亂世中沒讀完書的醫生，繪製出第一本完整的人腦地圖_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2021-01-27 15:40
在這位偉大人物誕辰400週年的日子，我們謹介紹他在神經解剖學方面的主要貢獻，作為對他的紀念。
撰文 | 顧凡及（復旦大學生命科學學院）
原標題：《亂世中沒讀完書的醫生，繪製出第一本完整的人腦地圖丨神經解剖先驅威利斯誕辰400週年》
今天，我們都已知道，腦是負責思考的器官。但這個看似顯而易見的事實，卻需要近千年的努力，才逐漸被確認；並需要更長時間，去揭開它的面紗，破解其中的謎題。在歷史上，每一次對人腦的新的認識，都伴隨着哲思上的巨大飛躍。
在古希臘時代，希波克拉底（Hippocrates，前460年-前370年）認為，人體由血液、黑膽汁、黃膽汁及黏液四種體液構成，體格強健者四液之量均等，生病是四液之量失調的結果，四液恢復健康平衡，方告痊癒。至古羅馬時代，蓋倫（Galen，129年-200年）將體液説發展為四種氣質，並展開活體動物解剖（當時法律嚴格禁止對人的屍體進行解剖），首次研究了神經、腦和心的作用。蓋倫提出，思考是腦的作用，而不是像亞里士多德所説的那樣是心的作用。
到文藝復興時代，教會的影響力衰退，“人因為有罪、被神懲罰才生病”的思想逐漸受到質疑。許多醫生開始解剖屍體，希望找出人生病的真正原因。在腦解剖方面，達·芬奇（1452-1519）繪製了腦室、顱神經等結構。1543年，維薩里（Andreas Vesalius，1514-1564）撰寫出版了七卷本《人體的構造》（De humani corporis fabrica），成為人類解剖學的劃時代鉅著，他也因此被稱為“解剖學之父”。維薩里的人體解剖工作推翻了蓋倫的諸多結論，又在前人基礎上繪製了視交叉、小腦、嗅球等結構。
雖然達·芬奇和維薩里算是腦解剖的開拓者，但腦在他們的解剖工作中只佔了一小部分。真正專攻腦的解剖，將神經病人生前的行為和死後的腦部病理解剖聯繫起來，並把人腦和其他動物腦進行深入比較的，是一位名叫托馬斯·威利斯（Thomas Willis）的醫生。威利斯提出，大腦皮層是使人區別於其他動物，具有高度智力的關鍵所在。他也因此被認為是臨牀神經科學和比較神經解剖學的奠基人。1664年，威利斯出版《腦解剖學》（Cerebri Anatome）[4]。在其後近200年的時間裏，這本專著一直是對神經解剖學最重要的貢獻。
亂世鴻運
1621年1月27日，托馬斯·威利斯降生於英國牛津附近，他的父親是貴族的莊園管家。1637年，威利斯進入牛津大學學習化學，先是取得化學學士學位，又於1642年取得碩士學位。此後，他為基督堂學院（Christ Church College）的詠禮司鐸艾爾斯（Dr Thomas Isles）及其夫人當助手。艾爾斯夫人私下行醫，威利斯則幫助她配製藥劑。就在這個過程中，威利斯對醫學產生了興趣，開始接觸和學習醫學。1642年年底，英王查理一世駐蹕基督堂學院，御醫哈維（William Harvey，就是發現心血管運動的那位）也隨伺在側，幸運的威利斯得以從哈維的課堂中獲知當時醫學的最新進展。
此時的英國正陷入內戰，議會派與保皇派（王黨）發生一系列武裝衝突與政治鬥爭，以1649年英王查理一世被斬首處決而告終。英吉利共和國建立，又陷入克倫威爾獨裁、斯圖亞特王朝復辟（1660）、光榮革命（1688），最終建立君主立憲制。
威利斯在政治上是一名保皇派，但可能沒有參加任何戰鬥。他對國王的忠誠得到了回報：1646年年底，僅正規學習了半年的威利斯就被授予醫學學士學位，這使他能夠在議會軍接管牛津之前開始合法行醫。而在內戰結束後，由於他並非基督堂學院的正式成員，又是個學醫的，最終免受牽連。
説來令人難以相信，遭遇動盪時代居然是威利斯的幸運。如果不是內戰頻繁，一名醫科學生本應受到嚴苛的傳統醫學訓練——傳統上，牛津大學醫學課程長達14年，醫學生必須反覆閲讀亞里士多德、希波克拉底和蓋倫的過時作品——這樣的訓練足以扼殺大多數學生的主動性和原創性。而17世紀中期動盪的局勢卻令威利斯免受錯誤冗繁訓練的折磨。
威利斯的另一個好運是，在他進入牛津大學前不久，大學剛修訂了章程，解剖成為醫學訓練的一部分。1636年，查理一世頒發特許狀，允許大學的解剖學高級講師認領牛津21英里範圍內被處決死囚的屍體，用於解剖。醫學生除了參加解剖學講座、參與解剖外，還必須參加兩次公開解剖，才能獲得醫學學士學位。
威利斯的一生就伴隨着這個動盪不安的年代。歐洲剛剛經過文藝復興，英國建立起皇家學會，許多學科都得到了巨大的發展。維薩里（Andreas Vesalius）在解剖學上掀起了革命，推翻了人們長期以來對希波克拉底和蓋倫教條的迷信。新一代解剖學家開始拒絕通過別人的眼睛看問題，他們自己動手解剖和觀察標本，而不是重複前人的教條。威利斯就是在這樣的氛圍下開始了他的科學生涯。
1649年，威利斯加入了牛津實驗哲學俱樂部（Oxford Experimental Philosophy Club，英國皇家學會的前身），自此結識了不少科學名人，例如物理學家羅伯特·胡克（Robert Hooke，1635-1703）、醫生和哲學家威廉·配第（William Petty，1623-1687），以及後來被譽為“現代化學之父”的羅伯特·波義耳（Robert Boyle，1627-1691）。這些人經常聚在一起，討論科學課題或做實驗，威利斯就經常到配第家中一起解剖。為了參與討論，威利斯開始研究“理性靈魂”及其與大腦的相互作用，想通過認識神經系統的正常功能來認識病理機制。他認為，最重要的是必須觀察真實的結構，不能為了適應某種理論而歪曲事實。
懸壺濟世
牛津地區不乏有名望的醫生，誰要想行醫，就得吸引病人；要吸引病人，就得首先顯示出自己的醫術。為此，威利斯選擇在牛津以外的地方開診所，到鄰近村莊的市場上為大眾提供服務。為了省錢，他與另一個醫生共用一匹馬出診。在與庸醫不斷競爭的過程中，威利斯的技術精進了，聲譽也建立了。
威利斯是一位敏鋭的觀察者。當時通行讓病人留尿觀察，威利斯將這些尿液樣本存放在家中，他還注意到蒼蠅特別喜歡某些樣本，推測可能是因為它們的含糖量比較高。由此，他提出，根據尿液的甜度，醫生能夠把某一形式的多尿症與其他形式的尿液分泌增多（包括慢性腎病）區分開來，並用拉丁語詞“mellitus”（甜如蜜的）來描述這一病症。今天的糖尿病（diabetes mellitus）一詞就來源於此。
1650年12月14日，一個叫安妮·格林（Anne Greene）的女孩被控謀殺自己的新生兒，被吊在牛津的廣場上。應她臨刑前的要求，她的幾個朋友拉住了她那搖搖晃晃的身體，一個士兵用火槍托擊打了她四五下，以加速她的死亡，“驅散她的痛苦”。半個小時後，格林被正式宣佈死亡，屍體放入棺材，交給配第和威利斯解剖。
到了配第的住所，兩人打開棺材，屍體的喉嚨裏發出了奇怪的聲音，並開始呼吸。威利斯和配第往格林嘴裏倒了一些熱的果汁飲料，並用羽毛撓她的喉嚨，以引發更多的咳嗽。他們揉搓她的胳膊和腿，直到她睜開眼睛；又給她放了五盎司的血。他們還在她的身上貼了一些加熱膏，隨後要另一個女人陪她睡，讓她保持温暖。經過十二個小時，格林能説話了，一天後能回答問題，四天後能吃固體食物。一個月後，她就完全康復了，後來還結了婚，生了三個孩子。（圖2）
格林的起死回生被認為是神的意志，説明她是無辜的，因此不再追究其刑事責任。“格林復活事件”成為威利斯臨牀生涯的轉折點，有了起死回生的美譽，他的診所門庭若市，日子開始好過起來。1660年，威利斯被當時的坎特伯雷大主教指派為牛津大學自然哲學教授，他後來的職業生涯也一直受到這位大主教的資助。
1662年，英國皇家學會成立。次年，威利斯當為選會員。60年代中期，他移居倫敦，將主要精力都放在行醫上面，成為歐洲最著名的醫生。他向富有的病人收取高額服務費，而對窮人則免費治療。
傳世傑作
1664年，威利斯出版了《腦解剖學》（Cerebri Anatome）[4]（圖3），書中描述了腦的大量結構，其中有不少是他發現並命名的，有些名稱一直沿用至今，例如紋狀體、視丘、迷走神經等。要知道，當時的人還不知道如何固定腦組織！考慮到這一點，威利斯的成就更令人印象深刻了。
在這本書的第一章，威利斯花費大量篇幅介紹了他的解剖方法。例如，他用純酒精保存腦，用墨水注入頸動脈顯示動脈及其分支。以前的解剖學家在打開顱骨穹窿（cranial vault）後，提取的是腦的連續切片。而威利斯意識到，這樣雖然可以仔細地研究腦室，但卻更難看清腦幹的精細解剖，於是他改為完整地取出整個腦，他的腦解剖結果也就更少畸變。
對後人特別有啓發的是，他在書中明確闡述了他的科學方法論。他寫道：“…..我鄭重地決定，每當來一具新的屍體，就毫不拖延地進行處理，我只靠它，而不是寄託在學到過的他人的説法上，也不憑我自己的懷疑和猜測，我只相信大自然和親眼之所見。因此，從今以後，我要全身心地投入到解剖學研究中去……這樣就不僅可以為建立起一門比我在學校裏學到過的更為可靠的生理學，而且也為建立起我長期以來所思考的腦的病理學奠定堅實的基礎”[4]。
為什麼威利斯能成為最偉大的神經解剖學家？一個關鍵因素應該是親自對自己的病人進行死後屍體解剖。他經常跟蹤他的病人多年，並在他們死後進行解剖，因此他能夠將病人行為的改變與腦的異常聯繫起來。他為臨牀目的進行基礎研究也開了當今轉化研究（translational research）的先河。
威利斯將生理狀態與腦的功能或功能障礙聯繫起來。他認為，頭痛與腦部血流量突然增加有關，頭痛的原因是鼓脹的血管壓迫了附近的神經。這一有遠見的觀點直到最近才被廣泛接受，實際上，威利斯對睡眠、夢遊、失眠、嗜睡、昏睡和昏迷都有開創性的想法。
他認識到“腦膜炎和腦部化膿不會引起幻覺，而是引起昏睡和昏迷”。他描述了先天性智力低下病例的腦部形態異常（圖4）。他注意到，在一例長期半身癱瘓的病例中，大腦腳（cerebral peduncle）（通往脊髓的主要輸出通路）出現了單側退化。對幾例手、腳麻痹的病人做屍檢時，威利斯發現他們的紋狀體變性，因此猜測紋狀體對運動有作用。[2]
威利斯將昏睡與阻塞性腦積水、腦腫瘤和中風聯繫起來。當他解剖自己的病人時，他試圖將不同精神疾病的症狀，包括躁狂症、憂鬱症和歇斯底里症，與腦部病理聯繫起來。
而他同時代的許多人，都還從在子宮、肺和脾臟等其他器官中尋找病因。
比較神經解剖學之父
威利斯認為，靈魂有三種形式：生命的（vital）、理性的（rational）和不朽的（immortal）。人和所有動物都有生命和理性的“共有的靈魂”，但只有人類才擁有“不朽的靈魂”。[6]
因此，威利斯將不同物種的外周神經系統和中樞神經系統與人類的進行比較，期望發現人類在認知功能方面為什麼遠超其他動物。他研究了很多物種，甚至包括蠶、牡蠣、龍蝦和蚯蚓，過去，從未有人詳細研究過這些動物的神經系統，威利斯因此被認為是比較解剖學之父。雖然他的出發點在今天看來是錯誤的，但這種比較研究的方法卻促成了他在科學上的巨大成功。
在《腦解剖學》一書中，他指出，在體積上，人類的大腦皮層要比其他物種的皮層明顯增大。他還發現脊椎動物的小腦都很相似，便推斷出小腦可能負責一些各種脊椎動物都具有的基本功能。
他還在動物身上還進行了大量的實驗，以瞭解神經的作用機制，並試圖將這些實驗與在病人身上觀察到的臨牀症狀的起源聯繫起來。親眼目睹人類與其他動物的大腦皮層之間的驚人差異，威利斯認定，“大腦是人類理性靈魂和動物感覺靈魂（sensitive soul）的主要所在地，是運動和思想的來源。”這些想法在當時都是革命性的。
過去，人們根據蓋倫的教導，認為腦室負責着人腦的高級功能。而威利斯通過對各種動物腦的比較研究，以及把病人臨牀表現與腦的異常聯繫起來，在歷史上第一個確定了大腦皮層的褶皺才是人類高級認知功能的所在地，而不是前人所認為的腦室。他觀察到，人類大腦皮層富於褶皺，而在鳥類和魚類的大腦中，平坦而均勻的表面幾乎完全沒有什麼褶皺，他認為這可以解釋為什麼人類有高超的智力，而鳥類與魚類的理解和學習能力則較差。
1675年11月11日，威利斯在倫敦與世長辭，葬於威斯敏斯特大教堂。
參考文獻
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Thomas_Willis
[2] Finger S (1994) Origins of Neuroscience – A History of Explorations into Brain Function. Oxford University Press. New York.
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/File:Anne-Greene.jpg
[4] Willis T (1664) Cerebri anatome. On open library.org – https://archive.org/stream/cerebrianatomecu00will#page/44/mode/2up.
[5] Arraez-Aybar L-A et al.（2015）Thomas Willis, a pioneer in translational research in anatomy (on the 350th anniversary of Cerebri anatome). J. Anat. 226：289—300
[6] Zoltán Molnár（2004） Thomas Willis (1621–1675), the founder of clinical neuroscience. Nature Reviews Neuroscience. 5:329–335
由於篇幅限制，本文就不羅列他的具體發現了，有興趣的讀者可以參考Arraez-Aybar等人為紀念《大腦解剖學》出版350週年所發表的文章[5]。威利斯在書的第一章中還花了很大的篇幅介紹他的方法。