丹麦哥本哈根一家医院的病房中，一名有着棕色波浪头发的年轻女性受试者正躺在病床上。她伸出的左手臂上贴了许多电极，每隔几秒钟，电击就会霹雳啪拉地刺激其手臂，每次她的手指都会抽动一下。她皱了皱眉头，因为今天还得被电击数百次。
这名受试者正出租自己的手臂，价格是1000丹麦克朗，约人民币1036元。几位医生照顾着这名受试者，还有一位专攻量子力学及生物物理学的研究人员海姆伯格（Thomas Heimburg）坐在一旁凳子上，正在iPad上描绘著一项严谨实验的细节，希望能得到深切的结果。
医生在这名受试者的手臂注入了麻醉药物利多卡因（lidocaine），剂量足以让手臂失去知觉并进行手术。一开始，受试者手臂神经对电击没有反应，研究人员逐渐增加电流强度，最后到40毫安培（约一开始电流的10倍强），约为一颗5瓦特灯泡的电流量。
啪的一声，又来了一次电击。受试者的手如垂死的蛇般抽动了一下。海姆伯格没有特别注意她的手，因为他正专心看着墙上的电脑屏幕。一条代表手臂肌肉的神经电讯号波形在屏幕上大幅跃动，显示出越来越强的电击已开始减少麻醉效果。神经活动现在已经和麻醉前一样强烈。对此海姆伯格十分满意，他小声地说：“教科书中所写的知识和这项结果冲突。”
海姆伯格任职于以物理学着称的丹麦波耳研究所，他希望能找到许多与教科书内容相冲突的结果。这项我在2011年亲眼目睹的实验，就是为了研究一个长久以来的医学谜题。170年来，麻醉医师一直为病人进行全身麻醉，已发现数十种有效的麻醉药物。在高剂量的麻醉药物下，神经元功能会依序暂停：先是记忆，接着是痛觉，再来是意识，最后是呼吸。在所有动物身上，无论人类或苍蝇，都是这个顺序。但没有人知道麻醉原理，氧化亚氮、乙醚、七氟醚烷和氙的分子结构大相径庭，因此不太可能都与细胞里的同一种蛋白质起作用，这和其他药物原理不同。
海姆伯格认为，麻醉药物是以一种全然不同的方式运作：透过改变神经的机械特性。若真是如此，那么神经元就属于机械式，而非科学家数十年来以为的电流回路。根据海姆伯格的理论，物理冲击波会在神经轴突上传递，如同声波传递，而电脉冲只不过是这种物理冲击波的副产物。他认为，麻醉药物让神经元“安静”的原理，就是药物被埋进包覆神经纤维外层的脂质膜中，使脂质膜变得太柔软而无法传递物理冲击波，就像吉他弦太松时无法弹奏。
接下来7年，他和同事接连找到许多证据，这些精巧的测量方式显示出单一神经元的机械波运作方式、脂质膜膨胀与收缩的程度与速度，以及麻醉药物如何改变这些特性的方式。其他科学家也开始对此感兴趣。海姆伯格正准备进行一项关键实验来确立他的理论：测量机械波在单一神经元上传递时释出的热能。海姆伯格的研究持续显示，神经脉冲比大多数生物学家所认为的更复杂。
神经脉冲的机械式特质之所以被忽略，可能与历史上的一项意外有关。50年前的仪器可以轻易测量神经元中微弱的电生理活动，但当时没有仪器可以测量机械波。硬件局限了科学家的发现，并决定了哪些想法成为主流思想。海姆伯格的实验又重新开启了那道已经有数十年历史的科学裂痕。
从这个机械式神经元的故事中，我们可以看到科学发展过程的偏见与历史意外，它也可能改变我们对神经元、大脑以及心智功能的基础知识。科学家正努力想解释大脑如何完成脸部辨识和对话等复杂的心智功能，而他们的解释方式就是透过充满杂讯的神经元中不稳定的蛋白质活动。海姆伯格发现，机械波或许可弥补杂讯的负面影响。如果他的假说正确，他将改写生物学。但他也可能完全错误。
科学家长久以来试图解释的神经脉冲，其实只是一瞬间的生理变化。当你踩到一颗图钉时，你的大脑在几分之一秒内就会让你感到疼痛，讯号在神经纤维中是以高达每秒30米的速率传递。
神经纤维有点像微小的中空管子，它比头发还细，管壁是脂质膜。带电的钠离子和钾离子则漂浮在脂质膜周围。1900年年代中期，研究人员已知如何把电极刺入神经元中测量脂质膜两侧的电压。他们发现神经电脉冲会沿着脂质膜传递，并在经过电极时，于数千分之一秒内造成电压变化。1952年，英国科学家何杰金（Alan Hodgkin）与赫胥黎（Andrew Huxley）发现电压变化是因钠离子由外向内穿过脂质膜所致，电压随后会因为钾离子由内向外穿过越脂质膜而恢复原状。这项何杰金–赫胥黎理论，成了现代神经生理学的基石。
何杰金与赫胥黎于1963年获得诺贝尔生医奖。但是有几位科学家持续观察到与这项理论不符的现象，其中有些科学家被认为是走错方向而遭众人遗忘，海姆伯格所重现的实验，正源自于此。
其中一位被历史遗忘的科学家，就是曾任职于美国国家卫生研究院（NIH）的资深神经生物学家田崎一二（Ichiji Tasaki）。1979年，他进行了一项非正统的实验：在显微镜下，他小心翼翼切开螃蟹的腿，并在其神经纤维束上放置了一小片发亮的铂。接着把激光打在铂上，测量激光的反射程度，以推测神经纤维束是否会在神经脉冲经过时出现短暂的膨胀或收缩。田崎一二与当时的博士后研究员岩佐邦彦（Kunihiko Iwasa）进行了数百次测量，一星期后发现了明显结果：每当神经脉冲通过神经纤维时，都会在数千分之一秒内造成短暂的膨胀而后收缩。
这种变化非常细微，脂质膜的表面只会膨胀约70亿分之一米。但是它和神经电脉冲通过的时间完全吻合，这项结果支持了田崎一二的推测：何杰金和赫胥黎是错的。早在1940年代，研究人员就发现，当神经电脉冲通过神经纤维时，透明的神经元会短暂变得较不透明。1968年，田崎一二与另一个研究团队发现的证据显示，当神经脉冲抵达时，该神经元脂质膜内的分子会改变排列方式，并在神经脉冲离开后恢复原状。
另外还有热能。研究人员原本就知道神经电脉冲会释出热能，这是电荷移动时的正常现象。但有好几个研究团队都发现一件奇怪的事：神经纤维的温度会在神经电脉冲通过时升高数百万分之一℃，然后迅速恢复。热能并没有消散，大部分被神经纤维重新吸收，同样也是发生于数千分之一秒内。对田崎一二来说，神经纤维的迅速膨胀、分子重新排列以及温度升降都指向一项惊人的结论：神经讯号并非只是电压脉冲，而是货真价实的机械脉冲。那些只透过电极观测神经元的科学家，其实错过了许多变化。
田崎一二投入余生研究这些现象，他相信这些现象并非源自脂质膜，而是脂质膜内的一层蛋白质与糖类细丝。根据他的理论，当神经电脉冲到达时，细丝层会吸收钾离子和水分并因此膨胀，并在神经电脉冲离开时恢复原状。就在田崎一二专心探究这些想法时，却逐渐和这个研究领域脱节。有许多因素都对他不利，例如他是日本人，说着生硬的英语。“你必须有丰富的知识才能与他有真正的对话。”与田崎一二熟稔20年的NIH神经科学领域的主任贝斯尔（Peter Basser）如此说道：“我想有许多人并不认为田崎一二真的有足够的深度和见识。”此外，田崎一二也没有培养学生来承袭自己的研究想法。
田崎一二与这个研究领域走岔了的时间点，就是他和NIH另一位知名神经科学家柯尔（Kenneth Cole）的理论竞争，后者较贴近主流想法。虽然他们于1950～1970年在同一栋实验大楼中做研究，但鲜少说过话，只有在对方公开演讲时，才会在听众席中提出尖锐的问题。
1997年NIH重整期间，田崎一二关闭了自己的实验室，搬到了贝斯尔的实验室一隅。他持续每星期7天的研究工作直到90多岁。2008年12月的某一天，他在住家附近走路时跌倒撞到头，一星期后过世，享年98岁。当时田崎一二的研究几乎已经没有能见度。“我不认为有人质疑他所观察到的现象，因为他在实验室中很受敬重。”1967～2009年任职于NIH、现任职麻州大学阿模斯特分校的生物物理学家帕赛吉恩（Adrian Parsegian）如此说。神经科学界不认为田崎一二的发现是神经讯号传递的关键，认为那只不过是电压脉冲的副产物。帕赛吉恩说：“背后的科学问题并没有解决，一方想法被写入教科书，另一方则没有。”
