史上最传奇的头骨：被铁棒贯穿，被挖坟研究，最终登上 Science 封面
本文作者：Byronchu
第一眼见到这位病人时，每个医生都惊呆了。这名 25 岁的年轻人双手和前臂严重烧伤， 头上还顶着两个血洞：一个在左脸紧贴下颌角的位置，一个在头顶，上抬的颅骨碎片和凸出的大脑组织清晰可见 。
「或许只有战地医生才可能见过如此恐怖的画面。」
出乎意料的是，这位年轻人仍顽强地保持着清醒。在来到这里之前，他乘牛车赶了几公里的路，又在搀扶下爬了很长一段楼梯，甚至还有精力向别人讲述自己的事故。
面对接诊的医生们，他有些抱歉：「这可够你们忙的了。」
谁也没有想到，他一语成谶，让无数科学家们忙碌了整整两个世纪。
一场爆炸，铁棒穿透了他的头颅
这位年轻病人的名字，叫做菲尼斯 · 盖奇（Phineas Gage）。而他的故事——或者说是事故——发生在 1848 年 9 月 13 日。
失去了左眼的盖奇图源：Wikipedia
这天，25 岁的盖奇正像往常一样工作。他是一名铁路工人，负责的主要任务是爆破。他和同伴相互配合，在钻孔的岩石中先后填入炸药和沙土，再用一根铁棒压实，配合保险丝，可以安全有效地控制爆炸范围。
然而，这套已经烂熟于心的动作却在这一天出了差错。某一刻，似乎有谁叫了盖奇的名字，他一时之间分了心，转过头，却没有停下手上的工作： 同伴还没来得及用沙土掩上炸药，盖奇的铁棒就已经砸向了火药 。
火花溅起的那个瞬间，爆炸发生了。
巨大的推力炸飞了盖奇手中的铁棒。 这根长 1.09 米、直径 3 厘米、重 6 千克的「铁标枪」仿佛子弹出膛，直接贯穿了盖奇的左脸，击碎了上臼齿，经过左眼球后方又从颅顶飞出，裹着血液和脑浆，直直地插在了 20 米开外的地上 。
爆炸示意动画
图源：YouTube 视频
盖奇重重地摔倒在地，他抽搐了几下，陷入了短暂的昏迷，但在几分钟后又迅速转醒，还可以继续讲话。
在工友们的帮助下，恢复稳定的盖奇爬上一辆牛车，笔直地坐了一路，活着且神志清醒地来到了医生约翰 · 马丁 · 哈洛（John Martyn Harlow）面前。
哈洛医生图源：Wikipedia
奇迹生还，但盖奇不再是盖奇
作为接诊了盖奇的医生之一，哈洛总是谦虚地说： 「我包扎了他，上帝治愈了他。」 不过，当我们从现代医学的角度回望，就会知道这句话所言非虚。
当时，无菌手套还没有被发明出来
图源：YouTube 视频
在无菌手套还没有被发明的年代，哈洛徒手探查了盖奇的伤口，取出骨头碎片，剥下已经凝固的血块和脑浆，并尝试包扎。5 个小时之后，利用极其有限的医疗技术，哈洛成功止住了大出血。
此后的十多天时间里，盖奇因为感染一直处于半昏迷状态，甚至一度出现谵妄，左眼也完全失明。
但奇迹似乎格外眷顾这个坚强的年轻人。挨过了最危险的感染期后，盖奇的身体开始逐渐好转。 10 月 7 日的时候，他刚刚能从床上爬起来；等到了 11 月中旬，他已经学会瞒着哈洛医生偷偷跑去逛街了。
康复「出院」后，盖奇可以正常行走，也能理智地与人沟通，大部分时间都保持清醒。因此，哈洛和其他医生都认为他「保存了完好的神经系统状态」。
然而，朝夕相处的工友们还是敏锐地发现了盖奇的不对劲：那个曾经彬彬有礼、待人温和的盖奇不见了，取而代之的是一个固执且粗鲁的陌生人。
「盖奇不再是盖奇了。」他的朋友们都这样说。
在朋友和家人的描述中，盖奇的情绪变得阴晴不定、反复无常，对于别人提出的约束和建议，一概十分不耐烦，顽强且固执，对身边的人毫无尊重。只有「孩子的智力」和「强壮男人的动物激情」。
因为性格变化，盖奇失去了工作，他带着那根曾经沾满了血和脑浆「凶器」，开启了另一段四处游历的人生。
盖奇的颅骨和铁棒图源：Wikipedia
直到 1860 年 5 月 21 日，盖奇因癫痫发作死亡，时年 36 岁。此时，距离那场爆炸已经过去了十二年六个月零八天。
颅骨出土，开启新的研究
死亡给这段传奇人生画上了句号，但那句「盖奇不再是盖奇」的评论却在人们的口耳相传中越传越广，吸引了一众神经学家的关注。
在盖奇还活着的 1840 年左右，神经科学领域占据主导地位是颅相学。 颅相学认为，大脑里有 27 个不同器官，分别决定人格的不同方面。而通过触摸颅的隆起或者凹陷，就能知道一个人的性格。
颅相学
图源：Wikipedia
对于盖奇的案例，美国颅相学的著名拥护者尼尔森 · 塞泽（Nelson Sizer）认为铁棒「在仁慈附近和尊敬的前部穿过」，破坏了「仁慈器官」，从而造成了性格变化。
尽管从颅相学中，我们隐约能够窥见将人类高级功能定位于大脑皮质的雏形，但究其根本，这还是一种伪科学。
到了 19 世纪后期，颅相学逐渐走下神坛，神经功能定位的概念取而代之成为了研究领域的新潮流， 人们开始逐渐探索认知功能、认知过程与大脑的特定区域之间的联系。
而救治了盖奇的哈洛医生在这种潮流的引领下，也回想起了自己这位特别的「老病人」。他猜测，盖奇的性格和行为变化可能与大脑的局灶性损伤有关。但此时，盖奇已经去世多年，他受伤的大脑也早已归尘归土了。
哈洛没有轻易放弃，他设法征得了盖奇家人的同意。 1867 年，盖奇的遗骨被从旧金山的孤山公墓中挖出。带着盖奇的颅骨和那根铁棒，哈洛开启了新的研究。
尝试复原
1868 年，哈洛在《麻省医学会杂志》发表一篇论文。这是他第二次公开发表和盖奇病例有关的论文，其中不仅包含了详细的病程记录，还记录了盖奇后来的经历和家人的口述。
这篇论文中，哈洛第一次尝试推理铁棒的进出路径和可能造成的损害。
他详细地复原了铁棒的路线：穿过皮肤，往向上偏后的方向朝着中线前线，穿过咬肌和颞肌，通过颧弓下方，（可能）碎裂了蝶骨颞部和左眼眶底，进入颅腔，透过大脑的左前叶，并从冠状缝和矢状缝的交界处的中线附近飞出，飞出时撕裂了纵窦，破坏了顶骨和额骨的部分以及大脑的一部分，并将左眼球从窝眼里向外挤出一半远。
哈洛描述的铁棒穿透颅骨的方向图源：Wikipedia
在这篇文章中， 哈洛认为盖奇的脑损伤部位局限在左侧大脑的前部和中部脑叶，可能穿透左侧脑室角 。
但哈洛结论一直备受质疑，因为他的推断只是基于颅骨上的痕迹，并没有真正进行尸检。直到 1873 年，一位名叫大卫·费里尔（David Ferrier）博士在猴子身上实验，重现了额叶前额损害，并结合哈洛的论文广做演讲，学界这才逐渐接受了 额叶损伤可以导致人格变化和执行力下降的观点 。
此后，哈洛将盖奇的颅骨和铁棒捐给了哈佛大学的沃伦博物馆， 为更多好奇的研究者留下了一把通往过去的钥匙 。
揭开迷雾
如今，盖奇的故事已经过去了近 200 年，人们对盖奇最详细的了解主要都源自于哈洛留下的文字。
因为研究水平的限制，哈洛的记录会不会存在错误呢？ 为了寻求真相，不少研究者搭上了神经影像学的顺风车，致力于重建铁棒穿过盖奇大脑的通道。
其中最为著名的，当属 1994 年，南加州大学的神经生理学家汉娜（Hanna Damasio）和安东尼奥 （Antonio Damasio）的研究。
他们对盖奇的骨进行 X 光检查，用现代计算机进行 3D 重建了头骨和铁棒通过的轨迹。得出结论认为，大部分损害集中在左侧和右侧前额叶的腹侧区域，并累及「社交脑」 （眶额叶皮层的前半部分，中额叶的顶部及前部区域，以及前扣带回，不包括辅助运动皮层，和额岛盖，并且左半球的皮层下白质损伤比右半球更广泛） 。
这样的损伤导致了理性决策，道德、社会行为和情感处理时出现差错。 而这篇论文和重建模型，登上了 1994 年《科学》杂志的封面。
登上Science封面的盖奇图源：Science
但结论依然存在争议。
2004 年，哈佛的神经解剖学专家们使用更大功率的电脑重建了铁棒的 3D 轨迹，认为损害仅限于左额叶，并没有越过中线。 他们还通过铁夯插入的角度和盖奇没有受到损伤的颚骨，判断出铁棒袭来的那一刻，盖奇一定正在张嘴说话。
2012 年，加州大学洛杉矶分校神经影像实验室的研究人员重新分析了前人的研究图像，使用 MRI 和扩散成像数据来推断脑损伤。 认为皮质损伤仅限于左脑半球，而白质损伤则发生在半球内和半球间（累及两个半球） 。损害仅限于左侧额叶，除了 4％ 的大脑皮层，还有 11％ 的额叶白质。白质束的损伤包括钩状束，扣带束和上纵束。
图源：参考文献 9
关于盖奇大脑损伤的迷雾似乎已经揭开，但是新的问题又出现了。
尾声
2009 年，人们偶然发现了一张从未见过的盖奇的银版相片。照片中，左眼失明的盖奇手握那根铁棒，衣着讲究，神情自若，甚至有几分英俊。
照片中的盖奇手握铁棒
图源：Wikipedia
那个在传言中只有「孩子的智力」和「强壮男人的动物激情」的盖奇，在照片里显然要更加从容镇定。
而随着更多事实查证的揭露，研究人员发现盖奇曾在智利做了 7 年马车车夫。连铁路工人都做不了的盖奇，究竟如何胜任了车夫这样细致的工作呢？
长久以来，神经科学家们普遍认为神经元一旦死亡不可再生，因此，成年脑损伤造成的功能缺陷也是不可逆的。但 20 世纪末，科学家们却逐渐发现成年人的大脑可以重新学习某些失去的功能，也就是神经可塑性（Neuroplasticity）。
这或许可以给盖奇留下的谜团一个暂时的解答： 他曾经失去的东西，有可能通过多年的训练，又回来了。
那么，盖奇的改变用了多久呢？他真的康复到足够适应社会了吗？如果的确如此，那么大脑又是如何重新生成、巩固，以及完善的那些神经及神经间的连接的呢？
这些问题，我们目前仍没有答案，但菲尼斯 · 盖奇无疑是神经科学史上最著名的一个病人。 尽管他的故事依旧还有很多谜团，但正是这种不确定性，激起了一代又一代神经科学家的探索欲。
他们搜寻证据，建立假设，为了同一个真相，不懈追问。 （内容策划：z_popeye、gyouza）
致谢：本文经复旦大学附属华山医院神经内科主任医师、博士生导师 郁金泰教授 专业审核
题图来源：Science 封面
参考资料：
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