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达尔文为何会钟爱肉毒杆菌

那些皱纹引发的龇牙咧嘴、挤眉弄眼和冷笑都可能是进化的产物。

作者:Carl Zimmer
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达尔文会钟爱肉毒杆菌

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我不是说他会第一个冲进诊所,让针头扎进他那以皱纹闻名的额头。我的意思是,达尔文会乐于将肉毒杆菌作为一种科学工具——来窃听面部与大脑之间私密的对话。

达尔文一生中的大部分时间都沉迷于面孔。一次参观伦敦动物园时,他给两只猩猩喂了镜子,看着它们对着自己的倒影龇牙咧嘴、噘起嘴唇。他花了很多个下午,全神贯注地盯着哭泣的婴儿和微笑的女性的照片。他向朋友们展示一个人的面部肌肉因电击而扭曲的照片,并询问他们这个人似乎在表达什么情绪。为了了解所有人是否都以相同的方式表达情绪,他列出了16个问题,并发送给世界各地的几十位熟人。他的问题列表开头是:

1. 震惊是以张大眼睛和嘴巴、扬起眉毛来表达的吗?

2. 羞愧是否会引起脸红,如果肤色允许的话?尤其是脸红会延伸到身体的哪个部位?

3. 当一个人愤怒或挑衅时,他是否会皱眉、挺直身体和头部、摆出方肩的姿势、攥紧拳头?

达尔文收集了来自婆罗洲、加尔各答和新西兰等地的通信者们的回应,并将它们与他对脸部的其他笔记结合起来,于1872年出版了一本书,题为《人类与动物情感表达》。达尔文时代的绝大多数科学家认为面部是一种神秘之物,其表情在创世之初就已经被设定好了。但达尔文认为,一个人脸上的快乐或悲伤表情是进化的产物,正如我们的手是从鱼鳍进化而来一样。

作为证据,达尔文指出了他民意调查的结果。世界各地的人们在婴儿时期就开始以相同的基本肌肉收缩模式做出表情。在他的书中,达尔文印制了人们遭受电击的照片,这些照片是由法国医生纪尧姆-本杰明-阿曼德·杜歇纳拍摄的。仅仅通过将电流导入人脸的不同部位,杜歇纳就能产生快乐、恐惧、愤怒和厌恶的表情。达尔文认为,表情是反射,是我们脸上和大脑中刻下的本能模式。

为了追溯我们面部的历史,达尔文写道,我们只需要看看我们同类动物。尽管人类的面部在某些方面是独一无二的,但它们也与其他物种有着惊人的相似之处:“凡是看到一只狗准备攻击另一只狗或一个人,以及同一只动物在讨好主人时,或者看到一只猴子被侮辱时和被饲养员抚摸时的面部表情,都会不得不承认,它们的面部动作和姿态几乎和人类一样富有表现力。”

达尔文将面部表情描述为“情感的语言”。它们是我们拥有语言之前的一种交流方式。它们不仅帮助我们理解他人的情感,也帮助我们分享情感。“通过外在迹象自由表达一种情感会加剧这种情感,”他写道。“即使是模仿一种情感,也会在我们心中唤起这种情感。”

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达尔文的观点后来被证明是具有预见性的,但当你在21世纪阅读《情感表达》时,你无法不注意到他当时的科学研究是多么陈旧。如今研究面部的科学家们不再依赖他们的宠物狗或来自巴西的朋友的信件。他们追溯胚胎中面部的发育,扫描大脑,读取肌肉的电活动,并用高速视频记录咧嘴笑和撅嘴。

这些科学家们已经证明,我们的面部在半个多世纪前就已经形成了其基本形态。那时,早期的鱼类进化出了头部的肌肉,用于吸入食物和水。我们面部所有的肌肉都来自于胚胎头部基部的一条细胞带,就像今天仍然存在的七鳃鳗一样,它们属于现存最古老的脊椎动物谱系之一

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登陆陆地给我们的祖先的面部带来了巨大的变化。它们停止通过鳃呼吸水,面部中支撑鳃的肌肉承担了新的功能,例如控制喉咙吞咽食物。与此同时,随着陆地脊椎动物进化出更强大的咬合力,移动下颌的肌肉也变得更大。

当我们的祖先进化成哺乳动物时,它们的面部再次发生变化。新的肌肉附着点从下颌延伸到皮肤本身。它们增强了哺乳动物的感官——面部两侧的肌肉可以转动耳朵,而嘴唇周围的肌肉控制着胡须。但哺乳动物不仅能用这些肌肉感知世界。它们还能进行交流。哺乳动物可以露出牙齿或向后摆动耳朵,向其他哺乳动物传递信号。

如果说哺乳动物的面部是交流的工具,那么灵长类动物的面部就是斯特拉迪瓦里琴。大约在6000万年前,灵长类动物进化时,大块的面部肌肉分裂成小块的特化组织。有些只负责抬眉。有些只负责噘嘴。神经在面部发展出新的分支模式来控制新肌肉,而控制面部的脑区也随之增长。

杜肯大学的体质人类学家安妮·伯罗斯一直在解剖灵长类动物的面部,她发现它们的面部与我们人类的面部比解剖学家们曾经认为的要更相似。例如,她在黑猩猩的面部发现了曾经被认为只有人类才有的肌肉。

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不仅肌肉的位置相同,灵长类大脑使用它们来做出许多相同的表情。英国朴茨茅斯大学的心理学家布里吉特·沃勒和她的同事们通过一种新颖的方法,对杜歇纳的旧研究进行了补充。杜歇纳只能将电极放在受试者的皮肤上;而沃勒和她的同事们现在可以将细针插入肌肉本身。研究人员也可以将这些针插入麻醉过的黑猩猩体内。他们发现,在大多数情况下,无论是在黑猩猩还是人类的面部,一个面部动作都会产生相同的表情

为什么一小部分哺乳动物会进化出如此精致的面部?答案可能与灵长类动物高度的社会生活有关。自然选择可能偏爱那些能够做出广泛表情并能解读他人表情的灵长类动物。正确的表情可以帮助一只灵长类动物压倒对手或巩固关系。它甚至可能阻止灵长类群体陷入内战。达特茅斯学院的人类学家塞思·多布森对12种猴子和类人猿的研究中找到了支持这一观点的证据。他发现,生活在更大群体中的灵长类动物往往拥有更灵活的面部。

你不仅可以在灵长类动物的面部,也可以在它们的大脑中看到这种丰富的表现力。多布森发现,生活在更大群体中的灵长类动物大脑中控制面部的区域更大。灵长类大脑还拥有用于解读面部表情的强大网络。当一只猴子看到另一只猴子的照片——例如一个张大嘴的威胁性表情,或者一个臣服的咂嘴——它大脑中的一个神经元网络就会活跃起来。网络的一部分会处理面部特征,以便识别属于谁。情感处理部分也会活跃起来。不同的中心会对不同的情绪做出反应,从而使猴子能够解读面部背后的感受。

当我们看到面孔时,我们不仅仅是识别它们;我们也只是瞬间就会做出相同的表情。如果你看到一个人咧嘴大笑,你面部的肌肉会在大约三分之一秒内开始收缩。愤怒和悲伤的表情也是如此。无论人们是在看着我们还是看着别人,我们都会这样反应。

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模仿表情是人类根深蒂固的本能——婴儿出生几天就开始模仿。而我们的祖先可能已经模仿这些表情数百万年了。今年早些时候,朴茨茅斯大学的玛丽娜·达维拉·罗斯和她的同事们报告了首次观察到其他类人猿快速模仿表情。当猩猩们互相玩耍时,它们有时会张开嘴,这相当于类人猿的微笑。罗斯观察了25只猩猩玩耍,发现当一只猩猩看到另一只猩猩做出张嘴的表情时,它会在不到半秒钟的时间内模仿。

我们模仿表情并非仅仅因为在看别人。实验表明,模仿实际上有助于我们理解他人的感受。哈佛大学心理学家林赛·奥伯曼和她的同事们仅用一支笔就证明了这一效果。

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奥伯曼让志愿者咬住一支笔,然后看一系列的面孔。他们必须选出他们认为面孔所表达的情绪。志愿者识别悲伤和愤怒面孔的准确率与没有笔咬在嘴里的测试对象相同。但是,他们识别快乐面孔的准确率有所下降。

碰巧的是,咬笔需要你使用的肌肉和你微笑时使用的肌肉是相同的。由于在整个实验过程中微笑的肌肉都在活跃,奥伯曼的受试者显然无法感受到自己开始模仿快乐的表情。没有了这种反馈,他们就更难识别人们何时快乐。

奥伯曼和越来越多的其他心理学家认为,我们通过模仿表情来共情。通过将自己置于他人的位置,我们理解他们的感受。为了研究面部模仿如何帮助我们共情,科隆大学的莱昂哈德·希尔巴赫和他的同事们最近在脑部扫描方面取得了突破。他们让志愿者观看电脑动画人物朝他们微笑的电影,同时科学家们扫描他们的大脑活动并追踪他们的面部肌肉。之后,研究人员检查了肌肉记录,以确定志愿者模仿面部的精确瞬间。然后,他们观察了志愿者在那一刻的大脑活动。

希尔巴赫发现,在无意识的面部模仿过程中,大脑的几个区域会变得活跃。其中,左侧中央前回是人们产生面部肌肉运动冲动时(例如,一首歌让他们感到悲伤)会活跃的区域。其他区域(右侧海马体和后扣带皮层)在我们拥有情感体验时变得活跃,有助于检索情感记忆。在面部模仿过程中活跃的另一个大脑部分(背侧中脑)将情感信号传递到身体的其余部分,引发与情绪相关的身体感受,如心跳加速。

换句话说,当我们模仿他人面部时,我们不仅仅是做做样子。我们也是在经历情绪。

最近,慕尼黑工业大学的伯恩哈德·哈斯林格意识到,他可以用一种新的方式来检验面部反馈理论。他可以暂时麻痹面部肌肉,然后扫描人们在尝试做出表情时的脑部活动。为了阻断面部反馈,哈斯林格使用了Dysport,这是一种在欧洲有售的类似肉毒杆菌的药物。

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肉毒杆菌(Botox)和Dysport是孢子形成细菌肉毒梭菌产生的一种毒素的品牌名称。肉毒杆菌附着在神经元的表面,阻碍一种称为乙酰胆碱的神经递质的释放。少量肉毒杆菌可能致命。在小得多的剂量下,它只能麻痹一小块肌肉几周。哈斯林格曾将Dysport用于运动障碍患者,如肌张力障碍,以帮助减少不自主的肌肉运动。但肉毒杆菌和Dysport最出名的是作为抗衰老治疗。注射到皱眉肌可以减缓眉毛周围皱纹的生长。

为了进行他的脑部实验,哈斯林格和他的同事给19名女性注射了Dysport。两周后,科学家们扫描了她们的大脑,同时向女性展示一系列愤怒或悲伤的面孔,并要求她们模仿或仅仅观察这些表情。然后,哈斯林格对没有注射Dysport的19名女性进行了同样的实验,并比较了两组扫描结果。

当女性做出悲伤的表情时,注射了Dysport的女性和未注射的女性大脑的相同区域都变得活跃。但是,做出愤怒的表情引发了不同的模式。在未注射Dysport的女性中,被称为杏仁核的区域——一个处理情绪的关键脑区——变得活跃。在接受了Dysport治疗、无法使用皱眉肌肉的女性中,杏仁核则较为安静。哈斯林格还发现了另一个变化,即杏仁核与脑干之间的连接——脑干可以将信号传递给身体的其他部分,引发与情绪相关的所有身体感受:Dysport削弱了这种连接。

当然,神经科学实验室并不是唯一注射Dysport或肉毒杆菌的地方。根据美国整形外科医师协会的数据,在美国,医生每年会进行数百万次肉毒杆菌注射,其中很多是用于面部。哈斯林格的研究表明,这似乎是一项大规模的、未经计划的实验。

2008年6月,《美国皮肤病学会杂志》上的一组整形外科医生提出,这项实验正在让所有人都变得更快乐。注射肉毒杆菌的人可能不容易受到他人愤怒情绪的影响,因为他们自己也难以做出愤怒或不高兴的表情。而且,由于注射肉毒杆菌的人无法通过他们的表情将负面情绪传播给他人,因此未注射肉毒杆菌的人也可能更快乐。外科医生承认,这目前只是猜测。尽管如此,他们声称,“我们留下了诱人的可能性,即美容手术可能会产生超越皮肤深层的影响。”

也许吧。但是,尽管整形外科医生可能想要考虑肉毒杆菌带来的年轻化效果,但神经科学提出了一个更黑暗的可能性。做出表情有助于我们理解他人的感受。通过改变我们的面部,我们正在干扰面部与大脑之间古老的交流线路,这可能会以我们尚未理解的方式改变我们的思想。

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