一条失控的神经
人类的神经系统惊人地错综复杂且至关重要,它使高度发达的大脑的功能得以充分发挥。
神经是由聚集成束的被单独包覆的轴突构成的,轴突能将神经冲动从大脑传递到身体各处(或者,对于感觉神经来说,从身体各处传递到大脑)。例如,位于大脑顶部附近的运动神经元可以将它们的长轴突从脑部传出,沿着脊髓向下,经过腰部和下肢,一直伸向位于大脚趾中的目标。这的确是一条很长的路线,但它却是一条直达的路线。颅神经和脊髓神经的网络可以将它们的轴突从大脑传递到身体的每一处肌肉、腺体和器官。
进化在人类的神经系统中留下了一些奇怪的缺陷。仅举一个例子,我们笨拙的喉返神经(RLN)。(实际上,我们有一对喉返神经,就像人体中的大多数神经一样,一条在左边,一条在右边,简单起见,我们只讨论左边的这条喉返神经。)
喉返神经中的轴突起始于大脑顶部附近并连接喉部肌肉(也称为喉头)。这些肌肉在神经的指引下,可以让我们在说话、哼鸣和唱歌的时候发出和控制可以被听到的声音。
我们理所当然地会认为这条始于大脑、止于咽喉上部的轴突传递路线应该很短:穿过脊髓、颈前部,一直到喉。整个距离不过是几厘米长。
但事实并非如此。喉返神经的轴突被包裹在一条更为著名的神经——迷走神经中。它沿着脊髓向下,一直延伸到上胸部。在那里,被称为喉返神经的轴突的子束在肩胛骨下面稍微退出脊髓。然后左喉返神经在心脏主动脉下方绕了个圈,再折返回颈部,到达喉部。
喉返神经的实际长度是它本来所需长度的3倍以上。它蜿蜒穿过本不需要到达的肌肉和组织。喉返神经是心外科医生非常重视的一条神经,因为它与心脏大血管紧密地交织在一起。
早在古希腊医生伽林(Galen)的时代,这种解剖结构上的怪异之处就已经被人们认识到了。那么这条迂回的路径有什么功能吗?几乎可以肯定的是没有。事实上,还有另一条神经——喉上神经,它也能支配喉部,并且沿着我们预想的确切路径行走。这个子束也从较大的迷走神经束中分支出来,在脑干下离开脊髓,然后行走很短的距离到达喉部。设计简单而有效。
为什么喉返神经要走这样一条漫长而寂寞的路呢?同样,答案源于古代进化史。这条神经起源于古代鱼类,所有现代脊椎动物都有喉返神经。鱼类的这条神经连着大脑和鳃,而鳃是喉部的祖先。鱼类没有颈部,它们的大脑很小,没有肺脏,它们的心脏与人类的心脏相比更像是肌肉软管而不是泵。因此,鱼类的中枢循环系统大部分位于鳃后方的空间,这与人类完全不同。
图3 左迷走神经和部分神经分支——包括喉返神经。它绕过胸部和喉部的迂回路线是一种进化返祖,它源于人类早期脊椎动物祖先体内的一条从大脑到鳃的非常靠近心脏的神经通路
鱼类的这条神经可以按照预想的有效方式完成从脊髓到鳃的短暂旅行。不过,它沿着这条路径,会穿过一些位于心脏外部的主要血管,这些血管相当于哺乳动物的主动脉分支。这种交织状态在鱼类结构中很有意义,它可以使神经和血管紧凑而简单地排布在一个非常紧密的空间里。但随着鱼类进化成四足动物并最终演变为人类,这种最初的有意义的设计也导致了现在人类荒谬的解剖结构。
在脊椎动物的进化过程中,随着身体形态呈现出明显的胸部和颈部,心脏开始向后移动。从鱼到两栖动物,再到爬行动物、哺乳动物,心脏距离大脑越来越远,但鳃并没有移动。人类的喉部相对于大脑的解剖结构位置,与鱼鳃相对于大脑的相对位置没有什么差异。喉返神经的行走不应该受心脏位置的影响——除非它与心脏外部的血管交织在一起。喉返神经被困住,于是被迫长成一个大的循环结构,以便可以从大脑到达颈部。显然,在进化过程中并没有捷径,它无法做到让神经的胚胎发育重组,以使喉返神经从主动脉中解脱出来。
其结果是,喉返神经在人类的颈部和上胸部形成了一条很长而不必要的回路。虽然这似乎不是什么大事,但是要知道,所有的四足脊椎动物都从同一个祖先——硬骨鱼类——那里被迫继承了相同的解剖结构。鸵鸟的喉返神经本来只需走2~3厘米就可以完成它的工作,而实际上,它几乎沿着鸵鸟的脊椎行走了整整1米的距离,然后又走了1米的距离返回颈部。长颈鹿的喉返神经更是可以长至5米!当然,这与雷龙、腕龙及其他蜥脚类恐龙的喉返神经的实际长度相比根本不算什么。或许我们根本不应该轻视我们自己相对弱小的喉返神经。
图4 所有脊椎动物的左喉返神经都要绕过主动脉下方。因此,蜥脚类恐龙的喉返神经会有惊人的长度