
1994年4月17日,27年前的今天,美国神经生物学家罗杰·沃尔考特·斯佩里(Roger Wolcott Sperry)离世,他是1981年诺贝尔生理学或医学奖的得主。

1913年8月20日,斯佩里出生在美国康涅狄格州的哈特福德,他的父亲是银行家,母亲是商科学生,他还有一个弟弟。
高中毕业后,斯佩里获得了俄亥俄州Oberlin College为期四年的米勒奖学金,他主修英语,于1935年毕业,获得文学学士学位。1937年,斯佩里就读于Oberlin College研究生院,在Raymond Herbert Stetson的指导下研究大脑结构和行为,获得心理学硕士学位。硕士毕业后,斯佩里把重点从人文转向了科学,并准备攻读动物学博士学位。

1938年,他进入伊利诺伊州的芝加哥大学,在那里他与导师Paul Alfred Weiss合作,研究神经连接高级大脑的功能。在与Weiss合作期间,斯佩里研究了大鼠后肢神经的互换。在这个过程中,大鼠后肢的对立屈肌和伸肌肌群之间的主要神经被手术分离并重新连接互换,使踝关节运动颠倒。然后,斯佩里用电流电击其中一条后肢,并记录下哪条后肢对刺激做出反应而抬起。经过反复实验,斯佩里注意到,大鼠从未抬起受到电击的那条腿,而是抬起了他连接运动神经的另一条腿。例如,每当右后肢受到电击时,左后肢就会抬起,反之亦然。这是因为右后肢有来自左后肢的神经,左后肢有来自右后肢的神经。无论电击多少次,大鼠都没有抬起被电击的肢体,它们也不能学习和适应运动神经的新位置。斯佩里得出结论,哺乳动物出生时每条运动神经都有特定的功能,不能调节与改变。
1941年,斯佩里获得了哈佛大学Karl Spencer Lashley实验室的博士后奖学金。一年后,斯佩里跟随他的导师来到佛罗里达州的橙色公园,在一个与二战隔绝的地区继续他们的研究。在那段时间里,斯佩里研究了包括青蛙在内的两栖动物。他把青蛙的视神经在眼球后切断,并把眼球在眼眶中绕视轴旋转180°,重新定位。这样,旋转前后网膜各部分收到的外来信息,上下左右正好颠倒。手术后,被切断的视神经逐渐萎缩。过一段时期,新的视神经会由转动后的眼球上重新长出,伸向脑部,与脑部视区的神经细胞搭上关联。青蛙虽重获视觉,却并不得益。每当斯佩里在它的视野里某处放入小虫时,它总是向相反方向去摄取。这目标与行为间的偏差,无论如何都不能纠正。若不喂食物到口,青蛙就会被饿死。
实验表明:源于眼睛网膜不同部位的诸神经纤维,与脑部视区诸神经细胞之间,各有其对象。无论研究者把动物眼球如何定位,视神经如何切扭,由视网膜各部重生的视神经纤维,或重列,或绕道,最后仍回到各自先天就决定的目的点去,即使眼球经人为转向后会使行为产生偏差,也无可奈何。
据此,斯佩里提出了新的观点:一是“神经功能不可互换,并且与脑的联结不可塑”;二是“中枢神经的联结生长具有高度特异选择性并精确地按照预定程序进行,神经的联结是由遗传决定的”。
斯佩里的另一个研究领域是哺乳动物大脑半球的功能专门化。1954年,斯佩里在加州理工学院(Caltech)工作。在当时,切除胼胝体,或大脑左右半球之间的桥梁,成为癫痫的一种治疗选择。癫痫是一种导致随机发作的疾病。在这个过程中,医生会切除胼胝体,以防止癫痫发作的电脉冲从一个半球扩散到另一个半球。在接受手术后,癫痫患者能够正常生活,并顺利完成大多数任务。那时的观点认为,切断胼胝体没有明显的差异,这让斯佩里质疑胼胝体的功能。
20世纪50年代和60年代初,斯佩里最初在猫身上进行分裂脑的研究,以模仿癫痫患者手术干预后的大脑。大脑有两个半球,每个半球负责身体的另一边。右半球控制身体的左侧,左半球控制身体的右侧。斯佩里开始他的实验,通过切除猫双眼的胼胝体和视神经,来确定胼胝体的功能。手术结束后,他教猫在右眼被遮盖的情况下,用左眼区分正方形和三角形,在左眼被遮盖的情况下,用右眼区分三角形和正方形。这使得猫用一只眼睛记住了一种情景,用另一只眼睛记住了另一种情景。后来,根据哪只眼睛被遮住了,猫可以区分正方形和三角形,或者三角形和正方形。这意味着猫用两个不同的半球记住了两个不同的事件,这两个半球的功能是完全分开的。由于猫只能将形状区分为两个不同的场景,斯佩里得出结论,胼胝体在连接大脑两个半球以理解信息方面起着至关重要的作用。例如,有胼胝体的猫可以用双眼辨别三角形和正方形。
基于猫的实验结果,斯佩里对由于外界环境原因导致胼胝体被切断的人类志愿者进行了类似的测试。他也得到类似的结果。在他的人体测试中,斯佩里向志愿者展示了一小段时间的文字。如果研究人员将单词呈现在右侧视野中,大脑的左半球对其进行处理,如果呈现在左侧视野中,则大脑的右半球对其进行处理。然而,当斯佩里要求志愿者回忆刚刚看到的单词时,这两个简单实验的结果却大相径庭。如果只用左眼看,没有病人能记住这个词。然而,大多数患者如果用右眼看到这个词,就会记住这个词。根据这些结果,斯佩里得出结论,左脑负责右眼,能够说话、记忆和发音,而右脑不能做到这一点。
在20世纪60年代末,斯佩里进行了一项后续实验,以确定两个半球的功能有何不同。在实验中,斯佩里要求志愿者将右脑操作的左手放在一个盒子里,盒子里装满了他们看不见的不同物体。在那之后,患者看到一个词,描述的是盒子里的一个物体,只用他们的左眼,由右半球操作。斯佩里指出,大多数患者随后在没有看到的情况下从盒子里拿起了那个物体,但如果被问及物体的名称,他们说不出来,也不知道自己为什么拿着那个物体。这导致斯佩里得出结论,右脑有一定的语言识别能力,但没有语言清晰度,这意味着右脑能够识别或阅读一个单词,但它不会发音,所以这个人将无法说出或知道它是什么。
在最后一系列实验中,斯佩里向患者的右眼展示了一个物体,向他们的左眼展示了另一个物体。斯佩里要求志愿者们只用左手画他们看到的东西。所有的患者都画出了他们用左眼看到的、由大脑右半球控制的物体,并描述了他们用右眼看到的、由大脑左半球控制的物体。
斯佩里通过精妙的实验设计,令人叹服地揭示了左右半脑在功能上的差异性和互补性,即胼胝体对左右半脑传递信息起到决定性作用,分离的左右半球具有独立的知觉、学习与记忆经验的认知领域,并且各具优势。
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在他的一生中,斯佩里获得了34个不同的奖项,其中包括1981年的诺贝尔生理学或医学奖,以表彰他在人类分裂脑方面的研究。此外,斯佩里还获得了1972年加州年度科学家奖,以及1991年美国心理协会颁发的终身奖。
斯佩里于1994年4月17日在加利福尼亚州帕萨迪纳市逝世,死因是肌萎缩侧索硬化症,这是一种神经疾病,涉及负责随意肌肉运动的神经元,削弱了运动功能和肌肉。
下面,让我们在这个特殊的日子里,从脑医汇平台海量内容中,遴选若干胼胝体相关的文章和视频,以飨各位神外同道。
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环岛叶半球离断术操作技巧|The Neurosurgical Atlas全文翻译
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龚德山教授团队:胼胝体全段切开治疗难治性癫痫病例分享
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宣武神外夜校:双侧胼胝体胶质瘤的显微外科治疗
04
《小石城ANI&凤凰城BNI联袂主讲:颅内动脉瘤显微外科手术系列》之第六讲:胼胝体周及小脑后下动脉动脉瘤手术夹闭
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