何塑造我们的。诸如天才、疾病、创造力或精神分裂症等方面。我们知道这些事情与大脑有关，但有一个很大的问题。
我们能否看到这些特质在大脑中的起源？例如，我们能否找到它们的位置？这个问题可能会改变医学，并解释许多人类行为。因此，科学家们长期以来一直在努力解决这个问题。但他们并非都以相同的方式来处理这个问题。
在本周的节目中，我们的记者布莱恩·雷斯尼克和伯德·平克顿将讲述两个截然不同的故事，讲述科学家们是如何处理大脑之谜的。有一些工具可以让我们更清晰地看到更多的大脑细节，也有一些隐喻改变了科学家们讲述大脑的故事。
我们将从布莱恩和大脑工具的故事开始，讲述每一项发明是如何进一步推动我们理解大脑的能力的，以及为什么技术本身可能还不够。
是的，这里有一段非常悠久的历史，可以追溯到几百年前。一些最早的工具只是涉及在人们死后取出他们的大脑，你知道的，然后四处戳戳，看看他们有什么不同。
在1880年代，有一个著名的例子，这个人叫查尔斯·吉托。他是枪杀加菲尔德总统的刺客。他一生中遭受了许多妄想症，导致了这起臭名昭著的枪击事件。在他死后，研究人员采集了他的大脑，他们真的认为他们可以打开他的大脑，看看妄想症在哪里。
我想他们没有在大脑中找到妄想症？是的。吉托的大脑看起来很正常。也许他患有梅毒之类的疾病，但没有太多证据。没有什么过于明显的。而且
这种工作方式的奇怪之处在于，它以奇怪和非法的方式持续发生着。它不断地切除更多的大脑。是的，直到1950年代阿尔伯特·爱因斯坦去世时，一位医生实际上偷走了他的大脑。他违背爱因斯坦的意愿收集了它。这其中的想法也差不多。他们想打开爱因斯坦的大脑看看……
天才的源头在哪里。就像大脑上写着“天才在此”的大招牌一样。是的。老实说，阿尔伯特·爱因斯坦的大脑看起来就像一个普通的大脑。所以这里第一个工具就是一把刀，我猜？就像切开大脑观察一样？是的。大体解剖。是的。我必须问，这基本上不起作用是因为……
是的。需要明确的是，有时你可以打开大脑并看到身体异常。你可以看到肿瘤，你可以看到缺失的部分，这可以解释某些人之间的差异。但你是完全正确的。大脑是……
化学的，电的，活的。想法是，如果你能实时观察它的工作方式，那么你也许就能开始看到一个大脑与另一个大脑之间的差异。
你如何做到这一点？你如何检查活体大脑？这是关键问题。在接下来的几十年里，出现了一堆新的工具。比如给人们注射放射性染料，这些染料会被大脑吸收。然后你可以在扫描仪中观察这些染料的去向。但这是一种侵入性方法。你不想向人们的大脑注射太多东西。当然不想。然后从70年代和80年代开始，一种新的工具出现了。它被称为核磁共振成像。
美国食品药品监督管理局今天批准了一种新型诊断机器，可以拍摄人体内部的详细图像。现在，医生们必须学习以一种全新的方式观察人体。对，核磁共振成像。所以这就像那种又大又响的……
X光机。核磁共振成像究竟是什么？是的，核磁共振成像，磁共振成像，是一种可以拍摄人体软组织图像的机器。比如你的肠道、你的肾脏，你知道的，与X光机不同，X光机更适合拍摄骨骼等硬组织。扫描仪利用无线电波和强大的磁场拍摄图像，让医生可以直接看到人体器官内部。
核磁共振成像的工作方式涉及一个巨大的磁铁。这里最基本的故事是，你身体的软组织可以被用来与磁场相互作用。机器接收这些相互作用并生成人体内部这些软组织的图像。
这就是当时的氛围。核磁共振成像作为一种方法变得非常流行。所以我采访了彼得·巴纳蒂尼。他有点像美国国立卫生研究院（NIH）的核磁共振成像大人物。实际上，他们网站的一个页面称他为“核磁共振成像先生”。核磁共振成像先生。差不多。差不多。但在90年代初期，他只是一个研究生。
我记得看着旧照片，心想，“哇，这些衣服都大了两个尺码。”在这个时候，彼得也看到了核磁共振成像的功能，看着核磁共振成像拍摄的大脑图像，只是在想，嗯，这仍然有点局限性。
是的，如果你看一张扫描图，你将无法分辨受试者是死是活。它只是解剖结构。彼得和他的导师基本上是想把从核磁共振成像中获得的静态图像变成电影。这将如何运作？你究竟要拍摄什么？当你的大脑进行任何类型的思考时，它都需要能量。当它需要能量时，它就会呼唤血液。血液含有氧气。氧气使整个过程运转起来。
所以他们认为，你可以调整核磁共振成像来检测血液在你大脑中的流动位置，并连续拍摄大量照片。制作大脑活跃部位血液流动增加的电影
这是活跃的。你可以看到大脑的哪些区域在特定时间点在思考，你可以将其与“好的，大脑的这个部分在某人做某事时在思考”配对。所以这将是功能性核磁共振成像或fMRI，观察大脑的功能。这就像观察心脏跳动而不是仅仅观察解剖学上的心脏一样。我想这种fMRI电影会给医生提供更多关于大脑的有用信息？
是的，所以想法是，如果你可以让不同的人进入这些扫描仪，你就可以开始绘制他们大脑的工作方式图。你可以绘制它们的功能图。同样，这里的想法是，一旦你开发出这种工具，功能性核磁共振成像，也许你就可以开始看到大脑的差异了。是的，比如阿尔茨海默病。
精神分裂症，神经系统缺陷，如多发性硬化症，甚至其他精神疾病，如抑郁症。好的，所以彼得梦想有一个fMRI，一种实时核磁共振成像电影。是的。他认为这可能是关键，或者这可能是解开这个终极问题的关键，但还没有这样的机器，对吧？你如何制作……
一台拍摄大脑电影的机器。所以在90年代初期，彼得和他的导师埃里克，他们是众多试图让这件事发生的小组之一。他们从摆弄他们大学医院的核磁共振成像机器开始。这是一台临床扫描仪，所以我们只有在晚上才能使用它。所以我们会在大约午夜时分下去
或者晚上工作到早上六点。只有我们在这个空荡荡的医院里。——整个事情就像一个维多利亚时代的科学故事。——月亮升起了。我们没有时间浪费了。——你知道，科学家们在深夜里工作，使用一种奇怪的新装置来窥视人类灵魂中最黑暗的区域之一。——大脑没用了。
我们必须找到另一个大脑。这非常原始。你知道，我们拥有这台设备，我们正在对扫描仪做一些非常奇怪的事情，大多数人都不知道我们在做什么。十五分钟后，风暴应该达到顶峰。然后我们就准备好了。
他们不得不临时拼凑这个装置，这个带线的头带，让核磁共振成像聚焦在大脑上，拍摄大脑中血液的图像。我们正在用下水道管道、电线和环氧树脂制作特殊的线圈，并将它们粘在扫描仪上以提高性能。我是第一个志愿者。彼得进入机器。他戴上他们制作的头带。
然后他们打开它。他们想看看当他移动身体时，血液在他大脑中的哪个部位流动。埃里克会通过对讲机喊，“开始和停止。”那是在敲我的手指。敲20秒，停止。在我们处理完数据后，我们查看了它，结果就在那里。
令人兴奋。这完全令人难以置信，这实际上完全是非侵入性的，没有使用放射性示踪剂。你只需要把一个人放在那里，让他们做一些事情，你就能看到大脑的活动。这始终是一件神奇的事情。你看一个人的大脑，就像那就是他们。那是他们的本质。
你看到大脑中发生的事情的地图，你实际上是在看到他们是谁的一个窗口。他们也很兴奋，因为他们认为这是关键，或者这可能是解开这个伟大谜团的关键，比如是什么让一个大脑与另一个大脑不同。他们认为这真的可能是这个工具。有一些在诊所工作的脑神经科学家认为，哦，你知道，现在……
我们可以把个人放在扫描仪里，看看他们是否患有精神分裂症，或者在个体受试者层面更好地了解他们的疾病。比如，你知道的，把一个人放进去，诊断他们。
所以我觉得我知道答案了，但他做到了吗？这台新的弗兰肯斯坦机器能否仅仅观察大脑并诊断某人？我的意思是，彼得并没有解决整个两个大脑的问题，对吧？两个大脑的问题仍然存在。该死。事实证明，这比我们预期的要困难得多。但是……
与此同时，这并不是说功能性核磁共振成像完全失败了。它产生了如此多的见解。自从它在30年前首次亮相以来，科学家们确实能够绘制大脑图谱。他们绘制了我们感受情绪、体验疼痛的地图。fMRI甚至可以被训练来弄清楚某人在梦想着什么。这就像读心术。
在这个两个大脑的问题上也取得了一些进展。比如，事实证明，如果你取100个患有精神分裂症的大脑，并将它们平均起来，你就可以开始看到哪些大脑区域受到了影响。你可以开始看到，你知道的，哪些大脑网络对抑郁症很重要。你仍然不能在个人的大脑中看到它。你无法诊断它。所以……
我的意思是，这显然是一个难题。这是本期节目的主题。但是为什么在单个人的大脑中很难弄清楚这一点呢？是的。一旦你开始深入研究大脑，你就会意识到它是多么密集和复杂。你开始意识到，
这个问题的答案必须多么宏大。这并不是一个简单的，你知道的，你只需要把某人放在扫描仪里，你就能看到它。你把一个患有精神分裂症的人放在扫描仪里，
他们的脑部可能以一种非常细微的方式发生变化，并且与你放入另一个患有精神分裂症的人的方式不同。这里有一些可能的原因，解释了为什么你无法在扫描仪中看到它。其中一个原因是核磁共振成像不够精确。它很灵敏，但它并不……
像我们希望的那样灵敏，无法找出这些细微的差异。它正在制作血液流动的电影。它并没有制作关于你大脑中所有神经元如何连接和交换信息电影。这里的每一小部分血液都可能掩盖数千个神经元的工作。
这就像你乘坐飞机飞越城市一样。你可以看到哪里亮着灯，但你不知道人们在家里做什么。是的，我的意思是，它可以告诉你一些事情，对吧？它可以告诉你人们在哪里，或者他们是否醒着并使用电力，但它并不能准确地告诉你他们是否在线、看电视或其他任何事情。是的，里面还有更多细节是我们看不到的。所以也许我们需要……
另一项技术可以向我们展示每个神经元都在做什么。
是的，这可能是一种前进的方式。也许这就是我们正在经历的发明新工具的故事，我们仍然不知道窥视人类大脑并发现所有差异的完美工具是什么。我们仍在朝着正确的方向前进，我们还没有到达那里，我们需要下一个飞跃。但也有可能fMRI可能是这个故事中的一种最终工具，或者它仍然比……
过去30年发生的事情更重要。也许它已经产生了我们所需的所有信息，也许我们只是没有正确解释这些数据。
你可以拥有最好的数据，但除非你有一个模型来理解这些数据，否则它没有任何意义。你知道，这就是科学进步的方式。我的意思是，你有，你知道，人们用望远镜观察星星，但后来有人实际上建立了一个太阳系的模型，才能利用这些望远镜对太阳系有洞察力。大脑也是如此。我们有这些工具，
我认为我们仍在努力弄清楚大脑功能的原理是什么。因此，最终，它可能不仅仅是工具。它可能是我们还需要知道如何使用工具的另一个层面。是的，完全正确。完全正确。
休息过后，不仅仅是工具随着时间的推移而改变。是科学家思考大脑问题的方式。他们讲述的故事。那些推动我们前进，有时又阻碍我们的故事。《难以解释》的支持来自Greenlight。有孩子的家长告诉我，时间过得很快。在你意识到之前，你的孩子就长大了。他们有了自己的信用卡。
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15年后，鲍勃·艾格终于在2020年交出了权力。他的退休并没有持续多久。他现在在他的遗产上留下了一个很大的污点，因为他一次又一次地推迟退休，当他最终选择继任者时，这对任何人都没有好处。
当然，现在正在进行一场“烘焙比赛”。每个人都在关注，会是谁？我认为没有人是显而易见的最佳人选。情况并非如此。我是乔·阿达利安。《秃鹫》和Vox媒体播客网络推出《巨人之地：迪士尼的困境》。在您收听的任何地方关注，每周三收听新剧集。人脑。
细胞和纤维的柔软物质团是构成……《难以解释》的纤维网络的中心。
《难以解释》，我们回来了。在节目的前半部分，布莱恩谈到了科学家们为研究大脑而开发的所有工具。所以科学家们已经从解剖大脑并观察它，到从核磁共振成像获得静态图像，再到从功能性核磁共振成像获得电影。但每当他们发明一种新工具时，他们都会发现能够在某个特定的大脑区域找到天才或疾病的目标是
它仍然遥不可及。
但我们的记者伯德·平克顿讲述了一个关于思考大脑的完全不同方法的故事。是的。你好，诺姆。你好。正如你提到的，我读了一本名为《大脑的概念》的书。它是由一位名叫马修·科布的人写的。他指出，几乎每次研究人员在对大脑的理解上取得重大飞跃时，这不仅仅是因为
他们获得了研究大脑的新工具或收集数据的新方法。这通常是因为他们对如何思考大脑有了新的隐喻。你的意思是新的隐喻？所以这通常是某种像在云端漂浮的新技术。
所以像1700年代的钟表、电力甚至计算一样，这些新技术与研究大脑本身并没有直接关系。但它们给了研究人员关于大脑可能是什么样的新想法。比如，也许大脑就像一个钟表。
也许它像一个发电厂。我和马修谈论了这些不同的技术。但我认为，对我来说，最清楚地说明新技术如何真正帮助研究人员提出大脑隐喻的例子是电报。
所以电报最终在1830年代中期被掌握，并且以令人难以置信的速度传播到整个大陆。几乎立即，科学家们、思想家们，他们都在电报网络和……
神经系统和大脑之间画了一个平行线。这种交流的隐喻，电线的隐喻，中心位置的隐喻。最重要的是，在这些电线中存在着这些东西，这些信息、新闻、事实、命令从中心向下传递到外围，以使事情发生。这极大地改变了我们看待大脑的方式。
所以马修，把大脑比作电报，并将信号以电的方式从一个点发送到另一个点，这对研究人员有什么帮助？例如，他们观察了跨大西洋传输电报信息的深海电缆的结构。
他们可以看到有一个铜芯，周围是绝缘层。然后他们观察神经元、神经，他们说，嗯，这完全一样。有一个外鞘似乎正在隔离它。因此，即使是我们对神经系统最基本单元的理解也开始与我们对技术的理解完全融合在一起。如果没有这项技术，我们也不会
以同样的方式理解这些结构和组织，或者我们无法进行导致我们达到这一点的实验。明白了。所以，潜在的，拥有这种海底电报的隐喻可能指导了研究人员，或者帮助他们意识到神经元具有我们现在认识到的结构，即它具有一种被鞘覆盖的长轴突。
他们什么时候意识到，这种电报隐喻是有限的，或者实际上并不是大脑的完美类比呢？嗯，电报系统的主要问题在于它是固定的，并且布线是
它是静态的。它不会改变。你从总部向你位于郊区某个地方的分支机构发送消息，就是这样。然后读取消息，事情就会发生。但你不能决定将该消息重新路由到隔壁的地方。它是固定的。你无法改变它。所以发生的事情是，一种新技术出现了，人们开始认为，实际上，大脑更像一个电话交换机，因为那是下一个重大发展。
那就像所有电缆都在插拔东西的交换机操作员吗？19世纪后期的电话交换机由一种带有电线进入的槽格组成。如果你想打电话给某人，你可以在家拿起听筒，当地交换机就会亮起指示灯。
然后其中一个电话接线员（通常是女性）会将导线插入你的插槽，因为一个小灯会亮起来，然后她会说，“你要打哪个号码？”——你要打哪个号码？——你会说出你要通话的号码。——你好，我想和马修通话，号码是272，请。——然后她会将那根电线连接到你想要通话的号码。——你好？——你好，布莱恩。我有一些关于大脑如何工作的问题。——所以这里的关键点是
消息可以改变目的地，布线是灵活的，它会根据你正在做什么而改变。这与对神经系统结构的认识相吻合。这些结构及其相互连接会随着时间而变化，它们会生长，我们的神经系统不是固定的。
这更像一个电话交换机，而不是一个电报系统。所以你仍然有消息沿着电线传递的想法，但现在它可以改变，它可以改变，它是可塑的，而不是固定的。你好，你想打哪个号码？布莱恩无法完全回答我的问题，所以我想和其他人谈谈。你能帮我转接到马修·科布吗？我会问他关于大脑的下一个隐喻。当然，这是一个简单的转移。节目的下一部分马上就要来了。
电话之后是什么？我们现在在哪里？嗯，主要的隐喻是大脑类似于计算机。对不起，我仍在处理你所说的话。它正在进行某种计算。我只是不确定我是否有足够的带宽来完成这个项目。这个想法诞生于1940年代和1950年代初期，至今仍占据主导地位超过70年。
关于你发现的快速下载。主导着我们的思维方式，不是字面意义上的，而是作为一种普遍的框架。我只需要一分钟时间来精神充电。
这种计算机隐喻对现代试图研究大脑的研究人员有什么帮助？嗯，我认为它是在整体框架中，大脑正在进行计算的想法，以某种方式，它正在对现实世界以及如果……
采取某些行动会发生什么进行某种奇怪的计算。所以它普遍暗示，以某种方式，外部世界在我们的大脑中被表示出来，并且它将以某种抽象的、算法的方式被表示出来。
研究人员是否真的说，这些神经元充当计算机？我认为没有多少科学家会说大脑字面意义上就像一台带有中央处理器和图形板的计算机。我的意思是，如果我把我的图形单元从我的电脑中取出，它就不会有任何图像，而我可能会损坏我大脑的特定部分。
如果我很幸运，我的大脑其他部分可能有足够的可塑性来恢复这些功能的某些方面。所以计算机是死的，而大脑是活的。我的意思是，这部分上就是这种情况。所以这个隐喻有明显的局限性。所以如果我们看到这个隐喻的局限性，并且正如你提到的，我们已经使用这个隐喻70年了……
我们在节目的前半部分实际上与一位研究人员进行了交谈，他基本上说我们正在从fMRI收集各种数据，但我们并不总是知道该如何处理这些数据。我想知道，这是因为计算机隐喻已经……
失去了它的效用？那里有更好的隐喻吗？嗯，如果我知道的话，我会非常富有，因为我知道它是什么，我会发财。所以我不确定仅仅说，是的，我们需要一个新的隐喻会帮助我们。因为如果我们回顾历史，它有点落后于技术。而且
在过去的40年或50年中，人们反复尝试这样做，并非故意说，哦，我们需要一个新的隐喻，而是他们对某些事情感到兴奋。
所以，在我本科的时候，全息图是很重要的事情。人们谈论大脑具有全息方面的特性。现在没有，人们放弃了这一点。最近，随着云计算的出现，人们开始说，嗯，大脑可能更像一个云计算系统。从使用这个隐喻中并没有出现任何实验。所以
我在阅读文献，特别是那些绝望的人写的文章时，我的感觉是，上帝啊，这是一个多么令人惊叹的时代。你拥有所有这些技术。我们拥有惊人的数据量，但我不知道该如何处理它。
所以Bird。你好，Noam。最终，我们似乎拥有这两段关于大脑研究的历史。我们有工具的故事，这些工具向我们展示了越来越多的关于大脑的细节。然后我们有了隐喻的故事，它使我们能够取得一些新的概念飞跃，例如理解神经元就像电报线，或者大脑像电话系统和接线员一样是可以改变的。但是当你到达这两段历史的结尾时，你会想，
我们每次都会遇到障碍，对吧？我们没有能回答所有问题的工具，而且我们似乎也没有一个隐喻能够推动我们的研究以新的方式向前发展。那么我们下一步该怎么做呢？
我的意思是，我不知道我是否有比Matthew Cobb更好的答案，他比我花了更多的时间专注于此。我认为，你知道，这在定义上是未知的或无法解释的。但我确实认为，了解我们如何到达这些障碍的这两种不同的历史实际上是有用的，因为对我来说，它确实帮助我们想象
一种前进的方式，这种方式不会过于关注需要任何单一的新事物来取得进展。例如，也许下一个飞跃不需要新的技术隐喻。也许理解大脑的下一个伟大的隐喻来自研究其他动物的大脑，甚至研究奇怪的外星黏菌智能，就像我们上周谈论的那样，并从中得出新的隐喻。或者像
也许我们需要一个新工具，但研究大脑的下一个新工具不像直接观察大脑的工具。也许是人工智能，人工智能可以处理所有fMRI数据，并在其中看到研究人员无法看到的东西。
这里的重点是，我们研究大脑的方式没有一个明确的故事。例如，技术是不够的。隐喻本身也不够。进步从来都不是一条直线。因此，同样，我们下一步可能去向哪里也没有一个明确的未来。
本集由Brian Resnick和我Bird Pinkerton制作和报道。Noam Hassenfeld为本集配乐并与Meredith Hodnot和Catherine Wells一起编辑。Manning Nguyen核实了事实。Christian Ayala负责我们的混音和声音设计。Liz Kelly Nelson是Vox Audio的副总裁。特别感谢Russ Poldrack、Lauren Katz、Amina Alsadi和Will Reed的帮助和时间。如果你
如果你想要更多关于大脑历史的内容，包括关于老式机器人和现代计算历史的故事，这些内容我们无法在本集中容纳，Matthew Cobb的书名为《大脑的理念》。如果你想继续思考更普遍的智力奥秘，上周的节目全部是关于具有数学技能但没有大脑的奇怪黏液。
最后，如果你有想法，请给我们发邮件。我们的邮箱是[email protected]。我们很乐意收到你的来信。如果你觉得可以给我们留下一个不错的评论或在Apple Podcast上留下五星评价，我不知道。我知道我们都会非常感激。所以《无法解释》是Vox Media Podcast Network的一部分，我们下周会休息，但下下周我们会回来。