大脑到底在做什么

它隐喻着大脑的组织形式。

—— 雷·库茨魏尔，作家、发明家、未来学家

人们问他为什么热爱海洋，他这样回答。

位于脊髓顶端的这团3磅重的脂肪和蛋白质不光主要成分是水，同时也被“水”包裹着：活细胞（包括保护神经系统免遭传染性病原体侵扰的免疫细胞）、葡萄糖、蛋白质、乳酸盐、矿物质和水组成了清澈透明的脑脊液，它为大脑提供缓冲，让颅内压力保持在稳定的水平，并提供了足够的浮力，让大脑承受的有效重量从大约1400克降低到了25～50克（因此避免了大脑下部压力过大供血不足）。2以单位重量计算，大脑是人体内消耗能量最多的器官，神经元之间的通讯和大脑日常的细胞维护需要占用全身20%～25%的氧气和60%的葡萄糖。大脑里大约有1.1万亿个细胞，其中有850亿～1000亿个神经元（我们称之为“灰质”），其他的大部分是轴突和神经胶质（“白质”）。神经胶质为大脑提供新陈代谢支持，比如说，用髓鞘（保护神经的白色蛋白质和脂质鞘）包裹传导信号的轴突、回收利用神经递质。不过，解剖学无法告诉我们大脑究竟在做什么。

要理解复杂的人类大脑，旧金山加州大学的霍华德·菲尔兹是一位很好的向导。菲尔兹一头灰发，笑容慈祥，极富感染力；他不仅是世界级的研究者，也是一位优秀的解说员。他告诉我，学界几乎每年都会爆出关于神经元的重大发现，不过要说这些细胞的作用，它们实际上是知觉与活动的编码器。菲尔兹说，神经元的细胞体实际上是电化学驱动的电子“开关”，通过轴突“电线”与脑子里错综复杂的网络连在一起。人类大脑中有几十上百亿个神经元，每一个都能与其他成千上万个神经元相连，它们共同组成了数万亿条神经连接。成团的神经元通过连接形成神经网络，我们每一个有意识或无意识的冲动、响应和想法都来自这张大网：从痒的感觉（然后你挠了挠鼻子），到“一切常规非常规的精神活动，包括参与、感知、记忆、感觉和推理”。3它们还会触发神经化学物的洪流，调节我们面对压力时的情绪和行为。通过追踪每个人独特的神经网络，神经学家可以绘制出人类的脑部地图，不过，这样的制图工作非常困难，因为就算是实现同一个功能，在不同情况下调用的神经网络也很可能各不相同——比如说，用手把食物送到嘴边和握笔书写调用的神经网络各不相同。4庞大的数量进一步增加了神经网络的复杂度——人类的神经元数量比最聪明的灵长类动物还要高出一个数量级——但是归根结底，最令人惊讶的还得数大脑高超的认知能力和超乎想象的灵敏度。

大脑如何处理每时每刻涌入感官的知觉“风暴”和其他刺激？还有，从本质上说，漫长的演化在大脑中刻下了哪些本能的反应？按照约翰·梅迪纳的说法，人类大脑的主要目标是“（1）在不稳定的户外环境中（2）解决（3）与生存相关的问题，并且（4）能够在不断的变化中完成这个任务”。5要达到这个目标，大脑必须不断成长，适应人类在这个不断变化的危险世界中遭遇的各种挑战。在千万年的时间里，人类大脑时快时慢地演化，根据生存需求不断添加、改进认知功能。（每个人的大脑同样在一生中不断演化，根据需求添加、消除各种认知功能。）6数百万年的演化赋予了人类大脑灵活可变的结构和强大的神经可塑性，最终，神经网络既能承担视觉、听觉、嗅觉等基本功能，也能演化出书写、言语、艺术和音乐等更高级的功能。7

实际上，我前面用的“最终”这个词并不准确，因为从理论上说，大脑固然受到物理层面的限制，但演化适应的过程没有终点。谁知道100万年后的人类会是什么样子，能做到哪些事情。不过毫无疑问的是，对大多数人来说，现在会带来演化优势或劣势的因素与数十万年前的已经大不相同。不需要博士学位你也能明白：塑造你的不光是周围的环境，还有每个人自己的心理过程和人际互动。的确，每时每刻我们都在经受大量信息的冲刷，这些信息的主要来源有几个：自己脑子里的想法、你很少注意到的身体感知（除非疼痛或愉悦引起了你的注意）、别人进入注意力范围引起的感知和神经化学物变化，还有来自周围世界的方方面面的刺激，看起来无穷无尽，多得令人窒息。

大脑到底是怎么把这些信号处理得井井有条的？它如何从感知的“噪音”中识别出生死攸关的信号？大脑之所以能做到这一点，是因为它特别擅长模式认知和预测。“人类大脑是一台卓越的模式探测器，”心理学家戴维·皮萨罗曾经写道，“我们通过各种各样的机制来发现物品、事件和人之间的隐秘关系。要是没有这些机制，冲刷感官的数据海洋对我们来说必然是散漫随机的。”8我们时时刻刻都在有意识或（绝大部分情况下）无意识地扫描蜂拥而来的感官数据，将它们与我们已有的经历比对。9大脑专注于它认为重要的东西（有时候是因为新信号匹配上了已有的模式，不过更常见的是，新信号不符合预期，所以可能代表危险）。大脑会根据过去的体验来阐释信息的含义，并预测它可能带来的后果。与有意识的“自由决策”不同，这种无意识的思维过程是自发的，我们无法对它进行自省、讨论、衡量或即时修正。

这样的预测通常发生在意识之下的层面，而且来得比有意识的想法快得多。正如贝勒医学院神经学家大卫·伊格曼在《隐藏的自我：大脑的秘密生活》（Incognito: The Secret Lives of the Brain）一书中所写的，“无数专门的机制运行于意识的层面之下——有的负责搜集感官数据，有的负责传递运动过程，其中大部分机制承担着神经系统的主要工作：综合信息，预测未来，决定现在该做什么。”10投手掷出的棒球只需要450毫秒就能飞到本垒，它在空中飞过60英尺的短暂时间里，击球手需要处理海量数据。最重要的是，他必须做出挥棒/不挥棒的决策，更别提还得考虑球棒的速度和角度、根据环境的细微变化做出实时调整、观察场上其他队员的动作。考虑到运动员只有大约200毫秒来判断是否挥棒，这么点时间根本不够他有意识地调用已有的知识和经验来分析眼前的情况。而且在实际的球赛中，留给击球手考虑的时间往往连200毫秒都没有。不过，从1901年到现在，美国职业棒球大联盟的击球手在击球时做出较优决策的比例超过了1/4。这些好球通常会把他们的队伍送入季后赛，或者送上世界冠军赛的舞台。

考虑到击中时速95英里的快球的难度，这样的成功率不可能是瞎蒙出来的。那么显然，击球的过程中有某种认知机制。可他们是怎么做到的呢？一旦大脑介入并开始分析数据，它就会决定该怎么做——是否需要采取某种行动。但是，人在以毫秒计的时间里能接受多少数据？所以，这个过程在很大程度上是基于试错。在我们采取任何行动之前，大脑会高速计算得失，然后根据行动的结果来修正之前的计算。熟悉的情况会强化已有的神经通路；但是任何一点新数据、新情况、新错误和新行动都会迫使大脑修正自己的模型，哪怕只有一点点。如果你曾数万次挥舞球棒，有时候你会有意识地调整自己的判断和动作，比如说教练给了你一些指点；但是与此同时，深层神经网络在你毫无觉察的潜意识里吸收这些以毫秒计的经验。到了某个阶段，有意识的思考会拖累你的进步：想得太多，你突然就失去了流畅的节奏，球打偏了，棒球砰一声砸到场边，你弹出了错误的音符——于是你出局了。

在我们的一生中，大脑一直在改变，为了有效完成需要的功能不断地创造、改进、抹除神经网络。正如“神经可塑性之父”迈克尔·梅策尼希所说：“事实上，大脑皮质……会选择性地磨炼自己的处理能力，以满足手头的每一个任务。”这是个不可思议的动态过程，神经活动活跃的区域灰质体积也会增长。已有的神经网络之间也存在竞争关系，无用的网络会被削弱。如果你学过一门语言，多年后又试图重新捡起来，那么你应该了解这种感觉。

梅策尼希认为，从本质上说，神经可塑性是双向的：它会加强我们关注的那部分神经网络，同时削弱很少用到的区域。弹奏乐器、开手动挡汽车，这些较复杂的技能需要调用脑子里多个不同的神经网络。更有趣的是，如果你因为受伤（例如撞击）而失去了某些技能，那么随着大脑重新建立神经连接和路径，改变神经功能的指向，你可以找回这些技能。

大部分人脑子里都有几种典型的神经网络，但每个人的大脑地图都是独特的。（人脑连接组计划的下一个目标是追踪定位这些神经网络。该项目由美国国立卫生院NIH资助，参与机构包括华盛顿大学、明尼苏达大学、牛津大学等。他们采用的方式类似20世纪90年代测绘人体DNA的人类基因组计划，不过这一次，科学家利用的主要工具是脑部成像和一种名叫光遗传学的新技术，这种技术需要将特殊的分子注入脑部神经元，然后用光来控制神经功能的开关。）重要的是，你与环境的互动造就了与蓝色思维有关的神经网络——这个过程从胎儿期开始，至死方休。由于大脑具有神经可塑性，所以在一生中我们有足够的机会选择不同的环境，改变大脑接收的信号，从而重塑大脑。

要理解蓝色思维的力量，我们需要看得更远一点。从游泳池到癌症病区，从澳大利亚海滨到内陆城市，从500万美元打造的实验室到价值50亿美元的公司，这趟旅程十分漫长。不过，和所有旅程一样，我们得从家里出发——既是脑子里的那个家，也是放着床的那个家。