全反射的条件 全反射现象发生的条件
作者：梅镇彤
脑功能研究虽已有引人瞩目的进展，然而对脑的高级功能（脑的认知功能），还几乎没有多少深入认识。巴甫洛夫的条件反射学说，在我国至今未能被人们从脑的认知功能的角度来认识和研究，重新思考和再认识条件反射学说十分必要，也具有现实意义。
从1903年巴甫洛夫（I. P. Pavlov, 1849—1936）发现条件反射及创立条件反射学说至今，已经历了一个多世纪，而我个人从事条件反射的行为研究也已走过了半个多世纪。在这一个多世纪里，关于脑功能的研究虽然已有了引人瞩目的进展，已能在分子水平上来阐明脑细胞的某些活动，在脑细胞间的连接及神经回路等方面也都有了重要突破，然而对脑的高级功能，或者说脑的认知功能方面还了解得十分不够。
新中国成立初期对巴甫洛夫提出的条件反射学说虽然有过很多宣传，全国各地也建立了不少用于研究条件反射的隔音室，但是真正深入研究条件反射的实验室并不多，能长期坚持的更为少见。
条件反射是典型的联合型学习模式，但学习与记忆的脑机制研究在我国并没有得到很好的开展。我国有的神经生理学工作者甚至认为:巴甫洛夫所提出的条件反射只是一种实验方法，对神经生理学和对脑的研究没有什么影响。同时我还注意到在我国沿用的一些生理学和心理学的教科书中，包括在我自己所撰写的有关章节中，都未能从历史发展的角度，从脑的认知功能的角度来阐述巴甫洛夫的条件反射学说。在大力推动脑研究的今天，我认为重新思考和再认识巴甫洛夫条件反射学说的问题是十分必要的，也是具有现实意义的。
条件反射学说的建立
应该说，巴甫洛夫的条件反射学说对神经生理学的影响是深远的，正是它引导人们跨越了传统神经生理学的界限，进入到生理心理学的研究领域，进入到脑的认知功能，也即脑的高级功能的研究，巴甫洛夫对如何研究脑的认知功能作出了开创性的、卓有成效的探索。正是巴甫洛夫第一次提出了高级神经活动的概念。而在巴甫洛夫以前，神经生理学没有能对由于经验而改变行为的实验依据作合理阐述，而巴甫洛夫则用神经生理学反射的概念对这种所谓“心理活动”（也即“脑的活动”）进行了客观的实验研究，并在大量实验的基础上创立了条件反射学说。条件反射学说的提出使大脑认知功能（特别是学习和记忆功能）的实验研究成为可能，为脑研究开辟了一个崭新的广阔天地，大大推动了心理学的发展，特别是行为心理学的形成和发展。
关于脑的研究虽然已经历了几个世纪，然而到目前为止，人脑的思维活动对我们来说仍然是一个谜。揭开脑的奥秘是脑科学工作者永远的梦想，如何进一步推动脑的研究是我们从事脑研究的人必须思考的首要问题。
巴甫洛夫开始是从事消化生理研究的，并在这方面做出了重大贡献。基于他对消化生理学所做的重要贡献，他荣获了首个生理学或医学诺贝尔奖。他在研究消化腺分泌的过程中，发现消化腺的分泌不仅受神经系统的控制，而且与所谓的心理活动有关。不仅食物进入口腔会引起唾液分泌，经常与食物一起出现的铃声也能引起唾液分泌，当你脑海里出现梅子的形象时，也会感到有口水外溢。巴甫洛夫认为这种由心理活动引起的唾液分泌，也是一种脑的反射活动，是一种特殊的反射。他把这种反射称为条件反射，也即在一定条件下建立起来的、并在一定条件下又能被消退的反射。当条件反射被发现时，巴甫洛夫曾感到无比的兴奋，他意识到这是极其重要的发现。因为这已经跨越了传统生理学的范畴，进入到脑的高级功能，即脑的认知功能。于是巴甫洛夫把所有的工作都集中到条件反射的研究上。在其生命的最后30多年里，他对条件反射进行了系统的研究，同时还结合临床实践开展工作，期望阐明脑的高级功能的活动规律和某些神经精神疾病的发病机理，提出了一些对人脑高级功能的科学设想，例如两个信号系统、神经官能症学说等。他把关于条件反射方面的研究工作，主要总结在两部经典著作中，即《大脑两半球机能讲义》和《客观研究动物高级神经活动（行为）的二十年经验》。特别是前一部著作被迅速翻译成多种文字，引起了学术界的广泛关注。结合临床实践方面的工作则主要总结在几本专辑《巴甫洛夫星期三》中。
对条件反射形成机制的系统研究
发现条件反射是巴甫洛夫学术生涯中最重要的研究成果，甚至超过他之前获得诺贝尔奖的消化生理学研究成果。巴甫洛夫与著名神经组织学家卡哈尔（S. R. Cajal, 1852—1934）是同时代人，卡哈尔当时刚刚确立神经元学说。也就是说，人们还刚开始知道神经细胞之间原来不是直接相通的，它们之间有一个特殊的结构，通过这个结构前一个神经细胞的信号才能传递给下一个神经细胞，这个特殊的结构后来被称为“突触”。然而，那时对突触的研究还刚刚开始，对它的了解还很少。另一位比巴甫洛夫稍晚一点的著名神经生理学家是谢灵顿（C. Sherrington, 1857—1952），他对脊髓反射的活动规律作出了重要贡献，但未涉及脑的高级功能。巴甫洛夫就是在这样的历史背景下发现了条件反射的，并全面开展了对条件反射的研究。他对条件反射的形成进行了系统深入的研究，对条件刺激和非条件刺激之间的时序要求，对动物机体状态的要求，什么动因可以用作条件刺激，什么可以用作强化刺激等，都进行了细致的分析研究。条件反射作为研究行为，特别是研究学习和记忆的重要实验模式，后来被广泛应用，其重要性也日益显现，同时推动了行为心理学的形成和发展。
至于条件反射形成的神经机制问题，巴甫洛夫曾提出“暂时性联系接通”的设想，并最终认为接通部位应发生在大脑皮层的条件刺激中枢和非条件刺激中枢之间。巴甫洛夫的弟子们,如苏联科学院院士阿斯拉羌（M. Acpatyan）就曾用外科手术全切除动物大脑皮层的方法，试图阐明“暂时性联系”发生在大脑皮层。后来,又有人进一步用只切断大脑皮层中枢间联系的方法，来阐明条件反射是在大脑皮层的中枢间建立的暂时性联系。例如，哈纳纳什维利（M. M. Khananashvili）教授就曾进行了这方面的探索，并主要基于这项研究成果而获得苏联科学院院士称号。但是很显然,由于行为的实验研究需要动物处于完全清醒和生理功能正常的状态下进行，而大脑皮层手术后的动物是不符合进行行为实验研究的，因此，获得的实验结果理所当然地没有被学术界所接受。
1960年代，我们曾设计了一种安装在动物颅骨不同部位的微型导管，通过该导管将神经活性物质施加到中枢神经系统的不同部位。例如，将抑制性递质γ-氨基丁酸（GABA）通过这种微型导管，局部施加于条件刺激的皮层感觉中枢，便可使已建立的条件反射暂时消失；如果施加于非条件刺激中枢，则导致所有与该中枢相关的条件反射都暂时消失。实验首先在家兔上进行，动物完全处于自由活动状态，实验结果用俄文发表在《中国科学》上 [1]。后来又在狗上进行了细致的实验分析 [2]。我们的实验结果成功地证明了在高等动物，条件反射的暂时性联系是建立在大脑皮层的感觉与运动中枢之间。至于暂时性联系的突触机制，巴甫洛夫并未涉及，也不可能涉及。多年后，经过埃克尔斯（J. C. Eccles）对突触后电位的研究，发现了兴奋性突触后电位（EPSP）和抑制性突触后电位（IPSP），以及后来兴奋性和抑制性神经递质的发现等。19世纪后半叶又有了对突触传递的长时程增強（LTP)现象的研究。这些都为坎德尔（E. R. Kandel）在低等动物海兔上成功阐明形成条件反射这种学习模式的神经机制创造了条件。至于巴甫洛夫试图利用条件反射的行为变化来研究大脑皮层的兴奋和抑制过程，并没有获得预期的效果。现代神经生物学对神经元的兴奋和抑制，不论是从电生理的角度，还是从神经递质的角度，都已阐明得相当清晰。
条件反射的行为研究依然是
揭示脑高级功能的重要手段
现在，我们已经有可能研究认知过程中神经细胞间连接的变化、新突触的形成等。人们正企图努力描绘出全脑的网络连接图。然而，通过行为变化来了解脑功能，仍然是不可替代的重要研究途径。巴甫洛夫开创的条件反射方法依然是研究行为变化的重要手段。至今我们对阿尔茨海默病还几乎束手无策，这是一种脑细胞的退行性疾病，我们知道患者的脑细胞数量减少了，在脑细胞间隙里有α-淀粉样蛋白斑块形成，细胞内的tau-蛋白也有变化等。患者的记忆功能明显减退，认知功能的变化则更为复杂。然而，对这些现象之间的关系，我们还不十分清楚，正常老年人的脑细胞数量也在减少，也有斑块形成。用α-淀粉样蛋白的单克隆抗体并不能改善认知功能，不能有效用于治疗阿尔茨海默病。
近年来，影像学方面的研究有了很大进展，但必需与认知功能和行为变化结合起来进行。在研究人脑疾病时，特别是与认知功能相关的疾病时，人们都会考虑用猴来进行实验，认为猴脑在进化上与人脑最为接近。其实不尽然，重要的是我们必须对猴的认知功能和行为表现要有足够的了解，否则就不可能把它构建成理想的阿尔茨海默病的实验模型。另一方面，脑具有很強的可塑性 [3]，其认知功能和行为表现既决定于先天的基因，也受后天环境、教育等的影响。1990年代我们曾利用脑内GABA系统作用受损的转基因小鼠进行了行为学研究。由于抑制性神经递质GABA的减少而引起这些小鼠的认知功能减退 [4]以及对海人酸诱发癫痫的敏感性增加 [5]，这是意料之中的结果。出人意料的是我们还发现了肥胖的转基因小鼠 [6]和这些转基因小鼠生殖器官发育的异常 [7]等。这正说明，不仅后天的因素对脑的认知功能和行为的影响是十分复杂的，先天的基因对生物体的调控也是极其复杂的，且具有某些不确定性。
人脑应是地球上生物界中最复杂的器官，如何研究脑是每一位脑科学工作者都必须认真思考的问题。可以从不同角度、用不同方法和技术来揭开脑的奥秘，但有一点是必须要坚持的，那就是唯物主义的观点。巴甫洛夫的条件反射学说正是坚持了唯物主义的观点，用客观的行为变化来阐述所谓的心理活动，这应该是给予我们后人最重要的启示。
（本文作者曾任中国科学院上海生理研究所所长，神经生物学家，长期从事脑高级功能的研究。）
[1] МэйЧжень-тун (梅镇彤) и Чжао Шан-цзи (赵尚吉) : Действие γ-аминомасляной кислоты и аминазина на условнорефлекторную деятельность кролика. Scientia Sinica, 1962, XI(2): 241-250.
[2] 梅镇彤, 于惠忠. 大脑皮层在防御性条件反射活动中的作用的实验分析. 生理学报, 1962, 25(3): 198-208.
[3] 梅镇彤. 脑的可塑性.科学, 2017, 69(5): 28-31.
[4] Ma Yinghua, Zhou Xiaogang, Duan Shuhui, et al. Overexpression of γ-aminobutyric acid transporter subtype I leads to cognitive deterioration in transgenic mice. Acta Phamacologica Sinica, 2001, 22(4): 340-348.
[5] Zhao Wenjuan, Ma Yinghua, Fei Jian,et al. Increase in drug-induced seizure susceptibility of transgenic mice overexpressing GABA transporter-I. Acta Pharmacologica Sinica, 2003, 24(10): 991-995.
[6] Ma Yinghua, Hu Jiahua, Zhou Xiaogang, et al. Transgenic mice overexpressing γ-aminobutyric acid transporter subtype 1 develop obesity. Cell Research, 2000, 10: 303-310.
[7] Ma Yinghua, Hu Jiahua, Zhou Xiaogang, et al. γ-aminobutyric acid transporter (GAT1) overexpression in mouse affects the testicular morphology. Cell Research, 2000, 10: 59-69.
关键词：巴甫洛夫 条件反射 认知功能 行为研究 ■