第七部分：脑的未解难题

本部分将聚焦三组关键关系：

先天与后天、灵魂与肉身、现在与未来。

它们是脑科学尚未解答的难题，也是人类对自我理解的终极追问。

在前面的部分里，我们分别讨论了脑的四个关键角色：它像一台拥有完整输入与输出回路的智能计算机，处理来自外部世界的纷繁信号；它也是一个情绪和本能的容器，塑造着我们最本源的感受与行为冲动；同时，它承载着人类独特的智慧与创造力，是语言、艺术、逻辑与抽象思维的诞生地；最后，它作为一个生物体的中枢器官，协调和调控着我们身体的一切运行。这四个角色共同构成了我们对脑的多维度理解，也搭建起了我们在本书中逐层展开的知识脉络。

但到了本书的最后一部分，我想做一件不太一样的事情。我们需要从前面那些具体的神经元、突触、电信号、神经通路等技术细节中退一步，重新审视“脑”这个对象本身。不是作为一个知识的拼图，而是作为一个有历史、有哲学、有未来的整体，我们需要从更立体、更本质的视角理解它。

为此，我们将引出脑科学中至今仍未完全解答的三大难题，也可以说是三组关键的关系：先天与后天、灵魂与肉身、现在与未来。它们不仅是脑科学仍在努力回答的问题，也是我们每一个人关于人类本质的终极追问。

先天和后天：大脑功能到底如何造就

脑的很多功能是天生的，例如饿了要吃东西，看到蛇会感到恐惧；但也有很多功能是需要后天学习的，例如读书识字、理性思考、自我反思。这是前面的部分在反复讨论的。

但更进一步思考就会发现，很多天生的能力也需要后天环境来塑造。例如，前面讨论过视觉系统发育的关键期，小猫如果有一只眼睛在出生后长期处于闭合状态，过一段时间，即便这只眼睛能睁开了，也无法再看到任何东西了。与之类似，人类学习语言也有关键期。

反过来看，很多要依靠后天学习的技能似乎也需要依赖一套天生的脑功能才能实现。例如，巴甫洛夫的狗能学会听到铃声就知道食物要来了，但它能在后天学会这一新知识，起码需要脑中天生就有海马这样的结构参与记忆的形成。

所以，从脑科学的角度来说，先天和后天是紧密纠缠在一起的。

这个说法当然是正确的，但像一句正确的废话，解决不了太多实际问题。我们更关心的是，脑的功能，特别是人脑的功能，到底哪些参数是由先天决定的，哪些参数是由后天塑造的。对于我们如何看待自己、如何理解他人，这个问题都非常关键。

双生子研究

这是个至今还无法很好回答的问题。但在生物学领域，有一个研究思路能够在一定程度为我们提供线索，那就是“双生子”研究。生物学研究领域最著名的一对双胞胎是美国宇航员马克·凯利（Mark Kelly）和史考特·凯利（Scott Kelly），美国国家航空和宇航局还利用他们研究了太空飞行对人体的影响（图48-1）。

人和人之间的基因组序列99%以上是完全相同的，只有1%左右的基因序列存在差异，这些差异广泛分布在人体23对染色体大约500万个不同的位置上。正是因为这些微小但广泛的差异，我们每个人才会各不相同。

考虑到每个孩子都会从父母那里分别继承50%的遗传物质，因此人类的双胞胎有两种可能性：其一，同一枚受精卵在发育过程中一分为二变成两个孩子，即同卵双胞胎，两个孩子几乎共享100%的遗传物质；其二，母亲的两枚卵子同步受精和发育，即异卵双胞胎，两个孩子只会共享50%的遗传物质，本质上与先后出生的两个孩子的情况相似。如果两个孩子的父亲、母亲都不同，则两者之间的遗传差异会更大。

因此，只要比较一下同卵双胞胎、异卵双胞胎和无亲戚关系的陌生人之间在某些生物学指标上的差别，我们就能定量地计算出这个指标在多大程度上是由先天决定的，而剩下的差异自然就是受后天环境所影响的。

以身高为例，如果同卵双胞胎的身高总是一模一样的，但大街上随机两个同龄人的身高却千差万别，那我们就可以说，身高这个指标完全是由先天决定的。实际上情况也确实与此接近。例如，2007年一项大规模研究发现，个体之间身高的差异超过80%由先天决定，所有你能想到的后天的因素，如胎教、体育锻炼、多吃肉蛋奶、睡眠充足，以及发育过程中不可避免的随机因素，加起来的贡献都不到20%。

再具体点说，中国成年男性平均身高是1.7米，假设一名成年中国男性的身高是1.8米，那么，在他高出平均值的10厘米中，有8厘米是由先天决定的，有2厘米是受后天影响而形成的。

身高可能是受先天因素影响最大的人类特征之一，它一定程度上也暗示了先天因素对脑功能的影响范围。这个道理也很容易理解。身高的差异本质上是由人体整体发育过程的速度、节奏、终点决定的，而脑是人体的一部分，它的发育过程也内嵌在人体发育的整个程序中，它的功能自然也是如此。

基于这一原因，人脑的一些参数几乎是天生注定的。智商就是一个最引人瞩目的案例，它有80%是由先天决定的。图48-2所示为不同人之间的智商相关性，从中可以看到，同卵双胞胎不管是否一起长大，其智商都有极高的相关性。再考虑到同一个人多次做智商测试，结果本身也有10%上下的波动，我们几乎可以认定成年人的智商是先天注定的。

你可能做过各种各样的智商测试，它们主要检测的是人类心智活动中比较“硬”的一些参数，如记忆力、空间想象力、逻辑思维能力等。那么，更“软”一些的参数，如情绪控制、性格特征，乃至世界观和价值观呢？

看起来它们也被先天因素深刻影响着。

以性格为例，性格的定义和评估比智商困难得多，中文的词汇库里可能有成百上千个形容词都能用来形容性格。但不管用什么方法定量地评估性格，都可以看到先天因素起到了很重要的作用。例如，著名的大五人格按照开放性（好奇还是谨慎）、尽责性（有序还是粗心）、外向性（外向还是内向）、亲和性（友善还是挑剔）、神经质（敏感还是自信）五个维度给人的人格打分。在这五个维度上，先天遗传因素都有40%~60%的贡献，其中先天遗传因素对开放性和外向性维度的影响最大，达到了60%左右。

甚至是再“软”一点的参数，似乎也在很大程度上受先天遗传因素影响。例如，一个人的意识形态，包括是否关心政治问题，是偏自由派还是偏保守派，支不支持集权，支不支持女权，支持计划经济还是市场经济，差不多也有40%~60%是由先天决定的。图48-3所示为意识形态的差异在多大程度上可以用基因差异来解释。

一言以蔽之，人类心智活动的所有参数，从智商到性格，从意识形态到生活观念，不管听起来多么依赖后天经验，其实先天因素都是最重要的影响因素之一。与之相对，你可能会感到惊讶的是，这些研究同时也发现，对人格和观念的塑造来说，家庭环境的影响可以忽略不计——从小分开在不同家庭长大的同卵双胞胎，长大后的各种参数仍旧高度相似；而没有血缘关系，但从小被收养在一个家庭的孩子，长大后的各种参数则各不相同。

显然，很多对人类心智活动带有浪漫主义滤镜的人无法接受这个结论，因此它至今仍然是脑科学领域激烈争论的焦点。但如果从开始读到这里，我想你应该能理解先天因素为何如此重要。

以视觉系统为例，我们已经知道，人的眼睛不是在被动地拍摄风景照片，而是始终在有意识地提取视野中对自己最重要的视觉信号。既然如此，人和人之间的先天差异就有可能导致不同人脑中实际捕捉到的视觉信息天差地别。

比如，人类有红、绿、蓝三色视觉，但有 2% 的女性拥有四个色彩感受器，她们能分辨的颜色比普通人能分辨的多上 100 倍。而这还只是个开始。在视网膜之后，脑更是在主动且持续地对视觉信息进行裁剪和扭曲。所以可想而知，脑的差异会导致我们看到的世界截然不同。例如，偏侧空间忽视症患者永远只会注意到自己身体左边或右边一侧的信息，画画只会画风景的左边一半或右边一半，吃饭只吃盘子里左边一半或右边一半的食物，刮胡子也只会刮左边一半或右边一半。图 48-4 所示就是偏侧空间忽视症患者画出的钟表表盘和花朵。请注意，这不是因为他们的视力出现了问题——他们能看到，而是因为他们的注意力控制机制出了问题——他们发自内心就不觉得还有另一半空间的存在。

图 48-4 偏侧空间忽视症患者画出的钟表表盘和花朵

再如，视觉失认症患者能清楚地看到东西，但即便这些东西非常常见，他们也识别不出这些东西是什么。有位视觉失认症患者被称为 G.S.，他看到蜡烛就只能形容为“一个长的物体”；但如果能摸一摸、闻一闻，他就能明确地判断出这是一根蜡烛。也就是说，视觉失认症患者的视觉处理能力正常，对蜡烛的认知能力也正常，但就是无法把视觉系统提取的对象和蜡烛的概念联系在一起。

研究发现，偏侧空间忽视症和视觉失认症都与大脑顶叶区域的损伤有关。当然，这两类患者本身数量很少，其表现也比较极端。但顺着这些案例推演一下，你会意识到，所谓正常人的脑，因为遗传特质的差异，它们在结构和功能上有细微的差别，面对同一个风景，它们观察的区域范围、关注的对象类型、由此产生的联想和情感也各有不同。

源头信息输入已经有了这么大的差别，我们也就不难想象，在我们感受、处理、评价、回忆脑中的复杂信息时，差别只会更加显著。诸如一个人认为半杯水是半满还是半空，一个人是喜欢合群还是独处、愿意冒险还是习惯谨慎，人和人之间存在天然差异，可以说是非常合理的现象了，而且也有不少研究找到了一些明确的影响因素。

例如，携带 ADRA2B 基因变异的人更容易关注到负面信息——这个基因影响了人脑中肾上腺素的功能，而肾上腺素本身就与压力有关。又如，5HTT 基因的变异影响了人性格的开放性——这个基因和血清素的作用有关，而血清素和人脑的情绪处理有密切关系，包括抑郁症的发病。如果考虑到人和人之间有多达 500 万个存在差异的基因位点，我们完全可以想象这些差异的累积会微妙但明确地影响脑结构和功能，从而影响我们的心智活动。如图 48-5 所示，根据两项不同的研究，基因差异评分（从低到高，分为 5 档）甚至能用来预测一个人完成本科学业的概率。

图 48-5 基因差异评分与个体完成本科学业的概率的关系

人为自然立法

说到这里，我们很自然地会想到哲学领域一段著名的公案：人出生时，头脑是完全空白的，还是已经自带了一套工作模式？

17 世纪，英国哲学家约翰·洛克提出了著名的“白板”理论，认为人类心智在出生时就是一个白板，所有能力都是后天学习而来的。大卫·休谟继承了洛克的想法，甚至明确说出了“我们的观念超不出我们的经验”。从我们自身的感受来说，这个理论是有道理的，毕竟刚出生的婴儿确实看起来什么都不会，要一点一滴从头学起。

但学习了这么多脑科学知识，你应该已经能对洛克和休谟的说法提出反驳了。从感觉到学习，从本能到情感，从思维方式到自我意识，我们在人类心智的各个环节都能找到先天预设的影响因素。这就是康德所说的“人为自然立法”。请注意，康德并不是说人的观念能随意改造世界，而是说来自外部世界的信息在进入人脑之后，是人脑为它命名和分类，为它建立规则，给它赋予意义。

在“人为自然立法”的框架下，先天和后天的问题就有了一个全新的理解方式。

人脑就像是一台预装了操作系统的智能计算机。在人刚出生时，这套操作系统还没装什么软件，我们需要通过很多年的学习才能自立为人。但是，这套操作系统的存在限制了人脑中能装进什么样的工具软件，就像 iPhone 没法装安卓版的软件。这些具体的工具软件就是我们学到的知识和技能，也是我们看待世界、看待自己的角度和态度。操作系统是先天的，工具软件是后天的。操作系统限制着工具软件的装载，但没有具体的工具软件，操作系统也无法工作。

这种理解方式会带来一个很自然的推论：养育孩子时，我们要做的不是为孩子重装一套操作系统，而是为孩子安装一个个具体的工具软件；而且我们不能简单粗暴地把自己感兴趣的工具软件一股脑塞进孩子的脑中，我们还得考虑孩子自带的操作系统里能装进哪些适配的工具软件。

更具体点说，我们得特别提醒自己，孩子的智力水平、性格偏好等在出生后其实就很难被剧烈改变了。针对每一个特定的孩子，我们能做的是帮助他们找到适合自己的学习和生活方式、感觉舒服的社交方式，以及他们可能感兴趣的工作和技能。就像《美与木匠》中强调的，每个人都是从一粒独特的种子萌发而来的，我们能做的是为他们适配合适的营养条件，让他们尽可能地茁壮成长，而不是试图把他们切成整齐划一的木材。

这也意味着在脑科学的未来探索里，我们需要更进一步地搞清楚脑的先天和后天的边界。说到这里，技术上的挑战就来了，从身高到智商，从性格到三观，我们固然能确认先天因素的重要性，但它们往往被许多基因位点影响，而每一个位点的影响都非常微弱。例如，2018 年的一项研究用了 27 万人的数据，发现超过一千个基因位点和智商有关。所以，我们至今还搞不清楚任何一个复杂心智功能到底是怎么被先天因素影响的。而这对我们彻底理解脑功能显然非常关键。我们需要清楚地知道脑功能哪些是先天塑造的、无法改变的，哪些是后天学习的、可以改变的，这样才能知道如何让脑变得更好。就像著名的尼布尔祈祷文说的，“请赐给我雅量，从容地接受不可改变的事；赐给我勇气，去改变应该改变的事；并赐给我智慧，去分辨什么是可以改变的，什么是不可以改变的”。也希望这种智慧能伴随我们，一直到最终回答先天和后天的脑科学难题。

灵魂和肉身：灵魂离体的感觉是怎么回事

这一节，我们来讨论脑科学领域的第二对关系——灵魂和肉身。

在一本脑科学讲义里看到“灵魂”这个词，你可能会觉得有点违和。灵魂当然也不是个科学概念，反倒像个玄学概念。但无论如何，我们其实是能直接感知到灵魂的存在的。

说得再直白一点，关于灵魂，虽然脑的工作原理仍然迷雾重重，但我们自身的心智体验是非常真实的：我们随时随地能体验到脑海里的那个“我”的直观感觉，那个“我”时而专心工作，时而神游物外，有时快乐轻松，有时伤心愤怒，这会儿回想过去，下一个瞬间又开始畅想未来。这就像有个看不见、摸不着，但对我们无所不知的智慧生物住在我们的脑中，在不断地通过我们的眼睛看世界，不断地观察我们的本能欲望和情感状态，不断地做出各种各样的判断和指令。我们天然觉得，那就是我们的灵魂。

再思考：莱布尼茨的磨坊

你可能还记得，本书开篇讨论过的一个思想实验——“莱布尼茨的磨坊”。这个思想实验讨论的是，假设有一座风力磨坊，一个人看到它内部相互咬合的齿轮和各种机械零件，应该就能推测出这座磨坊没有意识，这时再走近磨坊仔细研究，人是否能理解其心智活动是怎么产生的呢？莱布尼茨说不行，因为这时你看到的仍然是各种机械零件，你能看到零件的运转，但是无法理解磨坊到底在想什么。莱布尼茨提出这个思想实验是想说，心灵无法被还原成物质，客观测量无法代替直观感受，因此我们根本不可能客观地了解人类心智。相对应地，莱布尼茨还构想了一个被称为“单子”的东西，用它代表活动的、不可分割的精神实体——说白了，就是灵魂。

而本书从开篇讨论到这里，已经在很大程度上推翻了莱布尼茨的这一论断。起码对很多脑功能（如感觉输入、运动输出、学习记忆、本能和情感）来说，我们都已经能在物质层面得到满意的解释。但说到“灵魂”，情况又不一样了。别说不同的人之间，就算是同一个人，他在不同时间、不同地点的灵魂体验也可能是截然不同的。既然如此，怎么可能找到一个通用的客观规律，来解释你此时此刻脑中的所思所想呢？

1974年，著名哲学家托马斯·内格尔（Thomas Nagel）提出了著名的蝙蝠论证。他说，人不是蝙蝠，所以根本无法想象蝙蝠倒挂在洞穴顶端，在夜空中借助超声波飞行的主观感受；甚至就算把一个人倒吊起来，在他脑中装上电极输入超声波信号，也最多是让他在一定程度上体会到一个人成为蝙蝠的感受，但一只蝙蝠作为蝙蝠的感受，我们永远都无法想象。说到底，我们已经习惯了用客观规律解释客观现象，却很不习惯用客观规律解释主观感受。

那怎么办呢？在灵魂这个问题上，我没法给出一锤定音的解释。也许我们不得不停在追问灵魂问题的途中，承认莱布尼茨在一定程度上是正确的。但接下来，我会用三个方向的研究，试图给你带来一点启发。

梦的研究

第一个研究方向是关于梦。

前面的部分讨论过动物脑的昼夜节律和睡眠，在睡觉的时候，我们经常会体验到做梦。但仔细想想，做梦其实是一种非常奇怪的感觉。在梦中，我们有主体意识，我还是我；但梦中的我可能会体验完全不合逻辑的事件，做清醒时不敢想象的行为。就像柏拉图在《理想国》里写的：“我们每个人，即使是最循规蹈矩的人，内心深处都隐藏着不为人知的、狂野不羁、惊世骇俗的欲望，而这些欲望通过梦境得以展现。”

梦为我们理解灵魂提供了一个窗口。在梦中，我们的脑不会接收新的感觉输入，所以可以认为灵魂是在自导自演，利用脑中存留的各类信息编织一个虚拟世界。那么，它到底是怎么做的？

一个很重要的发现是，在梦中，很多时候我们会尝试重演、复习清醒时的经历。前面提到，海马区有一些神经元能够精确感知到动物所处的空间位置。当动物在一个空间里自由活动时，海马区的神经元会呈现出一系列不同的神经活动，来记录动物的位置和活动轨迹。研究者发现，在睡梦中，大鼠海马区的神经元会规律放电，精确地重演清醒时的活动轨迹；而且梦中重演得越逼真，大鼠醒来后对此前活动的记忆力就越好。如图49-1所示，在活动状态下，小鼠海马区的位置细胞开始活动，忠实反映小鼠的行动轨迹；当小鼠进入梦乡后，它脑中的位置细胞还会继续活动，在一定程度上重演清醒时的活动规律。

在人类身上也有类似的发现。在一项研究中，研究者要求被试在一个3D虚拟迷宫里找路，之后在睡梦中，他们脑中负责空间学习的海马区会被高度激活，而且被试在梦中海马区的活动越丰富，醒来之后他走迷宫的表现就越好。

当然，梦中的灵魂除了忠实复现清醒时的经历，也会对经验和回忆进行加工和裁剪、拼接。但顺着上面的逻辑推测，梦中发生的事情其实是对存储在不同脑区的信息进行片段性的截取和复现，甚至有些我们在无意识中记住的信息也能被复现出来。而且，因为在睡梦中负责理性思考的脑区（如前额叶皮层）活性往往比较低，所以我们能更加自由地裁剪、加工不同的经验和回忆，从而体验各种光怪陆离的梦境。打个比方，假如瓶子和大象这两个事物突然同时进入你的脑海，如果是在梦中，你可能会亲手把大象塞进瓶子；但如果是在清醒状态下，你的理性思考会第一时间阻止你在这种不合逻辑的事情上浪费精力。

这一点已经在研究中得到了证实。例如，在被试进入梦乡后把他们叫醒，请他们回忆刚刚的梦境，研究发现，这些梦境虽然各不相同，但其中大致都能找到过去某段回忆或未来某个计划的痕迹。这让不少人认为，梦中的我们有更强的想象力，而刚从梦中醒来的那段时间可能是我们创造力最强的时间。

说到这里，我们可以稍微对比一下清醒状态和做梦状态了。在这两种截然不同的状态下，人脑都非常活跃。但区别是，在清醒状态下，无时无刻不存在的感官刺激强制性地吸引着我们的关注（想想微信的小红点），我们的理性思维能力也在强行压制着各种不合逻辑的想法；但在做梦状态下，感官刺激和理性思考消失，我们脑中记录的信息碎片杂乱无章、此起彼伏地活跃和沉寂，它们连在一起就构成了梦中世界。既然如此，或许梦境才是某种原生态的灵魂体验，就像哲学家休谟所言，“心灵是一个剧院，它由几种感觉交替出现、来回上演，悠然而过又混合出现，姿势层出不穷，场景变化多端”。

“灵魂离体”的研究

第二个研究方向，是所谓的“灵魂离体”研究，这方面的研究用更极端的方式印证了上面的分析。

有一类毒品，人服用后会产生强烈的灵魂离体感，如图49-2所示。据说服用这类毒品后，瘾君子会感觉自己的灵魂离开身体、慢慢飞升，甚至能静静观察自己的四肢如何摆放、脑中出现了什么想法；有时他们还会产生各种真实场景里不会出现的幻觉，比如看到小人跳舞、空间扭曲，听到五颜六色的声音等。在不少传统宗教中，巫师也会用各种天然致幻剂来诱导信徒体验灵魂出窍的幻觉。

图49-2解离型毒品会让人产生类似于“灵魂离体”的幻觉

当然，在现代脑科学的框架下，灵魂被认为是大脑电活动的产物，无法单独存在，更不可能离开身体而去。但这种极端体验为我们提供了一个研究灵魂的窗口。在人们体验灵魂离体的感觉时，他们的脑中发生了什么变化呢？

一个重要的发现是，解离型毒品似乎会降低不同脑区之间的功能联系，让脑的活动变得更加碎片化。当人处在放空状态下时，大脑皮层的几个区域，如前额叶皮层、扣带皮层、顶叶皮层、海马区等，往往会同步活动。但在服用了这类毒品后，这个网络的各个节点开始自行其是、各自活动。

这个结果要怎么解释呢？

前额叶皮层、扣带皮层、顶叶皮层、海马区等脑区同步活动，形成我们的自我意识高度相关。当我们的脑没有具体事情可做，也没有迫在眉睫的危险需要处理时，这个系统就开始工作了，比如回忆过去、想象未来、评估社交关系、自我审视和反省等。但如果这个系统被打散成多个不同的自我意识，而这些自我意识甚至还能相互审视。这样一来，灵魂离体的感觉就不难理解了——当默认模式网络被打破，脑的一部分在主导你的思维，同时它还像一个旁观者那样在观察和剖析你脑的其他部分在想什么。

说到这儿，做梦和服用解离型毒品的共性就浮出了水面。在梦中，我们的理性思考能力变弱，来自各个脑区的想法汇聚成河，使人形成了怪异的梦中体验；而在服用解离型毒品后，各个脑区的联系减弱，分别产生独立的意识，并反过来观察脑的其他部分。两者的作用机制不同，但产生的结果是类似的。这也暗示了灵魂到底是个什么东西——说白了，所谓灵魂可能就是我们的脑强行整合来自不同脑区的活动，进而产生的连续、合理、相互关联的主观感受。

多重人格的研究

第三个研究方向，是多重人格，即解离型身份障碍研究。这个方向的研究为上述分析提供了更直接的证明。

所谓多重人格，是指同一个人的身体里存在几个不同的自我认知（即人格），且这些人格可能拥有完全不同的性格、智力、年龄、语言甚至性别。研究发现，可能有多达1%的人受到多重人格的困扰。1981年出版的纪实小说《24个比利》（图49-3）就呈现了一位多重人格患者的故事。令人惊讶的是，这位多重人格患者的脑中居然存在24个截然不同的自我认知，包括27岁的美国男性比利、3岁的金发女孩克里斯汀、24岁的理性派亚瑟、19岁的复仇者爱波，等等，甚至他们还知道彼此的存在，能像不同人之间那样相互对话和相互影响！

不过，目前我们还不太清楚具体是什么变化导致了人格的分离和独立。但顺着前面讨论的逻辑，我们不妨做个大胆的推测：在多重人格患者的脑中，可能就是负责强行整合各类信息和体验的能力出现了问题。只有具备这种整合能力，我们才能相信昨日之我就是今日之我，我们才会默认昨天发生的事情在今天还会继续展开，我们才会认可今天的行为要为明天出现的结果负责。但这种整合能力本身既不是客观的，也不是必然的。当这种能力受到影响，我们脑的不同区域就会各自观察外部世界，各自整理回忆，各自分析思想，各自操控行动，最终就会表现为多个人格寄居在同一个人的脑中。

灵魂本身不是一个客观存在的物体，它也是脑的神经元电活动的产物。而我们之所以会直观地感觉到自己有个灵魂，可能是因为脑能把我们的过去和未来、三观五感、七情六欲统一整合在一起。当这种整合功能被破坏时，我们就会体验到支离破碎的梦境、灵魂离体的幻觉，甚至可能催患多重人格。

至于脑究竟是如何实现这种整合功能的，目前仍然是脑科学领域未解的难题。在对这个问题的探究上，一个逻辑上的困难在于，如果我们认为灵魂就是一群神经元的电活动，而灵魂体验来自这群神经元对其他神经元活动的观察和解释，那么灵魂本身又是如何从神经元电活动中产生的？是不是只要神经元的数量足够多、神经元组成的网络结构足够复杂，就能自然地产生灵魂？反过来说，是不是只要读取了足够多的神经元活动，用大量数据训练一个算法，就能从中解析出灵魂的所思所想？这就又回到了“莱布尼茨的磨坊”那个思想实验。也许，可能得有一天我们真的从神经元的电活动中捕捉、复活了一个灵魂，才能说我们对灵魂的追问终于有了一个明确的回答。

现在和未来：脑机接口能否带来脑的升级

这一节，我们来讨论脑科学领域的第三对关系——人脑功能的现在和未来。

这听起来似乎是一个很科幻的话题。但实际上，我们这代人可能很快就需要面对这样的具体需求了。

请你考虑这样一个事实：自20世纪以来，人类的平均寿命一直在快速提升；有研究认为，21世纪以后出生在发达国家和地区的人，平均寿命可以达到100岁。这当然是个很令人开心的消息。但同时，它也让人感到沮丧，因为人在成年后，人脑几乎不会再产生任何新生神经元，而伴随着人的衰老和神经元的死亡，人脑的功能一定会出现不可逆转的衰退。

以阿尔茨海默病为例，第六部分讲过，它的人群总发病率约为0.5%；但当人进入老年后，它的发病率就开始快速攀升：在65岁以上的人群中，发病率为7%；在80岁以上的人群中，发病率为17%；在90岁以上的人群中，发病率接近50%。如果同时考虑平均寿命增长和神经元不可再生这两个事实，人类世界的未来可能是非常令人沮丧的：这个世界很快会被亿万个健康、长寿，但无法清晰思考的人占领，其中或许就包括你和我。所以，即便是从现实需求出发，我们也需要新的技术，以便为人类智慧找到一个更安全、更稳定的载体。

提到新技术，你可能马上会想到脑机接口技术，它泛指各种在脑和外部设备之间建立直接连接，让脑和外部设备实现信息交换的技术。如果是从本书开篇读到这里，那你应该能想象出这类技术的底层原理了。既然脑的工作原理无非大量神经元的微弱电活动，那么，如果我们能实时控制大量神经元的电活动，就应该能把外部信息输入脑中；反过来，如果我们能实时读取大量神经元的电活动，就应该能提取出脑的指令，用于指挥机器和计算机。

纯粹在逻辑层面进行推演，我们甚至可以说，如果有项技术能实时写入和读取脑中所有神经元的电活动，我们就可以让脑生活在纯粹的虚拟世界中。1981年，美国哲学家希拉里·普特南（Hilary Putnam）在《理性、真理与历史》一书中提出了一个与这一推演类似的思想实验——“缸中之脑”（图50-1）。这个思想实验的内容是，假设有个疯子科学家将人脑从活体中取出，并将其泡进装满营养液的缸中，然后用一台超级计算机产生复杂的神经电信号，通过微电极将这些电信号输入这个脑的所有神经元中，同时读取这个脑

所有神经元的反应，解读其含义，之后再给出合适的反馈。这时，这个脑能否意识到自己生活在虚拟现实之中？

我必须说明一点，普特南提出这个思想实验，本意是为了论证缸中之脑在哲学上是不成立的。他的论证过程非常复杂、深奥，这里就不展开了。但是，从脑科学而非哲学的角度来看，缸中之脑不仅是无法推翻的，甚至是能实现的。

输入：听觉和视觉

先说输入端。

所有感觉输入的本质，都是自然界存在的某种信号被感觉系统的某种神经元捕捉到并转换为电信号的过程。例如，光子照射在视网膜的感光细胞上，气味分子和嗅觉神经元表面的受体结合，传入耳中的声波摇晃了耳蜗深处神经元表面的纤毛，这些活动最终都会导致相应的神经元产生电活动。

那么，是不是可以直接利用脑机接口技术，将感觉信息提前编译成电信号，直接输入脑中呢？看起来是有希望的。人工耳蜗是目前技术进步最快、应用最广的一类脑机接口。这种技术的原理是用一个麦克风收集声音，然后把声音转换为电信号，再通过一根长长的导线，刺激负责将声音信号传入脑的听觉神经。这样一来，人工耳蜗就可以绕过正常的听觉系统的“耳郭—耳道—耳蜗”结构，直接在神经系统中产生听觉。目前全球已经有几十万听障人士使用人工耳蜗重新获得了听觉。

需要注意的是，人工耳蜗之所以进展迅速，是因为听觉信息的编码机制相对比较简单，不同位置的听觉神经元会对应采集不同频率的声音，再通过听觉神经传入脑中，所以人工耳蜗只需要把声音拆分成不同的频率，再把代表不同频率的电信号输入听觉神经的不同部位就可以了。

视觉系统就没有这么简单了。特别是考虑到人眼对视觉信息的分辨率要远超听觉系统对听觉信息的分辨率，所以与视觉系统适配的脑机接口的实现难度要大得多。不过，这方面也并非没有值得期待的进展。例如，目前已经有原理类似于人工耳蜗的设备获批上市，它能利用一个摄像头采集视觉信息，将视觉信息转换为电信号，再利用一个由几十到几百个微电极组成的电极阵列刺激视网膜上的神经元，让视障人士能起码看到非常模糊的图像，如尺寸很大的字母。此外，这方面也有一些其他的研究。例如，有科学家将能把光转换为电信号的纳米材料植入小鼠和猴子的眼底，使光绕过感光细胞，直接激活负责将视觉信号传入脑中的视网膜节细胞，让小鼠和猴子恢复部分视力。还有科学家在小鼠眼球中植入能将红外光转换为绿光的纳米材料，让小鼠能直接“看”到红外线。

这些进展大多聚焦在视网膜层面，有没有可能在脑中直接输入视觉信息呢？

这个难度就更大了。前面的部分反复提到，视觉系统的每个层次都会对视觉信息进行丰富的加工处理，到达大脑皮层时，视觉信息早已不再是一束光照亮一个像素点这种简单的对应关系了。长期以来，人们能实现的也仅仅是刺激大脑皮层的某个位置，让视障人士能“看”到光点。不过，2020年有一项研究，采取了一个迂回的方式解决问题。在技术上，研究者仍然只能让视障人士看到光点，但他们意识到，如果视障人士能看到光点的动态位置变化，就有可能在脑海中写出字母。沿着这一思路，研究者利用在大脑皮层植入的几十根电极，按顺序进行刺激，让视障人士“看”到了一个个写出的字母，当然，他们看的速度非常非常慢。说白了，这种方式并不是真的让视障人士看到字母，而是类似于别人在你手心写字，让你猜写的是什么字，如图50-2所示。在这种情况下，字要很简单，而且要一笔一画地写得非常慢，这样你才有可能辨认出来具体是什么字。我们可以想象一下，只有在脑科学层面彻底理解了视觉信息的编码和解码方式，未来我们才有可能真正利用脑机接口，让视觉信息直通脑。

动态电流引导

图50-2让视障人士“看”到写出的字母的思路

输出：运动和语言

再说输出端。

在这方面，研究最为充分的是利用脑机接口实现运动指令的输出。在讨论人脑运动输出时，我们就已经介绍过这个话题了。简单来说，人脑运动皮层的运动指令是以某种“群体编码”的方式输出的：每个神经元的活动会对应几个可能的运动指令，例如移动左手食指和中指；综合这样一群神经元的活动，人脑会产生一个最可能的运动指令。因此，只要用微电极采集一些运动皮层神经元的电信号，就有可能解码出简单的运动指令，例如向前或者向后、抓握或者松手。利用这种思路，目前已经有不少实验室实现了让瘫痪的患者操控机械臂，控制电脑屏幕上光标的移动等。如图50-3所示，利用脑机接口，猴子可以用意念控制屏幕上光标的移动。

图50-3猴子用意念控制屏幕上光标的移动

当然，目前看来，这些运动指令的输出还是非常简单和笨拙的。而考虑到人们已经在相当程度上理解了大脑皮层运动指令输出的基本原理，我们可以想象，也许只要在脑中植入数量更多的微电极，记录数量更多运动皮层神经元的活动，就可以从中提取出更精细的运动控制指令。这个时候，瓶颈反而可能是我们能不能开发出运动控制更为精细的机器人了。

不过，我想提醒你注意，对人脑来说，肢体运动可能不是最重要的输出，语言才是。

在这方面，脑机接口技术也取得了惊人的进展。2019年，美国癫痫患者的大脑皮层植入了256个电极，记录了他们说话时不同神经元的活动。之后，通过分析神经电活动和语言输出之间的关系，他们让机器直接“说”出了患者想要说的话。2023年，这个团队又在该研究领域取得了重大进步，他们利用脑机接口技术帮助一位因脑卒中而瘫痪十余年的患者重新获得了说话的能力，而且患者发声的语调和她本人脑卒中前类似。

请注意，这些研究并不是直接“读心”，目前也没有什么办法能够直接读取混乱多变的人类意识。爱德华·钱教授的团队利用了一个非常巧妙的方法。他们意识到说话也是一种运动输出，无非是脑在控制舌头、嘴唇、下巴和声带的肌肉伸缩，让气流产生特定的声音效果而已。因此，他们的思路是先搞清楚神经电活动对应的是发声器官的哪种运动模式，然后再模拟出这种运动模式下产生的是什么声音。

也是基于类似的思路，研究者实现了让瘫痪患者“用意念写字”——说白了，和发声一样，写字本质上也是一种精细的运动输出。2021年，在一项研究中，研究者在一位瘫痪患者脑中植入了上百根电极，然后让患者假想自己正在脑海中抄写一个个字母，从而把每个字母都对应上了一套独特的神经电活动信号。之后，经过训练，这位患者居然能实现每分钟70个字符的输出——这个速度已经具备了实用价值。

脑机接口能实现什么

到这里，我相信你已经对脑机接口能实现的任务有了全面的理解。说到底，脑机接口的能力主要受限于两个因素：第一，科学上，我们在多大程度上理解了脑对不同信息的编码原理；第二，技术上，我们能在脑中植入多少根微型电极，能记录和操纵多少个神经元。需要注意的是，这两个因素在很大程度上是彼此依赖的。只有能够大规模记录脑中神经元的电活动，我们才有可能真正掌握神经信息的编码规律，特别是人类复杂心智的编码规律。这也是为什么我会对马斯克的神经连接公司寄予厚望：他们开发的微电极有可能实现同时记录数千个神经元的活动。而在这个精度下，猴子已经可以非常丝滑地用脑控制屏幕上的光标来玩电子游戏了。当然，面对人脑860亿个神经元构成的浩瀚小宇宙，我们在这两个问题上的探索也就是刚起步而已。

基于同样的原理，脑机接口技术也有可能实现对我们本能、情绪、学习记忆等复杂功能的调节和增强。具体细节这里就不再展开了，你应该能自己进行推演。值得一提的是，理论上我们甚至能做到闭环调控——如果脑机接口发现我们的本能、情绪、记忆出了问题，可以反过来刺激特定神经元，来改善这些问题。2023年，有项研究就证明，可以读取小鼠脑中的“痛觉”，通过刺激前额叶皮层来缓解这种痛苦。

当然，这类技术一定会引发很多伦理和监管层面的担忧。毕竟，如果人脑的工作状态能够轻易被外来力量干预，人的主体性就开始消失了。那么，我们在多大程度上应该允许外力干预我们的所思所想、所见所闻、快乐和沮丧呢？

不过，更深刻的问题其实是人脑的彻底数字化。

即便实现了感觉输入和运动输出，实现了对本能和情绪的控制，甚至实现了知识的移植，我们心智活动的主体仍然是大量细胞构成的、生物学意义上的脑。那么，有没有可能干脆记录脑的所有神经电活动，直接提取人类的自我意识和自由意志，把它输入电脑，让人类可以实现数字化永生呢？

我们不妨做个小的思想实验。假设有一项超级技术，它能把我们的所有神经电活动都原封不动地复制到一台超级计算机上，这台计算机确实会和以肉身为载体的我们一样思考、一样回忆、一样感到喜怒哀乐。这个时候，我们能说服它，让它相信自己只是个数字复制品，你的心智已经被永久上传到计算机上，你可以从容赴死，和这具皮囊告别吗？

我认为是做不到的。这台计算机会非常顽固地认为我就是我自己，任何人都无法替代和窃取，反而你这个碳基人类才是多余的复制品。我们的肉身也会做同样的事！

归根结底，这是因为自我意识可能是人脑产生的最奇怪的感觉。尽管我们知道从客观视角看，我们自己无非是浩瀚宇宙中微不足道的一粒尘埃，我们身体内的每一个原子都平淡无奇。但在主观感受中，我们自己是整个世界中最独一无二的存在，它把整个世界分成了截然不同的两个部分——我和我之外的一切。因此，即便我们的心智活动能被复制出去，也只是让宇宙中多了一个和我们想法类似的智慧体，我们不会因此获得永生的快乐或免于死亡的恐惧。

因此，在本书的最后，我想分享一个感受。现在我们已经能在很大程度上理解脑的工作原理，未来的技术发展将会允许我们更深入地理解脑，也会在很大程度上替换和增强脑的功能。但即便如此，在内心体验里，我们的脑仍然将是无法替代的。它构成了宇宙中独一无二的我们自己，而且将注定伴随着我们肉身的死亡而永远消逝。对于脑，我们需要始终尝试理解，永远充满敬畏。