我們的大腦是怎樣工作的？1861年，法國著名外科醫生布洛卡發現人體左腦上特定區域的損傷會導致語言表達出現障礙。大腦各區域有分工，不同的區域分工不同這一觀點被廣泛接受。這之後，許多科學家開始尋找負責特定功能的大腦區域。我們每天拿起手機時，大腦中的某個區域也會發號施令，讓肌肉行動起來。
故事先從癲癇說起。癲癇俗稱“羊癲瘋”，病人發作時常見症狀有四肢抽搐、短暫失去意識、口吐白沫。19世紀60年代，英國神經內科醫生傑克遜，被一個現象深深吸引：一些癲癇病人發作時，抽搐的症狀沿著手、手腕、手臂上升到面部。他天才地猜想這背後的原因可能是引起癲癇異常放電在腦中傳播，傳播到不同區域時就會引起身體不同部位的抽搐。由此，他提出了一個天才的假說，大腦特定的區域控制著特定的身體部位的運動。
1870年，德國生理學家古斯塔夫·弗裡奇和愛德華·希茨格的實驗驗證了傑克遜的假說。他們開啟狗的顱骨，讓灰白色的腦組織顯露出來，用帶有微弱的電流的鉑絲直接刺激狗的大腦皮層。實驗發現，當小狗的大腦前側被電刺激時某些部位的肌肉會抽搐，而且哪個部位抽搐是可以預測的，刺激特定的位置會導致身體特定部位的運動。他們把刺激位點和對應的身體部位標記到狗腦上，得到了第一張運動功能定點陣圖譜。
弗裡奇和希茨格電刺激實驗之後，許多科學家對其他動物的大腦進行了電刺激，並且對電刺激的強度有了更精細的控制。比如，英國生理學家查爾斯·斯科特·謝靈頓於1901年用電極刺激黑猩猩的大腦，繪製了黑猩猩運動功能定點陣圖譜。
謝靈頓發現，絕大多數能引起軀體運動的刺激位點位於中央溝前側，提出控制軀體運動的腦區在中央溝前。中央溝是皮層上一道很明顯的褶皺。人腦上也有中央溝，女生戴髮箍時把髮箍往頭頂方向移一些，髮箍下方就是中央溝的大致位置。
人腦的運動區也在中央溝前嗎？電刺激大腦的方法幫助科學家找到了黑猩猩的運動區，但由於倫理的限制，不能為了定位腦區而將這一方法應用於人腦。要定位人腦的運動區，似乎只能想其他辦法。
20世紀30年代，醫生開始透過外科手術切除病灶來治療癲癇。但手術有個關鍵問題，怎麼精確地定位要切除的癲癇病灶？醫生切多了腦組織，患者受到的傷害太大，切少了癲癇可能復發。加拿大神經外科醫生懷爾德·彭菲爾德的解決辦法是用電極刺激大腦的不同區域，直到找到引起癲癇反應的區域，那個區域就是需要切除的病灶。
為了治療疾病，彭菲爾德和他的團隊在一些手術中對患者的大腦進行了電刺激。他們觀察到，刺激中央溝附近的腦組織時，有時患者身體某個部位會不自主地動起來，有時患者會說身體某個部位有感覺。開顱手術時，病人還能開口說話，這是因為腦組織中沒有痛覺感受器，手術是區域性麻醉，患者意識清醒。醫生刺激某個位點後，患者可能會開口說無名指和小指有感覺。
1937年，彭菲爾德分析了1928年以來團隊實施的163例手術的資料，把電刺激位置和對應的身體部位對應起來，總結了人腦上的軀體感覺和運動功能的定位。他發現，控制軀體運動的腦區位於中央溝前，產生軀體感覺的腦區在中央溝後，現在人們將這兩個腦區分別命名為初級運動皮層和初級軀體感覺皮層。而無論是在感覺區還是運動區，身體各部位按一定順序對應到皮層上，沿著中央溝從頭頂往下，大致順序是腳、軀幹、手、嘴。
人們每天拿起手機時，是大腦中哪個地方在發號施令，調動身體各部分的肌肉？看完文章後，你也許可以比劃一下了。但只靠文中介紹的初級運動皮層，拿起手機這樣簡單的動作也是完成不了的。
要拿起手機，我們要先用眼睛看到或者用手觸控到手機，這需要視覺區和感覺區參與，而要用合適的力氣穩穩地拿住手機，這需要持續地接收和處理肌肉的感覺資訊，在初級運動皮層之外，還有許多腦區也參與運動的調控。
來源：科普時報
作者：杜潔（中國科學院大學博士研究生）
編輯：吳桐
稽核：王飛
終審：陳磊
