习得的不用

陶伯开拓了这个从行为主义的精华及大脑科学两者融合中衍生出来的新领域,事实上,这是行为主义的创始者巴甫洛夫(Ivan Pavlov)所预期的,许多人不知道,巴甫洛夫晚年曾经想把他的发现与大脑科学综合起来,他甚至说了大脑是有可塑性的。很讽刺的是,行为主义其实在某一方面,已经帮助陶伯准备好去发现这个重要的可塑性。因为行为主义者对大脑这么没兴趣,他们并没有像大多数的神经学家那样,下结论说大脑没有可塑性。许多行为主义者认为他们可以训练动物去做几乎所有的事,虽然他们没有说“神经可塑性”这个词,但他们是相信行为可塑性的。

因为陶伯对可塑性没有忌讳,所以他就敢用切断输入神经这个研究模式去冲锋。他认为假如猴子两只手的感觉神经都剪断了,它的两只手应该很快都能动,因为它一定要动才能存活下去。所以他把猴子两只手的输入神经都剪断,结果猴子两只手都会动了。

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这个发现是很奇异的:假如一只手的感觉神经被剪断,猴子就不用这只手了;假如两只手的感觉神经都被剪断,猴子两只手都会用了。

于是陶伯把整个脊髓神经的输入神经都剪断,现在全身没有任何一个脊椎反射反应留下来了,猴子不能从四肢接受到任何感觉的输入,它还是能用它的四肢,谢灵顿的反射反应理论到此宣告死亡。

然后陶伯又有了另一个点子,这个点子将他的想法转换成治疗中风的方法。他认为猴子在一只手的感觉神经被切断后,不去用这只手的原因是他“学会”了不去用它,因为在手术刚刚做完时,会有一段“脊髓神经休克”(spinal shock)的时期。

这个脊髓神经休克时期从两个月到六个月不等。在这期间,神经元不容易发射,一只动物在脊髓神经休克期间会想去动它被剪断神经的手,但是经过几次尝试以后发现动不了,动物就会放弃用这只手,用另一只手来进食。这样每一次它拿东西吃,都会得到正回馈,越用越多时,它大脑中运动皮质区关于这只手的地图就会改变,而另外一只手的地图因为不用就会缩减,同时不用这只手会使动用这只手的程序变弱,神经萎缩。陶伯把这叫作“习得的不用”(learned nonuse)。他认为两只手都被剪断的猴子可以用它的手是因为它们从来没有机会去学习不用,它们必须用才能生存下去。

但是陶伯想,目前支持习得的不用理论的证据是间接的,所以他马上再去做一系列非常聪明的实验,来防止猴子习得不用它的手。在一个实验里,他把猴子一只手臂的感觉神经剪断了,然后,他没有把好的一只手缠上绷带使它不能动,他反而把刚剪完神经的手臂绑上绷带,使这只手不能动,所以这只猴子在脊髓神经休克期间没有机会去动它的手,它就没有学到它的手是不能动的。果然,当他在三个月后解除绷带时(这时休克期已过了),猴子就能动它被剪断感觉神经的手臂。陶伯下一个实验是想知道能否成功地教会猴子克服“习得的无用”,然后再看习得的无用已经发展出来很多年后,他可不可以成功地改正习得的无用。他发现可以,而且这种方式使猴子的改善能够持续终身。陶伯现在有动物模式,不但可以仿真中风病人神经信息被中断,四肢不能运动,他同时还有克服这个困难的解决方法。

陶伯认为他的实验发现表示人们即使是好几年前中风的,也可能还受到习得的无用之害。他知道有一些轻微中风的病人都经历过相当于脊髓神经休克的“皮质休克”(cortical shock),可以持续好几个月,在这期间,每一次要动这只手都动不了,可能就使病人学会不用这只手。

在运动皮质区有严重损坏的中风病人,他们有很长一阵子没有办法改进,即使改进也只能部分恢复。陶伯认为任何治疗中风病人的方法都必须同时顾及大脑大面积的损伤及习得的无用,因为习得的无用可能遮蔽了病人复原的能力。只有先克服习得的无用后,他才能评估病人的情况到底有多严重。陶伯认为即使中风后,使我们能够做动作的运动程序可能还保留在神经系统中,所以他必须对病人使用他对待猴子的方式:限制使用好的手臂,强迫瘫痪的手去动。

在早期猴子的实验中,他学到一个重要的教训。假如他只是给猴子东西吃,每一次它动它切断神经的手,就给它奖励,即行为主义者所谓的条件作用(conditioning),这个猴子不会进步。他必须用“塑造”(shaping)的方式,一点一点去引诱猴子作出他要的动作才行。所以被切断神经的猴子不但在成功拿到食物时可以吃它,在作出有一点像实验者期待的行为时也有东西吃。

1981年5月,陶伯49岁,正领导位于马里兰州银泉(Sliver Spring)的行为生物中心(Behavioral Biology Center),他心中充满了大计划,要把他在猴子身上看到的方法转用到中风病人身上,乔治·华盛顿大学(George Washington University)政治系有个22岁的学生亚历克斯·帕切科(Alex Pacheco)志愿要来他的实验室工作。