自由意志的产房——读《大脑简史》

卡普钦斯基
2018-05-21 看过

有人说,《时间简史》如果篇幅能比现在长一倍,可读性一定更强。号称累计销售量达2500万册的《时间简史》,是名副其实人人号称拥有,但极少有人读完的科普名著。可能受制于身体状态,霍金尽量把文章写得简短,这就苦了非物理专业的读者。相比之下,谢伯让的《大脑简史》就可爱多了,全书用拟人手法,介绍大脑的进化和意识的产生,让我这个脑科学小白也能读得尽兴。

我们知道刚出生的婴儿,大脑是身体各部位中最重的,从床上抱起婴儿要用两只手:一手托着脑袋,一手托着屁股,这样才能保证婴儿不受伤。相对身体来说如此巨大的头部为分娩增加了极大风险,也导致刚出生婴儿身体柔弱。那么,是否可以说大脑太“自私”,只为自己发育而剥夺身体太多资源?

要弄清这个问题,就得从神经细胞的诞生开始说起,这就是本书第一章《一代王者的诞生》的主要内容。遗传物质的前身是复制子,复制子可以自我复制和聚合。为了抵御大自然种种危险,复制子必须不停自我复制,并且与脂质双分子层相结合,以便保卫自己同时获得更多资源。谢伯让把脂质双分子层称作“金罩铁杉”,它包裹着复制子,就成为细胞的原型。很快,有了细胞膜的复制子打败了其他没有细胞膜的复制子,从进化中脱颖而出。

接着,细胞又遇到了另一个难题:相互之间的信息传递问题。聪明的细胞很快发现离子通道和电位传递,这就如同得到雷神律令一样,开始朝着神经细胞的进化方向一路狂奔。很快,神经细胞开始不满意信息传递仅限于内部之间传递,所以突触形成了,突触可以用来与其他细胞合作,同时也可以“奴役”其他细胞,例如体细胞,操控其他细胞为自己服务。

第二章《世纪帝国的形成》讲了多细胞生物的形成与崛起。在对抗外界威胁的过程中,体型越大的细胞越占优势,按多细胞生物起源最知名理论——集群理论的观点,最早的多细胞生物可能是由许多“同种”的单细胞生物群聚而成。例如海绵就是由类似鞭毛虫的单细胞生物群聚进化而来。

谢伯让认为,从某种程度上说,细胞分工合作就如同《国富论》中探讨的人类社会分工现象,好处是实现利益最大化,但危险是可能失去独立运作的自由。由于没有化石证据,科学家们只能猜测神经细胞操控其他细胞的过程,本书介绍了几种著名的假说,有派克假说、潘亭假说、帕萨诺假说和其他理论。其中在“其他理论”中,作者介绍了关于“两次神经系统的独立源起”理论,这个理论有趣之处在于认为进化并非总是单一的,也可能有不同路径。

神经细胞身负决定生物功能的重任,所以逐渐占据身体中央,以避免来自体外刺激的直接损害。这种“以邻为壑”的行为看似很不光明磊落,但实际上有利于物种生存。这样,占据身体中枢的神经细胞逐渐聚集联结,不断分化,彼此操控,最终形成神经网络,并针对外界威胁进化出相应应对方式:系统性运动、记忆和决策。这样进化下去,终于世界迎来了脊索动物。

作者举了文昌鱼做例子,不知道有多少读者跟我一样读这本书才知道原来文昌鱼不是鱼类,是脊索动物!因为文昌鱼没有脊椎骨和头骨,它有的是一条撑直身体的脊索,中枢神经,也就是神经索,位于脊索的背面,也就是身体的上方。虽然不如脊椎动物那样有发达的大脑,但是文昌鱼毕竟是神经系统发展到一定程度的产物,已经有了大脑的雏形,具备了“争天下”(身体控制权)的潜力。

本书第三章《穷兵黩武的竞赛》重点介绍了大脑各种感知的发展:化学感知、机械感知、热感知和光感知四大类。这章开篇,作者首先讲了特别有趣的寒武纪生命大爆发之谜。距今五百四十二亿年前的寒武纪在短短的前后两千万年之内,物种化石出现爆炸性增长,动物界大多数的“门”几乎都出现在这一个时期。“光开关”理论认为,当寒武纪的三叶虫进化出第一只眼睛时,生存环境立刻出现了剧变,拥有视觉的三叶虫,成为最顶尖的掠食者,而其他生物为了抵御有视觉的敌人,开始进化出坚硬的外壳。这样,眼睛的诞生就成为寒武纪大爆发的最初进化驱动力之一。

然后,化学侦测能力(无意识的化学侦测能力和有意识的味觉、嗅觉)、机械感知(听觉、触觉、人体 内部平衡能力等)、热感知能力也随之发展出来,生物生存能力大大提升。

在介绍光感知的过程中,我最感兴趣的是作者对笛卡尔“松果体”理论的描述。这位法国17世纪哲学家和科学家认为,人类的心和脑在本质上完全不同,脑是无知的,心是非物质的,也就是说,心灵是类似灵魂的东西。笛卡尔认为,这两个不同的东西是靠着松果体沟通的!或者更进一步说,心灵是通过松果体操控大脑。某些神秘主义者认为,人类的松果体在进化早期,也可以接收光线或者其他能量来调节生理机制,但是现代人类因为饮食的关系,导致松果体都钙化了!不知道笛卡尔若是知道竟然有神秘主义依据自己的观点发展出这样一套理论有何感想。

就是这么个不起眼的小东西被称为“第三只眼”,有人认为它能接收宇宙中的神秘能量。

松果体是否能接收能量目前无法证实,但视觉信息会进入颞叶,让大脑可以分析出物体的身份及各种特质,帮我们辨识出物体是什么,这是可以证实的。谢伯让在这部分又讲了个有趣的小故事:祖母细胞。

话说1969年,神经科学家雷特温在麻省理工学院(自看过《生活大爆炸》后,我一看到麻省理工学院的名字,眼前就马上出现谢尔顿鄙夷不屑的表情,可能这也证明了视觉与记忆的关系。)对学生讲了一个故事,说是曾有一位杰出的神经外科医师应患者要求,清除了患者脑内与他母亲记忆相关的神经细胞。手术后患者果然失去了关于他母亲的全部记忆。接下来,这位医生开始寻找关于祖母记忆的细胞。

这个故事是雷特温虚构出来的,他试图说明一个假说:只需少数神经细胞就可以现实关于各种事物、亲友或者事件的概念和记忆。这听起来匪夷所思,但2005年,科学家科霍进行了一系列实验,结果发现一位病人的海马回中,有一组神经元对女演员安妮斯顿的照片有强烈反应,但对其他数十位名人和动物、景点毫无反应。而另一位病人的海马回中,则找到了只对贝瑞的照片和名字有反应的神经细胞。还有一些类似实验成果,这似乎显示,所谓“祖母细胞”理论并非完全不可能。

前三章看下来,我们似乎觉得大脑是控制生物身体的最重要器官,神经中枢是生物最高主宰。但谢伯让这部著作真的很想推理小说,每次当你一位真相就在眼前时,总有一个转折告诉你,事情也许另有玄机。第四章《掌控一切的基因》开始探讨,大脑和基因孰为操纵者。当哺乳动物开始发育出高阶智能时,基因起到了大脑进化最大推手的作用。

RNF213基因发生突变,改善了脑血流量不足的问题。此基因导致颈动脉的直径扩张,让流往大脑的血流量大增,大脑从此潜能大大开发,消耗全身20%的血氧和25%的葡萄糖。之后,葡萄糖转运子基因SLC2A1促进了大脑对葡萄糖的吸收。

总之,进化过程似乎偏好让大脑获得更多的资源,大脑在变聪明的过程中不断从身体获取营养,表现得越来越“自私”。就连睡眠,似乎都跟大脑除污的过程有关。

从古到今,都有人好奇人类到底为什么每天都需要长时间睡眠。传统认为,睡眠有利于恢复体力,巩固记忆,身体成长。但最近脑科学研究似乎表明,睡眠还有一个前所未闻的重要功能:清理脑中废物!美国罗彻斯特大学生物学家内德加和高曼发现,老鼠在睡眠时,脑细胞之间的空隙会增大,脑脊液流动量会增加,有助于清理细胞代谢所产生的有毒物质。换言之,睡眠时可能就是脑部大扫除时间!

不但如此,人类十月怀胎貌似也跟大脑发育有关!对比黑猩猩,人类婴儿都得算早产。为什么呢?据测算,新生婴儿大脑大约消耗全身能量的87%,母亲身体无法负担来自胎儿与自身的高能量代谢。当负荷达到极限时,胎儿必须产出,否则会威胁母婴双方安全。从人类发育过程看,大脑使用能量的速率,几乎完全和身体成长速度呈现负相关。例如孩子四岁时,大脑葡萄糖代谢量达到顶峰的43%,此时是身体成长速度最慢的时候,一直到青春期前期,孩子大脑葡萄糖代谢率才会平稳变低,这是身体才开始出现快速成长。

看到这里,我突然想起,老人常说聪明孩子不容易长高个子,因为“被心眼儿坠住了”,好像也挺有道理呢!

梳理整个进化过程,似乎大脑一直都意气风发的披荆斩棘,是进化舞台上的王者,但真的如此吗?谢伯让认为不然,他认为大脑背后的基因才是真正的影舞者!本书第五章《跳脱轮回的反叛》主要讲基因在人类进化中的重要作用。

谢伯让特别推崇道金斯的《自私的基因》,称其为“旷世巨作”。道金斯认为在进化过程中,互相竞争的主角虽然看起来是一个个独立生物个体,其实真正的进化单位,其实是基因。身体、肌肉、骨骼和大脑,都不过是基因制造出来的工具,这些器官存在的目的,就是为了要极大化身体这个基因载具的适应力。当基因载具顺利存活之后,基因才能一代代传递下去。

因此,当大脑的自利行为与基因繁衍相抵触时,大脑毫无胜算。自以为是王者的大脑,也不过是基因的马夫。

但是,大脑就此认输了吗?

并没有!

意识的存在貌似证明了大脑确实在与基因争夺控制权。在众多神经科学发现基础上,大部分现代脑神经科学家以及研究心灵问题的心灵哲学家,都倾向认为意识是大脑活动的产物。而大脑产生意识的原因,可能是为了要帮我们认识世界。但是这些意识经验,有时候反而会变成人类生活的一切。为了追求这些虚拟的意识经验,人们有时候竟会做出“不利于生存繁衍”的行为。例如人类对于愉悦感的过度追求。人类自慰行为全然无助于繁衍后代,还有滥用药品等行为甚至有自毁倾向,这证明在人们的意识中,愉悦感似乎比繁衍生存更重要,那么这是否是为了摆脱基因的控制呢?

虽然从基因角度,人类对愉悦感的追求颇为大逆不道,但从大脑机制角度看,就容易说得通了,因为对大脑来说,一切都是信息处理而已!

人类之所以沉迷于电子游戏、药品滥用等“不真实”的刺激,正是因为这些虚拟刺激提供了非常类似真实刺激的信息,有时候它们甚至比真是刺激更能有效的刺激我们。这种只要付出少许就有高效回应的刺激方法,完全符合信息系统追求效率的目标。这就有回到了本书第一章所讲的神经细胞起源过程,原初神经细胞进化的关节点就是信息交换与信息处理效率。这在某种程度上形成了大脑与基因抗争的局面。

本书还举出了一个例子证明大脑与基因的对抗,那就是人类自杀行为。在众多社会性生物中,只有人类才有自杀行为。如果大脑没有意识,没有足够的认知能力和复杂度,那么即使有社会因素的影响,也无法产生自杀行为,这或许正是因为人类大脑已经进化出高度复杂的心灵,才能有意无意和基因所操控的生存繁衍宿命进行对抗。

接下来,谢伯让又列举了几点对“大脑对抗基因论”的反驳,写得也颇有道理。这是我觉得本书最有意思的一点:作者对重要问题会列出目前研究的双方甚至多方观点,认凭读者选择。这大大增加了本书的趣味性,但同时也让本书更加烧脑,距离厕所读物更遥远了。

关于大脑进化的历史,讲到这里貌似可以结尾了,但是谢伯让好像意犹未尽,因为本书还有一篇终章 ——《摆脱束缚的未来》,探讨把意识上传到云端的可能性。用芯片取代神经元,是很多科幻电影最爱的题材之一。这其中真的蕴含着人类永生的可能性吗?

《超验骇客》中主人公成功上传自己的意识,与妻子交流

在本书的整个阅读过程中,我时不时会想起弗洛伊德的理论。弗洛伊德是纯物质主义,他认为,物质就是一切,只有物质是真正的存在,也只有物质是真实的存在。例如他对神学的态度,他是认为神连谎言都不是,是心理学机制。他认为无神论都是荒诞的,因为根本就到不了信不信的层面。弗洛伊德也看不上无神论,认为无神论者煞有介事的否定宗教信仰,都是心理学上的病态。否定神,论证上帝不存在,都是精神病!在弗洛伊德看来,神就是欲望投射,是某种心理机制。我感觉弗洛伊德的思想与谢伯让这本《大脑简史》中的观点很像。

总之,这本《大脑简史》通过大量科学论据,通过拟人化手法,尽量把大脑从复制子以来的历史以及大脑与基因之间的关系说得通俗易懂、兴趣盎然,真是了不起!

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大脑简史 大脑简史 7.8分

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