在宇宙的所有物體當中，大腦是最複雜的。我們對大腦的了解，就好像揭開電腦的外殼，僅僅測量一下少數幾個電壓高低變化的晶體管，就企圖猜測所浏覽網頁的内容一樣。

在宇宙内的所有物體當中，人腦是最複雜的。人腦中的神經細胞多得如同銀河系中的恒星。因此無怪乎，盡管有關大腦和智力的科學最近的進展很耀眼。但在一定程度上，我們卻仍然在黑暗中眨眼。但是起碼，我們已經開始在揭開神經學的謎底方面取得進展。就連有關以下10個問題的部分答案，也能使我們對界定了我們對這3磅左右的灰白物質的認識有所提高。

1 ． 在神經細胞活動中，信息是如何編碼的？

神經細胞是大腦的專門細胞，能在自己的細胞膜上形成短暫的電壓增量。這些電脈沖沿着被稱為軸突的專門延伸部分傳播，以使大腦其他部位的化學信号釋放出來。這些電壓增量看來攜帶着有關世界的信息：我都看到什麼？我餓嗎？我向哪個方向轉？但這些電壓的密碼是什麼？在大腦的不同部位和不同時刻，電壓增量可能意味着不同的東西。在中樞神經系統的一些部位(大腦和脊髓)上，電壓突增的速度往往與明顯可以界定的外部特征相關，比如存在一種顔色或者一副面孔。而在末梢神經系統中，這種幹擾信号的增加則表明熱量增加、音量增大，或者肌肉更加強有力的收縮等。

3 ． 大腦中的“底線”活動标志着什麼?

神經學家主要研究的是大腦活動方面的變化。這種活動與我們能在實驗室裡提供的刺激(比如一幅圖片、觸摸或者聲音)相關。但大腦在休息時的活動(其“底線”活動)可能會被證明是我們的精神生活的最重要方面。醒着的、正在休息的大腦占用了人體全部氧氣需求量的20％，盡管它僅占人體大小的2％。一些“底線”活動可能标志着大腦在休息時對知識結構的調整，對未來狀态和事件的模拟，或者對記憶的操縱。我們所關注的大多數事情(回憶、情感、動機和計劃等)都能在沒有外部刺激和不産生可以衡量的、明确的輸出信息的情況下發生。

有關“底線”活動的一個線索來自于神經細胞成像實驗。實驗結果表明，當人們即将執行一項目标明确的任務時，大腦一些區域的活動減少。無論任務的細節如何，活動減少的區域都保持不變。這表明，在大腦“宕機”期間，這些區域可能運行的是“底線”活動程序，就像隻有在别處不需要這些資源的時候，您的電腦才可能會運行磁盤碎片整理程序一樣。

按照對知覺的傳統看法，來自外部世界的信息湧入人們的感官，在大腦中行進，使人的感官看到，聽到和感覺到它。但許多科學家認為，感官的輸入可能僅僅是修正了大腦中正在進行的内部活動。

4.大腦如何模拟未來？

當一位消防隊長遇到一場新的火災時，他迅速地預測把隊員分派到什麼位置最好。運行有關未來的這種模拟——而又不造成實際嘗試會帶來的風險和代價——用哲學家卡爾·波普爾的話說，就是使“我們的假想”得以“充當我們的替死鬼。”因此，對可能的未來情況的模拟，是聰明的大腦所投資的十分重要的“生意”之一。

但對于大腦的未來模拟器如何運行， 我們知之甚少，因為神經系統科學的傳統技術最适合于在大腦的活動和明确的行為，而不是智力模拟之間建立聯系。一個想法是，大腦的資源不僅用于處理刺激因素并對其做出反應（ 看着一隻球向你飛來），而且還用于構築有關外部世界的一個内部模型，并從中提取有關事物的一般趨勢的規則（知道球如何在空中移動）。内部模型可能不僅是在接球等肌肉運動中發揮作用，而且還在知覺方面。

但是，一個系統怎樣才能學會就某個事件做出出色的預測呢？可能的情況是，記憶僅僅是為了這一目的而存在。這并不是一個新的想法：兩千年前，亞裡士多德和（古希臘生理學家）蓋侖就強調，記憶是成功地預測未來方面的一項工具。就連大家對自己生活的記憶也可能會逐漸被當作一個模拟的特殊亞類型來看待，因為它已經是确定無疑的。

在宇宙的多種物體當中，大腦是最複雜的。我們對大腦的了解，就好像揭開電腦的外殼，緊緊測量一下少數幾個電壓高低變化的晶體管，就企圖猜測所浏覽網頁的内容一樣……

5、什麼是情感？

我們常說，大腦是信息處理系統。但是，無論怎樣解釋大腦，隻要缺少對情感、動機、恐懼和希望等的描述，就是不完整的。

現代觀點認為，情感是大腦所處的狀态，它們迅速地對結果做出評估，并提供一項簡單的行動計劃。因此，情感可以被看作一種計算、可以據以采取适當行動的一種迅速和自動的概述。當一隻熊朝着你沖過來，加劇的恐懼就會指引你的大腦去做該做的事情（确定一條逃跑的路線），而不是做可以做的所有其它事情（比如收起你買菜的菜單）。在記憶領域中，對情感事件的安排有所不同，是按照一個并行不悖的記憶系統，它涉及一個稱為扁桃體的大腦部位。

有關情感的神經系統科學的一項目标，就是認識情感的多種紊亂的性質。其中，抑郁症最為常見，代價也最沉重。帶有沖動的侵略性和暴力行為也可以被看作情感調節失誤的的後果。

6、什麼是智力？

智力呈現為多種形式。但從生物學上講，智力——在其任何一種外衣掩蓋下——意味着什麼，還不得而知。聰明的人們存儲知識，是否采取一種比較精煉、彼此差異較大的或者比較容易提取的方式？

在我們大家的成長時期，都相信一種高智能的機器人即将問世的前景。但今天，我們所擁有的東西比起掃地機器人來沒有好到哪裡去。是什麼出了毛病？有兩個可能的原因：我們要麼對大腦功能的基本原理沒有充分的了解，要麼尚未對一起工作的神經細胞進行充分的模拟。如果情況是後者，就是好消息：計算的成本逐年下降，速度逐年加快，因此我們距離享受擁有科幻小說裡所描寫的、能夠實際料理家務的機器人的生活，理應不是很遙遠了。但大多數神經系統科學家都認識到，我們距離這一夢想有多麼遙遠。目前，我們的機器人的智力隻有海參那麼高。盡管進行了幾十年的智能研究，機器人從背景中辨别出人物的能力仍沒有達到嬰兒的水平。

構成智力基礎的可能不是單一的機制，或者單一的神經系統區域。無論智能是什麼，它都處于人類特征的核心。其他物種隻能解決特定的問題，而我們進行抽象思維的能力則使我們能夠解決無盡的一系列問題。

7、時間在大腦中是如何表示的？

關于大腦如何與時間玩把戲，一個簡單的例子就是在鏡子裡看一看你的左眼，然後将目光轉向右眼。雖然你的眼睛的移動要花費時間，但你卻看不到自己眼睛的移動，就好像世界即刻就使一個視角到另一個視角的轉移得以實現。而那一刹那的時差哪裡去了？就此問題而言，你每次眨眼應當看到的80毫秒的黑暗又哪裡去了？歸根結底，大家關于時間平穩消逝的觀念是大腦構築的一種結果。澄清大腦通常如何解決時間選擇問題會使人洞悉，如果時間的校準出毛病，會發生什麼，就像誦讀有困難的人的大腦中可能發生的情況那樣。不能保持同步的感官輸入信息還促使老年病人摔跤的風險增大。

8 、大腦為什麼睡覺和做夢？

我們生命的最令人驚歎的方面之一，就是我們把1/3的時間花在睡眠這個奇怪的世界之中。新生嬰兒所花的時間還要多一倍左右。一直醒着呆上一晝夜以上是非常難熬的。在人類當中，神經系統總是醒着會造成精神錯亂，被剝奪睡眠達10天的老鼠會死，所有哺乳動物都睡覺。雖然生物進化的趨勢是明顯的，但睡眠的功能并不明确。

盡管睡眠要付出時間的代價，也使睡眠者基本上毫無防備，但睡眠的普遍性顯示出其深刻的重要性。沒有任何舉世公認的答案，但是起碼有3項流行的（和非排他性的）猜測。第一項認為，睡眠具有恢複功能，使身體的能量儲備得以節省和補充。不過，睡眠期間神經系統十分活躍，表明情況并非僅此而已。第二項理論認為，睡眠使大腦得以運行對搏鬥和解決問題等重要行動的模拟，以便将其投入現實世界中的試驗。第三項理論——得到的證據最多——認為，睡眠在學習和鞏固記憶以及忘掉無關緊要的細節方面，起着十分重要的作用。換言之，睡眠使大腦得以将重要的東西儲存起來，而把神經系統中的垃圾倒掉。

9、大腦的專門系統如何相互融合？

用肉眼觀察，大腦表面的任何部位彼此都并無很大差别。但當我們衡量其活動時，卻發現在神經系統的每個區域，都隐藏着不同類型的信息。成年人大腦的情形，如同一幅世界各國地圖一樣四分五裂。

神經系統科學家們對這一圖形的分裂狀況已經有相當充分的認識，結果使我們面對的是形形色色奇怪的大腦網絡，它們涉及嗅覺、饑餓、疼痛、目标确定、溫度和未來預測等幾百項任務。盡管這些系統的功能各不相同，但它們看來卻相互密切合作。對于這種情況如何發生，人們基本上還沒有充分地認識。

人們也沒有認識到，大腦是如何這樣迅速地協調自己的各個系統的。從解剖學上講，大腦沒有任何特殊的部位，可以讓來自不同系統的全部信息都彙聚起來。大腦的各個專門部位全都彼此相連，從而形成一個并行和重複連接的網絡。我們有關世界融為一體的圖像就是從大腦結構的這一迷宮般的複雜網絡中浮現的。出人意料的是，有關大腦中這樣的循環式龐大網絡的研究一直沒有進行—— 部分原因大概是，人們比較容易把大腦看作整潔的裝配線，而不是動态的網絡。

10、什麼是意識？

有關意識的一項解釋涉及現代科學尚未解決的重大問題。它可能會被證明并不是一個單一的現象。盡管如此，作為一個預先的目标，讓我們把它當作片刻之前大腦中還沒有、而早晨醒來時卻開始閃光的東西。

神經系統科學家認為，意識之所以從大腦物質之中産生，主要是因為哪怕是你的大腦中十分細微的變化（譬如由于服用藥物或者患病）也能給你的主觀體驗帶來強有力的改變。問題的核心在于，我們還不知道如何設計零部件，以使造成的機器具有你我認為理所當然的個人主觀體驗。假如我把世界上所有的玩意兒都給你，要你将其裝配成一架有意識的機器，那麼還是祝你好運吧。我們尚不具備解釋如何這樣做的一項理論。我們甚至不知道這一理論會是什麼模樣。

有關對意識的研究的傳統挑戰之一，就是如何采用實驗方法來研究它。在任何時刻，大概都有一些神經系統活動過程與意識相關，而另外一些則不相幹。首先一項挑戰是要确定兩者之間的差别。一些試驗起碼正在取得微小的進展。在其中一項試驗中，試驗對象用一隻眼看到一座房子的圖像，同時另一隻眼看到一頭牛的形象。人們不是觀察到一種房屋和牛的混合物，而是僅僅觀察到兩者之一。然後，經過一段任意長度的時光，他們會以為自己看到了另外那件東西。他們會繼續緩慢地來回變換立場。但這一視覺刺激卻絲毫沒有改變；改變的僅僅是意識中的體驗。這項試驗使研究人員得以探索，神經系統活動的哪些屬性與主觀體驗的變化相關。

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