幸而最后,一位精神病医师给他开了三环抗抑郁药,三个星期内,他的精神状况开始好转。“在此之前,我的四周像被浓雾笼罩着,根本看不到太阳;而现在这层雾气淡了些,我能看到云雾背后存在着微弱的光芒。”费舍尔这么向我们比喻。在之后短短九个月,除了一些包括高血压在内的治疗副作用依旧存在,他感觉自己获得了新生。不久后,费舍尔将治疗药物换为“百忧解”(Prozac),并一直小心控制着自己的病情和用药情况。
费舍尔独特的亲身经历使他相信,这些抗抑郁症药物的确发挥了作用,不过让他感到吃惊的是,他发现神经科学家们居然对这些药物背后的作用机制知之甚略。这引起了费舍尔的好奇心,结合自身量子力学的专业背景,他开始思考大脑中发生量子处理的可能性。五年前,他全身心地投入了这项课题,他想知道更多——结合自己的经历,费舍尔将抗抑郁药物作为研究的切入点。
考虑到几乎所有的精神治疗药物都是复杂的小分子化合物,费舍尔把研究的第一个目标定在了结构最简单的一类药物——锂上。该药物只包含一种原子,可以说是个高度简化的科学模型,就像“真空中的球形鸡”一样(“真空中的球形鸡”出自一个讽刺理论物理学家过度简化模型的笑话:一个养鸡场里养的鸡忽然不下蛋了,农场主写信给物理学家求助,物理学家做了一番计算后宣布:“我已经找到了一个解!不过,这个解只适用于真空中的球形鸡。”),比起研究“百忧解”之类的药物要容易得多。费舍尔认为“真空中的球形鸡”这个比喻格外恰当,因为锂原子的微观外型恰好就是一个球体——一层球形的电子云围绕着中心的锂原子核。他注意到市场上常见的锂处方药几乎都是Li-7,于是开始思考:锂元素的另一种更少见的同位素Li-6是否能够起到同样的药物疗效?从理论上来说,不同同位素之间只是中子数目不同,化学性质几乎相同,所以Li-7和Li-6的疗效应该是一样的。
在费舍尔检索文献时,他发现前人已经做过一些比较Li-7和Li-6效应的实验。早在1986年,康奈尔大学的科学家就研究了这两种同位素对大鼠行为的影响(J.A. Sechzer, K.W. Lieberman et al., 1986)。实验者将怀孕的大鼠分为三个不同的实验组:一组给药Li-7;一组给药Li-6;还有一组作为实验对照组。在小鼠诞生之后,给药Li-6的大鼠妈妈表现出了更强的母性行为:比起给药Li-7和对照组的大鼠母亲,它们哺乳、养育后代和打理小窝的行为都更频繁。
这极大地勾起了费舍尔的好奇心。这两种同位素的化学性质是如此相像,由中子数数目不同所引发的质量数差异又是那么微乎其微,理应如泥牛入海般消失在体环境的汪洋之中,那么到底是什么造成了研究者观察到的行为差异呢?
费舍尔认为这种差异的秘密很可能隐藏在原子核自旋(nuclear spin)之中。核自旋是核自旋角动量的简称,是原子的一种内在量子性质,具体数值由原子核的自旋量子数决定(质子数和中子数均为偶数的原子核,自旋量子数为0;质量数为奇数的原子核,自旋量子数为半整数;质量数为偶数,质子数与中子数为奇数的原子核,自旋量子数为整数),它影响了原子处于相干态,即不受环境影响状态的时间:核自旋越低,原子核与外加电磁场的相互作用就越弱,越不容易发生退相干。
由于Li-7和Li-6的中子数不同,它们的核自旋角动量也就不同(自旋量子数不同)。Li-7的量子数更大,核自旋更高,根据量子力学原理,其发生退相干的速度也就越快;与此同时,Li-6却能保持更长时间的量子纠缠态。
费舍尔找到的这两种化学物质——Li-7和Li-6,它们除了量子核自旋不同,其余的重要性质都完全相同,他发现这两种物质对于动物行为的影响差异巨大。这个发现是费舍尔无法抗拒的诱惑——它暗示着,量子处理的确有可能在认知过程中起到了功能性的作用。