前言

在廣泛的哲學探究范圍內，人類在等級上高于其他動物，因為我們有重要的心智功能優勢。對渴求知識的人來說，沒有什么比探究這心智功能本質更有趣的了。

——愛德華·布萊思

在過去的25年間，我十分有幸能夠在認知神經科學這個新興領域工作。本書匯集了我一生中大部分研究的精華，我會循序漸進地為你揭開大腦、心智與身體之間的神秘聯系。在前面的幾章中，我將講述我對人類生來便感到好奇的內在精神生活不同方面的研究。我們如何感知世界？什么是所謂的身心相通？什么決定了你的性別身份？什么是意識？孤獨癥是哪兒出現了問題？我們如何解釋人類特有的神秘能力，如藝術、語言、隱喻、創造力、自我意識甚至宗教情感？作為一名科學家，我受到強烈的好奇心驅使，去探索猿類大腦是如何成功進化成擁有神一般心智能力的人類大腦的。

研究這些問題的方法，是研究大腦不同部位受到損傷或有基因異常的患者，這些損傷或異常對他們的心智及行為產生了奇怪的影響。這些年我同數百名患者打過交道（有些人因此覺得自己很幸運），這些患者患有各種不同尋常的神經系統疾病。例如，有人能夠“看到”音樂的聲調，有人能夠“嘗到”他們接觸到的任何材質物品的味道，有人能夠感覺自己靈魂出竅，并從天花板俯視自己的身體。在本書中，我將分享這些案例的研究結果。起初，這些疾病總是令人百思不得其解，但通過恰當的實驗，我們將復雜的概念變得通俗易懂，這正是科學方法的魅力所在。我曾困惑如何將自己的推想表述清楚，所以在詳述每一個案例時，我將帶你經歷我腦中的一步步推想過程，有時我還會用大膽的直覺假想幫助你補齊知識短板。通常，當一個臨床謎團被解開之時，其解釋總會揭示一些正常、健康的大腦如何運作的新知識，并對我們最珍視的心智能力提出意想不到的見解。我希望身為讀者的你，能夠同我一樣享受這有趣的旅程。

多年來一直關注我的作品的讀者將會在本書中發現《腦中魅影》和《人類意識之旅》（A Brief Tour of Human Consciousness）兩本書中提到的一些案例，同時你們也會欣然看到我對之前的發現和觀察有了新的見解。在過去的15年里，大腦科學以驚人的速度發展，為幾乎所有事物提供了全新的解讀視角。在“硬”科學的陰影下掙扎幾十年后，神經科學的時代真正到來了，其飛速發展指引并豐富了我的研究。

在過去的200年間，許多科學領域都取得了驚人的進步。在物理學領域，就在19世紀晚期的知識界宣稱物理理論體系幾乎完全形成的時候，愛因斯坦告訴我們，空間和時間比我們已知的哲學更加陌生；海森伯則指出，在亞原子層面，即便是我們最基本的因果概念也會崩塌。當我們從迷惘中走出時，有幸發現了黑洞、量子糾纏和其他100多個謎團，這些謎團將在未來的幾個世紀里繼續激發我們的好奇心。有誰會想到宇宙是由一根根弦組成，同“上帝的音樂”一起振動演奏呢？其他領域中類似的例子也有很多。宇宙學讓我們看到不斷膨脹的宇宙、暗物質以及無數星系等令人瞠目結舌的景象。化學用元素周期表解釋世界，這給我們帶來了塑料產品和大量的神奇良藥。數學為我們帶來了計算機，盡管許多“純”數學家不愿看到他們的學科被這種實際用途所“玷污”。在生物學方面，人體的解剖學和生理學得到了細致的研究，驅動人類進化的機制終于開始變得清晰。自古以來困擾著人類的疾病終于揭開面紗，讓我們看到了它的本來面目（而不是巫術或神的懲罰）。外科、藥理學和公共衛生領域發生的革命，使得發達國家的人類壽命在短短四五代人的時間里翻了一番。20世紀50年代破譯遺傳基因密碼這場終極革命，標志著現代生物學的誕生。

相比之下，關于神經科學的研究，例如精神病學、神經病學、心理學，在過去的幾個世紀幾乎毫無進展。事實上，直到20世紀的最后25年，關于知覺、情感、認知和智力的嚴謹理論還是空白的（色覺理論是一個例外）。在20世紀的大部分時間里，我們在解釋人類行為時依據的只是兩座理論大廈——弗洛伊德主義和行為主義，而這兩座理論大廈卻在20世紀80年代和90年代戲劇性地“倒塌”，因為彼時的神經科學終于設法跨越了青銅時代。在歷史的長河里，這并不是很長的時間。與物理學和化學相比，神經科學仍然是一個年輕的新貴。但發展就是進步，這是一個多么“茁壯成長”的時期啊！從基因到細胞到神經回路再到認知，今天的神經科學的深度和廣度，雖遠不及最終的大統一理論，卻比我剛開始在這個領域工作時有了光速般的發展。在過去的10年里，我們甚至看到神經科學變得足夠自信，開始為傳統上具有話語權的人文學科提供見解。例如，我們現在有神經經濟學、神經營銷學、神經建筑學、神經考古學、神經法學、神經政治學、神經美學（見第四章和第八章），甚至神經神學。雖然其中一些只是神經科學的炒作，但總的來說，它們正在為許多領域做出真正且急需的貢獻。

這些進步令人興奮，但我們不能自欺，必須承認目前我們對人類大腦還知之甚少。即便如此，這些發現也足以創造一個比任何福爾摩斯小說都要精彩的故事。我確信，在未來的幾十年里，隨著神經科學的進步，我們所經歷的概念扭曲和技術轉變會變得更加古怪離奇、令人費解，或者直覺上會更加震撼，也會像一個世紀前顛覆經典物理學的概念革命一樣，對人類精神感到謙卑而又興奮不已。有句格言說，“事實比小說更加精彩”，這句話用來形容大腦運作似乎尤為貼切。這些年我和同事們耐心地揭開了大腦的一些奧秘，我希望通過本書向讀者傳遞我們所感受到的驚奇與敬畏。神經外科先驅懷爾德·彭菲爾德（Wilder Penfield）稱大腦為“命運的器官”，伍迪·艾倫可能沒有那么虔誠，但亦稱大腦為人類“第二喜愛的器官”，希望本書能夠激發你對大腦的興趣。

概述

盡管本書涵蓋的主題廣泛，但你會發現，幾個重要的主題貫穿始終。其中一個主題便是，人類是真正特別的存在，而不僅僅是“另一種靈長類動物”。讓我感到有些驚訝的是，這一觀點居然需要辯論——不僅要駁斥反進化論者的胡言亂語，還要反駁我的不少同行，他們用一種漫不經心、不屑一顧的語氣，心安理得地說我們“僅僅是猿類”，似乎陶醉于這般卑微。我有時會想，這難道就是世俗人文主義者對原罪的看法嗎？

另一個主題是普遍進化論觀點。如果不了解大腦是如何進化的，就無法理解大腦的工作機制。正如偉大的生物學家西奧多修斯·杜布贊斯基（Theodosius Dobzhansky）所說，“如果生物學沒有進化論做支撐，那么一切將變得沒有意義”。這與其他大多數逆向工程問題形成了鮮明對比。例如，當偉大的英國數學家阿蘭·圖靈破解納粹的恩尼格瑪密碼機（一種用來加密和解密文件的設備）時，他既不需要了解設備的研發歷史，也不需要了解設備原型及早期產品模型。他需要的只有這臺設備的工作樣本、一本記事本，還有他聰明的大腦。但在生物系統中，結構、功能和起源之間存在著深層的統一性。若僅理解其中一個方面，你的研究不會取得進展，除非你同時密切關注另外兩個方面。

我在書中論證了另一觀點，即人類許多獨特的心理特征似乎是由大腦結構的新奇布局進化而來的，而大腦結構起初是由于其他原因進化而來的。這在進化過程中常有發生，比如：羽毛由鱗片進化而來，而鱗片最初的功能是隔熱而不是飛行；蝙蝠和翼手龍的翅膀由前肢進化而來，而前肢最初是用于行走；肺由魚鰾進化而來，而魚鰾最初是為了控制浮力。有許多作家主張進化的本質是機會主義和“偶然性”，其中最著名的是史蒂芬·杰伊·古爾德（Stephen Jay Gould）及其在自然史方面的著作。我認為，同樣的原則也非常適用于人類大腦的進化。人類大腦進化是從根本上重新構建猿類大腦的諸多功能，以創造全新的功能。其中的一些功能是如此強大，例如語言，以至我甚至認為這些功能創造了一個超越猿類的物種，其程度就好比生命超越了平凡的化學和物理學。

因此，本書是我為破解人類大腦密碼這一偉大嘗試做出的微薄貢獻，大腦中有數不清的聯系與模塊，這讓它比任何恩尼格瑪密碼機都更加神秘。導讀介紹了關于人類大腦獨特性的不同觀點及其歷史發展，同時也是人類大腦解剖基礎知識的入門部分。第一章借鑒早期許多截肢患者幻肢體驗的實驗，重點介紹人類大腦驚人的變化能力，并揭示一種更廣泛的可塑性是如何塑造我們的進化和文化發展歷程的。第二章解釋大腦如何處理傳入的感官信息，特別是視覺信息。在這里，我關注的仍是人類的獨特性：盡管人類的大腦采用與其他哺乳動物相同的基礎感官處理機制，但我們已經將這些機制提升到全新的水平。第三章討論一個有趣的現象：聯覺。這是一種奇怪的感覺混合，有人曾有此體驗，這是由大腦連接異常造成的。聯覺為我們打開了一扇了解基因和大腦連接的窗，正是這些基因和大腦的連接讓一些人富有創造力，也為我們探索究竟是什么讓我們成為極富創造力的物種提供了線索。

接下來的三章研究的是一種神經細胞，我認為它對我們成為人類至關重要。第四章介紹這種特殊的細胞，叫作鏡像神經元，它是我們接納彼此觀點、共感能力的核心。人類的鏡像神經元的復雜程度遠遠超過任何低等靈長類動物，它似乎是一把進化的鑰匙，打開了人類成熟文化之門。第五章探討鏡像神經元系統產生的問題，這些問題可能為孤獨癥埋下隱患，孤獨癥是一種以極度精神孤獨和嚴重社交分離為特征的發育障礙。第六章探討鏡像神經元如何在人類的最高成就——語言（更嚴格地說，是原生語，也就是語言減去語法）中發揮作用。

第七章和第八章講述人類對美的獨特感知。一方面，我認為美學法則是普適的，跨越了文化甚至物種的界限；另一方面，藝術本身可能是人類獨有的。

在最后一章中，我將嘗試對所有問題中最具挑戰性的問題做出回答，即自我意識的本質，它毫無疑問是人類獨有的。我不想假裝我已經解決了這個問題，而是會分享一些有趣的見解，這些見解是我多年來根據一些真實癥狀總結出來的，這些癥狀處于精神病學和神經學之間的邊緣地帶。例如，人們會暫時離開自己的身體，在疾病發作時看到上帝，或者否認自己的存在。怎么會有人否認自己的存在呢？否認本身不就意味著存在嗎？他能從哥德爾的噩夢中逃脫嗎？神經精神病學充滿了這樣的悖論，這些悖論好像對20歲出頭的我施了魔咒，那時我還是在醫院的走廊里徘徊的醫學院學生。我能看到這些患者的煩惱，這些煩惱一方面令人悲傷，另一方面卻又能為人類理解自身的非凡獨特能力提供豐富見解。

同我之前的書一樣，本書也是以一種對話方式為普通讀者所著。我假設讀者朋友們對科學有興趣，對人性充滿好奇，但是我不會對讀者的科學背景及其對我以往作品的熟悉程度做出任何假設。我希望本書能夠對不同層次、不同背景的學生，研究其他領域的同行以及與這些主題無關的大眾讀者有所啟發。因此，在寫本書的時候，我面臨著科普標準的挑戰，那就要在簡單與精確之間把握好尺度。一方面，過于簡單可能會惹怒我頑固的同行，更糟糕的是，會讓讀者感受到一種高人一等的優越感；另一方面，過多的細節無法讓非專業人士享受閱讀的過程。普通讀者想要的是一本有著陌生主題卻能引發思考的科普讀本，而不是一本專著，也不是巨著。我已盡我最大的努力在其中找到平衡。

說到準確性，首先請允許我說明，我在書中提出的一些想法是推測性的。很多章節都有堅實的學術依據，例如我對幻肢、視覺感知、聯覺和卡普格拉綜合征的研究。但是我也介紹了一些晦澀難懂的主題，例如藝術的起源和自我意識本質。當缺乏可靠的實證數據時，我會用有根據的猜測和直覺引導我的思考。這沒有什么好羞愧的：每一個科學的新領域都必須首先以這樣的方式進行探索。科學研究過程的一個基本要素是，當缺乏數據支撐，或者數據不夠翔實且缺乏現有理論時，科學家們必須集思廣益，開啟頭腦風暴。我們需要找到最好的假設、猜想甚至是輕率、不完善的直覺，之后絞盡腦汁設法驗證它們。這在科學發展史上是常有的事情。例如，最早的原子的模型之一是將其比作李子布丁，電子像李子一樣嵌套在厚實的原子內。幾十年后，物理學家認為原子是微型太陽系，電子圍著原子核有序運行，就像行星圍繞著恒星一樣。每一個這樣的模型都很有用，都讓我們更接近最終的（至少是當前的）真相。同理，在我的領域，我和同行們竭盡所能，來增進我們對一些神秘、難以解釋的現象的理解。正如生物學家彼得·梅達沃（Peter Medawar）所說，“所有好的科學都來源于一個富有創造性的設想——這也許是真的”。然而，我知道，即使有了免責聲明，我可能還是會讓一些同行惱怒。可是，BBC（英國廣播公司）董事長洛德·里思（Lord Reith）說過，“惹惱某些人是我們的責任”。

少年時期的誘惑

“你懂我的方法，華生。”夏洛克·福爾摩斯在解釋他如何發現重要線索時說道。同樣，在我們探索人類大腦奧秘之前，我也應該概述一下我的方法。首先，我采用的是廣泛、多學科的方法，我的研究始終由好奇心和一個無情的問題驅使著，這個問題是“假如……將會怎樣？”。雖然目前我為神經學所傾倒，但我對科學的熱愛可以追溯到我在印度金奈度過的少年時期。我一直對自然現象很著迷，并首先對化學學科展現出熱情。當得知整個宇宙建立在有限元素之間簡單的相互作用上時，我為之神魂顛倒。后來，我又對生物學產生興趣，盡管其復雜性令人沮喪，但它依然讓人著迷。我記得我12歲時讀過一篇關于美西螈的文章。美西螈本質上是一種蠑螈，已經進化到可以永久停留在水生幼蟲階段。它們通過關閉變態功能，在水中即可達到性成熟，這樣它們就成功地保留住了腮（而不是像蠑螈或青蛙那樣舍腮換肺）。只需要給這些生物來點兒“變態激素”（甲狀腺提取物），你就可以讓美西螈變成其已經滅絕且無腮的陸棲成年祖先。當讀到這些內容時，我完全驚呆了。你可以回到過去，復活一種在地球上任何一個角落都不復存在的史前動物。我也知道，出于某種神秘的原因，成年蠑螈不能像蝌蚪一樣讓斷腿再生。好奇心進一步驅使我發問，蠑螈這種“成年蝌蚪”是否像現代的青蛙一樣保留了讓斷腿再生的能力？我想知道地球上還有多少類似蠑螈的生物存在，難道只要簡單地加些激素，它們就可以恢復成自己祖先的樣子？人類歸根結底也是猿類進化而來的，也保留了許多猿類的特征，那我們是否喝一杯含適當激素的雞尾酒，便能夠恢復到類似直立人的祖先的形態呢？我的腦海中浮現出一連串的問題和猜想，從此便一直被生物學吸引著。

我發現世間到處充滿神秘性與可能性。在18歲那年，我讀過一本晦澀難懂的醫學巨著，其中有一個腳注提到，當一個人患有肉瘤（一種能夠影響軟組織的惡性腫瘤）時，因感染引起高燒，癌癥癥狀有時竟會大大緩解。高燒會導致肉瘤萎縮？為什么？這要如何解釋？這是否有可能成為一種實用的癌癥治療手段呢？這種聯系奇特古怪、出人意料，我被其存在的可能性迷住了，同時我學到了重要的一課：不要把想當然的事情視為理所當然。很久以前，人們認為一塊4磅重的石頭的落地速度，是一塊2磅重的石頭的兩倍，沒有人費心去驗證這一點。直到伽利略出現，花了10分鐘進行了一個簡單而優雅的實驗，得出一個反直覺的結果，由此改變了歷史進程。

少年時期的我同樣迷戀植物學。我當時想，怎樣才能找到屬于自己的捕蠅草，達爾文曾稱它為“世界上最神奇的植物”。當你連續快速觸碰捕蟲夾內的兩片刺毛時，它會馬上關閉。雙觸發器使得它更有可能對昆蟲的運動做出反應，而不會對隨意飄落的無生命的碎屑做出反應。一旦夾緊獵物，它會保持關閉狀態并分泌消化酶，但前提是它捕獲到真正的食物。我很好奇，它對食物的定義是什么？因為是氨基酸成分所以才夾住嗎？還是脂肪酸？又或者是其他酸？是淀粉、純糖還是糖精？它的消化系統中的食物探測器到底有多么復雜？我那時沒能擁有一個寵物，太可惜了。

母親十分支持少年時期的我發展對科學的興趣，她帶給我世界各地的動物標本，其中一個小小的干海馬，讓我記憶猶新。父親也支持我對科學的迷戀，在我十幾歲的時候，他就給我買了卡爾·蔡司的研究顯微鏡。沒有什么比通過高倍鏡頭看草履蟲和團藻更歡樂了（我了解到團藻是地球上唯一真正帶有輪子的生物）。后來，在去上大學的時候，我告訴父親，我心向基礎科學，沒有什么比這更令我興奮了。他很明智，勸我去學醫。他說：“你可以成為一名二流醫生，還能過上體面的生活，但你不能成為二流的科學家。‘二流’和‘科學家’是矛盾的。”他指出，如果我學醫會更加穩妥一些，保持兩扇興趣大門同時敞開著，畢業后再決定是否從事研究工作。

我在神秘少年時期所追求的一切事物都有一種令人愉悅、有些過時的維多利亞式的味道。維多利亞時代在一個世紀前就結束了（確切地說是1901年），這似乎與21世紀的神經科學相隔甚遠。但是我覺得有必要提及我與19世紀的這段“早期戀情”，因為它對我的思維風格和研究方式都有潛移默化的影響。

簡單來說，這種風格強調概念簡單、易操作的實驗。作為一名學生，我如饑似渴地閱讀，不僅了解了現代生物學，還了解了科學史。我記得讀過邁克爾·法拉第的故事，他出身低微卻自學成才，發現了電磁學原理。在19世紀早期，他在一張紙后面放置一塊條形磁鐵，并把鐵屑撒向紙面，這些鐵屑立即排列出弧線。是他，讓磁場清晰可見。這一實驗的直接演示證明磁場是真實存在的，而不僅僅是一個抽象概念。之后，法拉第將條形磁鐵在銅線圈上來回移動，你瞧！一股電流開始穿過線圈。他證明了物理學兩個完全獨立領域之間的聯系：磁與電。這不僅為水力發電、電動機和電磁鐵等實際應用鋪平了道路，更見證了詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）的深刻理論見解。法拉第以簡單的條形磁鐵、紙張和銅線，開創了物理學的新紀元。

我被這簡單而優雅的實驗所打動。任何小男孩小女孩都可以重復這樣簡單的實驗，比如像伽利略一樣扔下石頭，或者像牛頓一樣用兩個棱鏡來探索光的本質。不管是好是壞，這樣的故事讓我從小對技術產生了恐懼。我現在仍然覺得用蘋果手機很難，但我的技術恐懼在其他方面對我大有幫助。一些同行警告我說，在生物學和物理學還處于襁褓期的19世紀，這種低科技手段可能還可行，但在如今這個“大科學”的時代就不是這樣了，在這個時代，只有大型團隊采用高科技設備才能取得重大進展。我不同意這一觀點。“小科學”更充滿樂趣，經常可以有大發現，即使只是偶爾。我早期的幻肢實驗所需的僅僅是棉簽、一杯溫水、一杯涼水和普通鏡子而已，實驗結果仍讓我很興奮。希波克拉底、蘇蘇魯塔（Sushruta）、我的圣人祖先巴拉德瓦賈（Bharadwaja）或從古至今任何一位醫生，都能進行這些基礎的實驗操作。但是以前沒有人這樣做。

再來看看巴里·馬歇爾（Barry Marshall），他的研究表明潰瘍是由細菌引起的，而不是醫生們曾經認為的由酸或壓力造成。他通過一個大膽的實驗來說服質疑他的人——他吞下幽門螺桿菌，并展示自己的胃黏膜布滿令人疼痛的潰瘍，然后通過服用抗生素迅速治愈。之后，他與其他研究者發現包括胃癌、心臟病在內的其他疾病也可能是由微生物造成的。在短短幾周內，馬歇爾運用幾十年前早就存在的物料和方法，開創了醫學的全新時代。2005年，他榮獲了諾貝爾生理學或醫學獎。

當然，我偏好低科技方法既有優點也有缺點。我享受其中的部分原因是我懶，但并不是每個人都是這樣。這是件好事，研究科學需要有各種各樣的風格和方法。雖然需要專門化的個人研究者，但當科學家們踩著不同的鼓點進軍時，整個科學事業才會變得更加強大。同質化會產生弊端，比如理論盲點、陳腐范例、回音室效應、個人崇拜。要對付這些，科學家們各種各樣的戲劇性性格便成為強有力的藥劑。科學受益于其包容性：心不在焉的糊涂教授、控制狂、壞脾氣且小氣的統計狂人、天生的“杠精”、頑固的數據導向教條主義者，還有那些一路上跌跌撞撞從事高風險、高回報冒險事業的空想浪漫主義者。如果每一位科學家都像我一樣，就不會有人潛心鉆研并不斷追尋真理。然而，如果每位科學家都謹小慎微，局限于既定事實，那么科學將以蝸牛爬行的速度前進，而且很難取得進展。陷入狹窄的專業死胡同，或者加入只對那些互相祝賀、互相資助的人開放的“俱樂部”，都是現代科學的職業危機。

比起大腦掃描儀和記憶測序儀，我更喜歡棉簽和鏡子，但我并不是故意避技術而不談（生物學也離不開顯微鏡啊！）。我也許是個技術恐懼者，但我不是盧德分子。我的觀點是，科學應由問題驅動，而非由方法論驅動。當你的部門花費數百萬美元購買了一臺最先進的液氮冷卻大腦成像設備，你便有了使用它的壓力。俗話說，當你唯一擁有的工具是錘子時，一切都開始變得像釘子。但是，我并不反對高科技大腦掃描設備（也不反對錘子）。的確，如今有許多的大腦成像設備，偶爾也會有一些重大的科學發現。人們完全有理由認為，現代最先進的小發明工具箱在研究中有著至關重要和不可或缺的地位。事實上，我的低科技傾向的同事們和我經常利用大腦成像技術，但只是為了驗證特定的假設。這些技術有時成功，有時失敗，但當我們有所需要時，我們總是感恩高科技的存在。