戴維·H·胡伯爾（1926-2013）

呂吉爾/編譯

戴維·H·胡伯爾

●美國神經生理學家、美國科學院院士、1981年諾貝爾生理學或醫學獎得主戴維·H·胡伯爾（David Hunter Hubel）因腎功能衰竭于2013年9月22日在美國馬薩諸塞州林肯鎮去世，享年87歲。

胡伯爾博士驚人的視覺皮層圖像揭開了大腦最神秘功能之一——視覺——的神秘面紗。從1950年代后期開始，胡伯爾博士的研究揭示了視覺皮層——大腦接收眼睛采集的大量數據的區域——的結構。

合作研究的故事

胡伯爾與瑞典裔美國神經生理學家托爾斯滕·N·維澤爾（Torsten Nils Wiesel,1924-）一道發現了神經細胞，也即神經元，是如何分析進入視網膜的光線，一點一滴地合成我們感知外部世界的詳盡的、運動的、幾乎無限多的最終圖像。

經過25年的共同研究，他倆揭示，在大腦視覺皮層中，具有相同圖像特征選擇性和相同感受域的眾多神經細胞，以垂直于大腦表面的方式排列成柱狀結構——功能柱。這些柱狀結構被看成是大腦功能組織的一個基本結構。功能柱垂直地貫穿大腦皮層的六個層次，同一功能柱內所有的神經細胞都編碼相同的視覺信息。每個模塊各自處理所見世界的不同組成部分：如形狀、輪廓、顏色、運動和立體感。

他倆的合作始于約翰斯-霍普金斯大學，并在哈佛醫學院繼續了20年。胡伯爾博士和維澤爾與美國神經心理學家、神經生物學家羅杰·W·斯佩瑞（Roger Wolcott Sperry,1913-1994）分享了1981年諾貝爾生理學或醫學獎。

胡伯爾博士和維澤爾之所以被授予諾貝爾獎，其主要理由是基于以下兩項成就：第一，他倆在視覺系統發育方面的研究，發現了視覺功能柱。第二，他倆的研究奠定了視覺神經生理學的基礎。他倆的研究給人們呈現了視覺系統是如何將來自外界的視覺信號傳遞到視覺皮層，并通過一系列處理過程（包括邊界檢測、運動檢測、立體深度檢測和顏色檢測等）最終在大腦中構建出視覺圖像的。胡伯爾和維澤爾的實驗結果表明，視覺功能柱的發育過程在動物幼年時一旦完成即定型。這項研究為我們了解和治療幼兒白內障和斜視打開了大門，對于大腦皮層神經元可塑性的研究也非常重要。

當他倆開始研究視覺系統的時候，人們對視覺皮層的功能組織還知之甚少，科學家們只是在不久前才剛剛開始記錄來自大腦最高層和最復雜區域的電脈沖。諾貝爾獎委員會稱他倆的研究“揭開了大腦深處最隱秘的秘密之一：其細胞解碼大腦來自眼睛所接收信息的方式。”

在胡伯爾博士和維澤爾于1958年一起進行的早期實驗中，他們既好追根究底又愛花招百出。他們硬是把投影儀塞進他們在約翰斯-霍普金斯大學那15英尺見方的實驗室里，屏幕前坐著他們的實驗貓，貓頭上帶著實驗頭盔。

他們給實驗貓演示大小不同的點——明亮背景上的暗點和黑暗背景上的亮點——試圖找到一個能夠刺激并誘發連接于外科手術植入電極的單個神經元做出反應。在頭幾天里，他們沒得到任何收獲。感到絕望之時，他們就揮舞著手臂在實驗貓面前跳舞。更有甚者，他們還曾給實驗貓看雜志廣告上的美女圖片。

在這兩位科學家2004年合寫的回憶錄 《大腦和視覺感知：25年合作研究的故事》中有這樣一句話，“我們的房間看上去肯定像個馬戲團，配齊了帳篷和珍禽異獸。”

胡伯爾和維澤爾所做的實驗大幅擴展了科學界對感覺信號處理的認識。在1959年的一次實驗中，當胡伯爾博士和維澤爾切換視覺刺激的時候，一個陰影——以某個特定的走向掃過投影儀屏幕的一條淡淡的線條——讓實驗貓的神經元做出了反應。他們反復實驗，發現了貓視覺皮層的一個細胞對某一方向的條紋反應最大。胡伯爾博士回憶道，一發現這個，他們就對這個神經元連續觀察研究了9個小時。這是在理解視覺系統的漫長研究旅程中偶然邁出的第一步。

胡伯爾博士和維澤爾研究發現，視覺細胞在出生后即開始發育，如果不使用就迅速退化。這一發現使得已經確立的推遲視覺障礙兒童矯正手術的準則得以改變。

只是解釋頭腦的運作

戴維·H·胡伯爾于1926年2月27日出生在加拿大安大略省東南部溫索爾鎮的一個美國家庭，父母親從美國移居加拿大，祖輩則是從德國巴伐利亞州的訥德林根來到美國的移民。1929年時，他隨全家來到加拿大魁北克省南部的蒙特利爾市居住，并在當地度過童年。

1947年，他以優異的數學和物理學成績畢業于加拿大蒙特利爾的麥吉爾大學，獲得物理學學士學位。雖然被錄取到物理學研究生院，但是他心血來潮申請了麥吉爾大學醫學院。他在多年后的回憶錄中寫道，“讓我吃驚的是，我在那兒也被錄取了。”

他于1954年進入約翰斯-霍普金斯大學醫學院工作，職位是神經內科住院醫生，隨后應召入伍，進入美國海軍的沃爾特-里德醫院。兵役期滿后，胡伯爾博士于1958年重新回到約翰斯-霍普金斯大學，與當時的頂尖神經生理學家之一弗農·B·蒙特卡斯爾（Vernon Benjamin Mountcastle,1918-）一起工作，開始研究視覺皮層。

1981年10月10日，胡伯爾（右）與維澤爾慶祝他倆與羅杰·斯佩瑞分享諾貝爾生理學或醫學獎

然而，他一到那兒就發現，蒙特卡斯爾實驗室正在進行一項為期6個月的整修。研究視覺的斯蒂芬·W·庫夫勒（Stephen William Kuffler,1913-1980,著名匈牙利裔美國神經生理學家，公認的現代神經科學之父）邀請胡伯爾博士與維澤爾——剛剛從瑞典來的一位年輕科學家——組成拍檔來打發這段時光。這一預計半年的拍檔關系結果持續了25年。

胡伯爾博士和維澤爾與庫夫勒小組一起于1959年來到了哈佛大學醫學院，任神經生物學教授。在那兒，他們形成了哈佛神經生物學系——美國第一個神經生物學系——的核心。

在那兒的之后40年，胡伯爾博士繼續研究和講學。他最喜愛的課程是他的新生研討會，他教授了十多年，甚至在退休后還在教。

每年，他都會接受十多名哈佛新生進入他的實驗室，帶領他們進行羊腦解剖，用皮革邊料練習外科縫合，教他們如何焊接以及如何自己動手制作簡單的電子工具。

除了學術研究以外，胡伯爾博士的愛好也十分廣泛。他學習日語、法語并研究天文。他還彈鋼琴、吹笛子。他對攝影的興趣讓他與寶麗來公司的共同創辦者埃德溫·蘭德 （Edwin H.Land,1909-1991,美國科學家和發明家）建立了友誼。

在2009年紀念胡伯爾博士和維澤爾的第一篇視覺皮層研究論文發表40周年的致辭中，埃瑞克·R·坎德爾 （Eric Richard Kandel）回憶起他倆1978年獲得的哥倫比亞大學路易莎-格羅斯-霍維茨獎審議過程中的一段插曲。

評獎委員會的一名評委向坎德爾提出，胡伯爾博士和維澤爾的研究雖然精湛，但是對于人類生物學而言還是顯得普遍性有限。坎德爾回憶是這樣回答的，“您說得對，它不適用于腎臟或脾臟。它要局限得多，它只有助于解釋頭腦的運作。”