認(rèn)識(shí)人心智的生物學(xué)基礎(chǔ)已經(jīng)成為21世紀(jì)中對(duì)科學(xué)的核心挑戰(zhàn)。我們想要認(rèn)識(shí)知覺(jué)、學(xué)習(xí)、記憶、思維、意識(shí)以至自由意志的生物學(xué)本質(zhì)。……生物學(xué)在過(guò)去50年中所取得的巨大成就已經(jīng)使得現(xiàn)在有可能這樣做了。 坎德?tīng)枺‥ric R. Kandel）奧地利裔美國(guó)神經(jīng)科學(xué)家2000年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主
自從人類中有一些人不必再為果腹、御寒整天操勞時(shí)起，就有人對(duì)我們?yōu)楹螘?huì)有與其他動(dòng)物迥然有別的內(nèi)心世界開(kāi)始感到好奇。但是古代的科學(xué)水平還不可能研究這樣艱深的問(wèn)題，除了宗教與迷信（這些不在本書(shū)的范圍內(nèi)）之外，古代哲人只能靠?jī)?nèi)省來(lái)思考這個(gè)問(wèn)題，并得到一些發(fā)人深思的思想。但是僅靠?jī)?nèi)省，我們無(wú)法知道這些想法究竟是對(duì)是錯(cuò)，畢竟只有實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在古代，只有觀察某些病例給了我們觀察內(nèi)心世界或者說(shuō)心靈或心智的窗口，這一傳統(tǒng)直到今天還有重要意義，雖然今天用來(lái)觀察的工具和古代相比已經(jīng)不可以道里計(jì)了。直到文藝復(fù)興時(shí)期，伽利略為科學(xué)建立了實(shí)驗(yàn)方法，才啟發(fā)了生物學(xué)家試圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究心智問(wèn)題。伽利略的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法在物理學(xué)、化學(xué)以至生物學(xué)的許多方面都取得了輝煌的成就，但是在涉及人的內(nèi)心世界時(shí)卻碰到了一個(gè)前所未遇的困難：以前科學(xué)家研究的都是外界的客觀事物，在研究時(shí)會(huì)盡力避免科學(xué)家本人的主觀因素；可當(dāng)談到人的內(nèi)心世界時(shí)，我們研究的對(duì)象就是人的主觀體驗(yàn)！有些人因此認(rèn)為，人根本就不可能研究這樣的問(wèn)題。因此，對(duì)心智問(wèn)題真正的科學(xué)研究起步較晚也就不足為奇了。什么是心智（mind）？心智或稱神智、心靈，或者干脆稱為心，是相對(duì)于客觀的、物質(zhì)的身體（或是腦） 的一個(gè)概念。令人感到遺憾的是，直到現(xiàn)在，科學(xué)家們還沒(méi)有能夠給它一個(gè)公認(rèn)的定義。英國(guó)物理學(xué)家、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家約翰·泰勒（John Taylor）在解釋心智時(shí)，只是列舉了一些同樣沒(méi)有公認(rèn)定義的內(nèi)容，并用同義的精神或內(nèi)心來(lái)概括。如果您去查一下維基百科，內(nèi)容也大同小異。約翰·泰勒在為《學(xué)者百科》（Scholarpedia）撰寫(xiě)的《心身問(wèn)題：新的研究方法》（Mind?Body Problem: New Approaches）一文中寫(xiě)道：心智是由許多精神（或內(nèi)心，mental）成分組成的，其中包括知覺(jué)、感受（feeling）、思想、想象……也包括某些無(wú)意識(shí)成分。后來(lái)，他又把無(wú)意識(shí)成分都?xì)w到了身體方面去了。不過(guò)，雖然沒(méi)有十分明確的定義，我們每個(gè)人還是大概明白心智講的是什么。當(dāng)談到心智時(shí)，首先會(huì)碰到的第一個(gè)問(wèn)題是：人產(chǎn)生心智的器官是什么？長(zhǎng)期以來(lái)，人們?cè)��?jīng)普遍相信這個(gè)器官是心臟。這種信念的印象是如此之深，其烙印一直沿襲到我們今天的文字中，我們上面所用的內(nèi)心、心靈、心智就是明證。一直到17世紀(jì)50年代，才由英國(guó)醫(yī)生威利斯（Thomas Willis）給出了科學(xué)的回答。他通過(guò)對(duì)行為異常的病人的臨床觀察，以及在這些病人死后對(duì)他們腦的尸檢所做的對(duì)照研究，才在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)腦是心智的棲息地下了可信的結(jié)論。接下來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是：和心智有關(guān)的任何功能究竟是要整個(gè)腦的參與才能實(shí)現(xiàn)，還是只要部分腦的參與就能實(shí)現(xiàn)？這也就是所謂的整體論和功能定位論之爭(zhēng)。這一爭(zhēng)論肇始于18世紀(jì)末，至今已有兩個(gè)多世紀(jì)。19世紀(jì)60年代，法國(guó)醫(yī)生布羅卡（Paul Broca）通過(guò)對(duì)有語(yǔ)言問(wèn)題的病人的病例觀察和對(duì)病人死后的尸檢，在歷史上第一次以確鑿的科學(xué)證據(jù)說(shuō)明大腦皮層是有功能定位的，也第一次提示大腦兩半球在功能上可能是有所分工的。20世紀(jì)下半葉，美國(guó)神經(jīng)科學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主斯佩里（Roger W. Sperry）和他的學(xué)生加扎尼加（M. S. Gazzaniga）的工作則明確地表明了大腦兩半球在功能上確實(shí)存在分工�，F(xiàn)在總的說(shuō)來(lái)，科學(xué)家一般傾向于認(rèn)為，除了十分簡(jiǎn)單的功能（例如運(yùn)動(dòng)某一小塊肌肉）可能確實(shí)定位于某小塊腦區(qū)，絕大多數(shù)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的功能都需要多個(gè)腦區(qū)的協(xié)同工作，然而并不需要全腦的參與。但是對(duì)于像意識(shí)這樣極端復(fù)雜的功能，究竟是要全腦的參與才能實(shí)現(xiàn)，還是只需有和特定意識(shí)內(nèi)容相關(guān)的最低限度的腦組織活動(dòng)？這依然是一個(gè)存在爭(zhēng)論的問(wèn)題。緊接著的一個(gè)基本問(wèn)題是：腦是像其他器官一樣是由一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的細(xì)胞組成的呢，還是一張彼此連通的網(wǎng)？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，1906年諾貝爾獎(jiǎng)的兩位得主卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal）和高爾基（Camillo Golgi）在頒獎(jiǎng)典禮上還進(jìn)行了針?shù)h相對(duì)的爭(zhēng)論。以后的研究肯定了腦確實(shí)是由一個(gè)個(gè)神經(jīng)細(xì)胞組成的，但是也有少數(shù)細(xì)胞相互之間直接連通。既然腦是由一個(gè)個(gè)的神經(jīng)細(xì)胞組成的，那么它們彼此之間又是怎樣交換信息的呢？20世紀(jì)上半葉，這個(gè)問(wèn)題又在幾位諾貝爾獎(jiǎng)得主之間展開(kāi)了激烈的爭(zhēng)論，其中包括謝靈頓（Charles Scott Sherrington）、�？藸査梗↗ohn Carew Eccles）、勒維（Otto Loewi）和戴爾（Henry Hallett Dale）。一方認(rèn)為是通過(guò)電信號(hào)交換信息，而另一方則認(rèn)為是通過(guò)化學(xué)信號(hào)交換信息，這就是所謂的火花與湯之爭(zhēng)。最后化學(xué)學(xué)說(shuō)勝出，不過(guò)后來(lái)發(fā)現(xiàn)也有少數(shù)神經(jīng)細(xì)胞確實(shí)是通過(guò)電信號(hào)交換信息的。接下來(lái)的問(wèn)題是神經(jīng)細(xì)胞本身是靠什么信號(hào)傳遞信息的。盡管從18世紀(jì)末，人們就已經(jīng)知道神經(jīng)細(xì)胞能傳遞電信號(hào)，但是其機(jī)制是什么，一直到20世紀(jì)中葉才最后為兩位諾貝爾獎(jiǎng)得主霍奇金（Alan Lloyd Hodgkin）和赫胥黎（Andrew Fielding Huxley）所解決。以上這些問(wèn)題雖然也牽涉心智和腦的關(guān)系，但是其主要方面始終關(guān)于作為物理實(shí)體的腦本身。它們雖然對(duì)于我們理解本書(shū)的主題客觀的腦怎樣產(chǎn)生主觀的心智非常重要，提供了有關(guān)這個(gè)問(wèn)題的背景知識(shí)，但是其中大部分內(nèi)容還不是心智本身。這些問(wèn)題（也包括和心智問(wèn)題直接有關(guān)的腦功能偏側(cè)化、行為主義等內(nèi)容）都在拙作《腦海探險(xiǎn)》①一書(shū)中已經(jīng)有了詳細(xì)的介紹，因此我們就只是在上面提綱挈領(lǐng)地提一下，而不再在本書(shū)中展開(kāi)，以免重復(fù)。那本書(shū)除了介紹了上述內(nèi)容之外，還介紹了人腦相對(duì)于其他動(dòng)物的腦的獨(dú)特之處、腦的多學(xué)科研究歷程以及對(duì)腦研究的前景展望�？梢哉f(shuō)它和本書(shū)是互為補(bǔ)充的姐妹篇。筆者在編寫(xiě)過(guò)程中盡量避免了兩書(shū)在內(nèi)容上的重復(fù)，要求它們相互呼應(yīng)而又彼此獨(dú)立成篇，盡管不讀前一本書(shū)就直接讀本書(shū)也還是讀得下去的。但對(duì)于那些缺乏腦科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)背景的讀者，筆者強(qiáng)烈建議他們?cè)谧x本書(shū)之前先讀一下《腦海探險(xiǎn)》。在20世紀(jì)中葉以前，人的心智問(wèn)題基本上被視為一個(gè)哲學(xué)問(wèn)題，極少有人從科學(xué)的角度進(jìn)行研究。有許多科學(xué)家認(rèn)為，我們所能進(jìn)行科學(xué)研究的，只是人或動(dòng)物的行為。有人更極端地認(rèn)為，根本就不存在什么心智，這在當(dāng)時(shí)成為一種被稱為行為主義的思潮。直到今天，這種思潮在工程技術(shù)界還有著很深的影響，即認(rèn)為只要編制巧妙的程序，不斷提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，使計(jì)算機(jī)模仿人的行為，那么就有可能創(chuàng)造出比人更聰明的機(jī)器，這樣的機(jī)器也有心智。不過(guò)，這種思想正受到越來(lái)越大的挑戰(zhàn)，越來(lái)越多的科學(xué)家認(rèn)為，如果不認(rèn)識(shí)腦的機(jī)制，就不可能認(rèn)識(shí)心智。盡管現(xiàn)在用前面的方法確實(shí)也可以用機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)人的某些心智功能，但是機(jī)器表現(xiàn)出這樣的行為并不等于說(shuō)機(jī)器就有心智。本書(shū)的主題是腦與心智，也就是要研究：客觀的腦怎樣產(chǎn)生主觀的心智？或者說(shuō)，腦和心智兩者之間有什么樣的關(guān)系？這就是所謂的心身問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題雖然遠(yuǎn)在古希臘和古羅馬時(shí)期就已經(jīng)提了出來(lái)，但是其中有許多最基本的問(wèn)題一直到文藝復(fù)興時(shí)期以前都沒(méi)有得到解決，而有些問(wèn)題（例如意識(shí)問(wèn)題）則爭(zhēng)論至今。古老的心身問(wèn)題也就是心智和軀體的關(guān)系問(wèn)題，對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答從根本上來(lái)說(shuō)有下列三種：第一種是唯物主義的回答，認(rèn)為心智是腦活動(dòng)的產(chǎn)物；第二種是唯心主義的回答，認(rèn)為只存在心智，其他一切都只不過(guò)是幻覺(jué)；第三種是二元論的解釋，認(rèn)為心智和軀體是兩種完全不同的實(shí)體，但是它們可以相互作用。早在20世紀(jì)中葉正當(dāng)行為主義如日中天之時(shí)，就有一些科學(xué)家認(rèn)為不能僅僅依靠觀察行為來(lái)解釋學(xué)習(xí)和語(yǔ)言的許多方面，更不要說(shuō)更為復(fù)雜的其他心智活動(dòng)。不承認(rèn)心智，只是把頭埋在沙堆里的鴕鳥(niǎo)而已�，F(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，使科學(xué)家開(kāi)始得以觀察當(dāng)人或動(dòng)物在進(jìn)行內(nèi)心活動(dòng)時(shí)腦內(nèi)的變化；腦成像技術(shù)使得科學(xué)家在病人表現(xiàn)出行為異常時(shí)就可以立刻觀察其腦內(nèi)什么地方受到了損傷（在以前必須得等病人過(guò)世后做尸檢才能確定，而這往往由于種種原因在實(shí)際上做不到）。今天研究腦如何產(chǎn)生心智的問(wèn)題已經(jīng)水到渠成，成為整個(gè)一門(mén)新興科學(xué)領(lǐng)域的主題。這門(mén)學(xué)科即20世紀(jì)70年代應(yīng)運(yùn)而生的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)。這一名稱是由美國(guó)神經(jīng)科學(xué)家加扎尼加和美國(guó)認(rèn)知心理學(xué)家喬治·米勒（George A. Miller）在紐約乘出租車(chē)去參加一次專門(mén)討論腦如何產(chǎn)生心智的學(xué)術(shù)會(huì)議的晚宴途中，在車(chē)廂后座中提出來(lái)的。加扎尼加的名著《認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)：關(guān)于心智的生物學(xué)》（Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind）的副標(biāo)題正好標(biāo)明了這一學(xué)科的研究主題。在這里心智一詞的內(nèi)容包括感知覺(jué)、學(xué)習(xí)與記憶、運(yùn)動(dòng)控制、情緒、語(yǔ)言、注意以至思維和意識(shí)。近幾十年來(lái)，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)發(fā)展迅猛，極大地提升了我們對(duì)心智問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。本書(shū)要講的就是我們現(xiàn)在對(duì)這些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)是如何得來(lái)的，其根據(jù)是什么，在歷史上有過(guò)什么樣的爭(zhēng)論，為什么有的論點(diǎn)最后為科學(xué)家所普遍接受，而有些貌似有理的說(shuō)法則最后被證明是不對(duì)的，以及當(dāng)代對(duì)這些問(wèn)題的研究和認(rèn)識(shí)。當(dāng)然，正如牛頓所說(shuō)：如果說(shuō)我比別人看得更遠(yuǎn)些，那是因?yàn)槲艺驹诹司奕说募缟�。所以本�?shū)在介紹現(xiàn)代認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)對(duì)心智的研究之前，也要回顧歷史上對(duì)和這些問(wèn)題相關(guān)的解剖學(xué)、生理學(xué)等方面的研究以及有關(guān)的爭(zhēng)論。這里還需要對(duì)書(shū)名作一點(diǎn)解釋。我們每個(gè)人身上都有一個(gè)小宇宙大腦，雖然它只有三磅（約1.36kg）重，但卻和浩瀚無(wú)垠的宇宙一樣復(fù)雜，一樣神秘，所以，許多科學(xué)家將人類的大腦戲稱為三磅宇宙。美國(guó)前總統(tǒng)奧巴馬（Barack Obama）就曾感嘆說(shuō)：作為人類，我們能夠確認(rèn)數(shù)光年外的星系，我們能研究比原子還小的粒子，但我們?nèi)詿o(wú)法揭示兩耳間三磅重的物質(zhì)的奧秘。探尋人類心智是如何從這個(gè)三磅宇宙中誕生出來(lái)的，這個(gè)問(wèn)題被視為現(xiàn)代認(rèn)知科學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)。誠(chéng)如坎德?tīng)査�言：在想深入研究一個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)通過(guò)了解以前的科學(xué)家對(duì)這個(gè)問(wèn)題是怎么看的，從而逐漸得出一個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí)是非常有幫助的。我不但想知道哪些思想路線最后取得了成功，而且也想知道哪些思想路線最后失敗了，并且是因?yàn)槭裁炊�失敗的。美�?guó)神經(jīng)哲學(xué)家帕特里夏·丘奇蘭（Patricia Churchland）曾感嘆道：令人感到奇怪的是，理科大學(xué)生極少學(xué)科學(xué)史，但是正是科學(xué)史教給人們學(xué)會(huì)怎樣提出恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題，并且怎樣使解決這些艱難的問(wèn)題得以取得進(jìn)展。以筆者的管見(jiàn)，問(wèn)題可能出在某些科學(xué)史著作只是羅列史實(shí)，而不是通過(guò)科學(xué)家觀察、實(shí)驗(yàn)、思考、爭(zhēng)論的故事生動(dòng)有趣地寫(xiě)出對(duì)讀者既有啟發(fā)，又樂(lè)于閱讀的作品。有鑒于此，從上述角度，通過(guò)講故事的形式向廣大讀者介紹腦如何產(chǎn)生心智，并盡可能把故事講得生動(dòng)有趣。此外，關(guān)于腦如何產(chǎn)生心智的問(wèn)題，其中有許多方面依然在爭(zhēng)論之中，孰是孰非至今尚無(wú)定論，還有許多問(wèn)題則僅僅是有些猜測(cè)而已。本書(shū)中對(duì)這些問(wèn)題并不回避，而是盡可能實(shí)事求是地講清現(xiàn)況，請(qǐng)讀者自己去思索和判斷。和拙作《腦海探險(xiǎn)》的寫(xiě)作思想一脈相承，本書(shū)并不是一本單純的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)史，也不是一本認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家傳記集，更不是一本認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)教科書(shū)，而是試圖把這三者的有關(guān)內(nèi)容有機(jī)地組織在一起來(lái)回答我們上面所提的問(wèn)題，并且力圖介紹一些這方面的最新進(jìn)展。本書(shū)并不是一本專著，而是面向有中等文化程度以上的一切對(duì)腦和心智問(wèn)題有好奇心的廣大讀者的，因此除了科學(xué)性和前沿性之外，本書(shū)在內(nèi)容和行文方面也力求做到趣味性和可讀性。在筆者完成初稿之后，重讀稿件發(fā)現(xiàn)有許多拘泥于科學(xué)史細(xì)節(jié)，而對(duì)一般讀者甚少幫助，甚至敗壞了讀者讀書(shū)興趣之處，并予以刪除。不過(guò)正如俗語(yǔ)所說(shuō)瘌痢頭兒子自己的好，自己的敗筆自己不太容易看出來(lái)，是否真能做到筆者對(duì)自己提出的要求，這只有廣大讀者才能評(píng)判。限于篇幅和筆者本身的水平，本書(shū)不可能窮盡腦和心智問(wèn)題的所有方面，書(shū)中也必然有不妥甚至錯(cuò)誤之處，這是要請(qǐng)讀者批評(píng)指正的。最后，筆者也要借機(jī)再次向幾十年來(lái)幫助和鼓勵(lì)自己的師友鄭竺英教授、壽天德教授、汪云九教授、孫復(fù)川教授、梁培基教授、吳思教授、郭愛(ài)克教授、唐孝威教授、楊雄里教授、李朝義教授、陳宜張教授、徐科教授、梅鎮(zhèn)彤教授、路長(zhǎng)林教授、梅巖艾教授、俞洪波教授、童勤業(yè)教授、李光教授、曹建庭教授、高上凱教授、齊翔林教授、林鳳生教授、弗里曼（Walter Freeman）教授、江淵聲（Nelson Y. S. Kiang）教授、凌瀚思①（Hans Liljenstr?m） 教授等致以謝意。特別要感謝陳宜張?jiān)菏吭诎倜χ袑忛喠巳�稿，提出了寶貴的意見(jiàn)并為本書(shū)作序。梁培基教授審閱了部分章節(jié)，并就某些令筆者困惑的問(wèn)題進(jìn)行了討論，這些問(wèn)題也和弗里曼教授、凌瀚思教授以及施蘭根奧夫（Karl Schlangenhauf）博士進(jìn)行了討論。現(xiàn)在書(shū)中所表達(dá)的某些觀點(diǎn)就是這些討論的結(jié)果，筆者也要乘此機(jī)會(huì)特別向他們表示感謝。筆者也要感謝中國(guó)神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)、上海神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)、中國(guó)生物物理學(xué)會(huì)和上海生物物理學(xué)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)和同事們對(duì)筆者從事科普編著和翻譯的一貫支持。卞毓麟教授抱病推薦拙作的出版令我感動(dòng)，在此謹(jǐn)向他致以最深切的謝意和敬意，當(dāng)然也要感謝上�？萍冀逃�出版社王世平總編、殷曉嵐主任和王洋編輯對(duì)我的支持和幫助。匡志強(qiáng)副總編、王洋編輯在書(shū)名和書(shū)中的標(biāo)題上花費(fèi)了大量心血，沒(méi)有他們的努力，本書(shū)是不可能以現(xiàn)在這樣的形式奉獻(xiàn)給讀者的。
顧凡及2017年于復(fù)旦大學(xué)