認(rèn)識人心智的生物學(xué)基礎(chǔ)已經(jīng)成為21世紀(jì)中對科學(xué)的核心挑戰(zhàn)。我們想要認(rèn)識知覺、學(xué)習(xí)、記憶、思維、意識以至自由意志的生物學(xué)本質(zhì)。……生物學(xué)在過去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。 坎德爾（Eric R. Kandel）奧地利裔美國神經(jīng)科學(xué)家2000年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主
自從人類中有一些人不必再為果腹、御寒整天操勞時起，就有人對我們?yōu)楹螘�有與其他動物迥然有別的內(nèi)心世界開始感到好奇。但是古代的科學(xué)水平還不可能研究這樣艱深的問題，除了宗教與迷信（這些不在本書的范圍內(nèi)）之外，古代哲人只能靠內(nèi)省來思考這個問題，并得到一些發(fā)人深思的思想。但是僅靠內(nèi)省，我們無法知道這些想法究竟是對是錯，畢竟只有實踐才是檢驗真理的唯一標(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，雖然今天用來觀察的工具和古代相比已經(jīng)不可以道里計了。直到文藝復(fù)興時期，伽利略為科學(xué)建立了實驗方法，才啟發(fā)了生物學(xué)家試圖通過實驗來研究心智問題。伽利略的科學(xué)實驗方法在物理學(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)心世界時卻碰到了一個前所未遇的困難：以前科學(xué)家研究的都是外界的客觀事物，在研究時會盡力避免科學(xué)家本人的主觀因素；可當(dāng)談到人的內(nèi)心世界時，我們研究的對象就是人的主觀體驗！有些人因此認(rèn)為，人根本就不可能研究這樣的問題。因此，對心智問題真正的科學(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，是相對于客觀的、物質(zhì)的身體（或是腦） 的一個概念。令人感到遺憾的是，直到現(xiàn)在，科學(xué)家們還沒有能夠給它一個公認(rèn)的定義。英國物理學(xué)家、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家約翰·泰勒（John Taylor）在解釋心智時，只是列舉了一些同樣沒有公認(rèn)定義的內(nèi)容，并用同義的精神或內(nèi)心來概括。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）撰寫的《心身問題：新的研究方法》（Mind?Body Problem: New Approaches）一文中寫道：心智是由許多精神（或內(nèi)心，mental）成分組成的，其中包括知覺、感受（feeling）、思想、想象……也包括某些無意識成分。后來，他又把無意識成分都?xì)w到了身體方面去了。不過，雖然沒有十分明確的定義，我們每個人還是大概明白心智講的是什么。當(dāng)談到心智時，首先會碰到的第一個問題是：人產(chǎn)生心智的器官是什么？長期以來，人們曾經(jīng)普遍相信這個器官是心臟。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，才由英國醫(yī)生威利斯（Thomas Willis）給出了科學(xué)的回答。他通過對行為異常的病人的臨床觀察，以及在這些病人死后對他們腦的尸檢所做的對照研究，才在前人研究的基礎(chǔ)上對腦是心智的棲息地下了可信的結(jié)論。接下來的一個問題是：和心智有關(guān)的任何功能究竟是要整個腦的參與才能實現(xiàn)，還是只要部分腦的參與就能實現(xiàn)？這也就是所謂的整體論和功能定位論之爭。這一爭論肇始于18世紀(jì)末，至今已有兩個多世紀(jì)。19世紀(jì)60年代，法國醫(yī)生布羅卡（Paul Broca）通過對有語言問題的病人的病例觀察和對病人死后的尸檢，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，美國神經(jīng)科學(xué)家、諾貝爾獎得主斯佩里（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存在分工�，F(xiàn)在總的說來，科學(xué)家一般傾向于認(rèn)為，除了十分簡單的功能（例如運動某一小塊肌肉）可能確實定位于某小塊腦區(qū)，絕大多數(shù)稍微復(fù)雜一點的功能都需要多個腦區(qū)的協(xié)同工作，然而并不需要全腦的參與。但是對于像意識這樣極端復(fù)雜的功能，究竟是要全腦的參與才能實現(xiàn)，還是只需有和特定意識內(nèi)容相關(guān)的最低限度的腦組織活動？這依然是一個存在爭論的問題。緊接著的一個基本問題是：腦是像其他器官一樣是由一個個相對獨立的細(xì)胞組成的呢，還是一張彼此連通的網(wǎng)？關(guān)于這個問題，1906年諾貝爾獎的兩位得主卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal）和高爾基（Camillo Golgi）在頒獎典禮上還進行了針鋒相對的爭論。以后的研究肯定了腦確實是由一個個神經(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。既然腦是由一個個的神經(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，這個問題又在幾位諾貝爾獎得主之間展開了激烈的爭論，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)為是通過電信號交換信息，而另一方則認(rèn)為是通過化學(xué)信號交換信息，這就是所謂的火花與湯之爭。最后化學(xué)學(xué)說勝出，不過后來發(fā)現(xiàn)也有少數(shù)神經(jīng)細(xì)胞確實是通過電信號交換信息的。接下來的問題是神經(jīng)細(xì)胞本身是靠什么信號傳遞信息的。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，但是其機制是什么，一直到20世紀(jì)中葉才最后為兩位諾貝爾獎得主霍奇金（Alan Lloyd Hodgkin）和赫胥黎（Andrew Fielding Huxley）所解決。以上這些問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)于作為物理實體的腦本身。它們雖然對于我們理解本書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)這個問題的背景知識，但是其中大部分內(nèi)容還不是心智本身。這些問題（也包括和心智問題直接有關(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》①一書中已經(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，而不再在本書中展開，以免重復(fù)。那本書除了介紹了上述內(nèi)容之外，還介紹了人腦相對于其他動物的腦的獨特之處、腦的多學(xué)科研究歷程以及對腦研究的前景展望�？梢哉f它和本書是互為補充的姐妹篇。筆者在編寫過程中盡量避免了兩書在內(nèi)容上的重復(fù)，要求它們相互呼應(yīng)而又彼此獨立成篇，盡管不讀前一本書就直接讀本書也還是讀得下去的。但對于那些缺乏腦科學(xué)基礎(chǔ)知識背景的讀者，筆者強烈建議他們在讀本書之前先讀一下《腦海探險》。在20世紀(jì)中葉以前，人的心智問題基本上被視為一個哲學(xué)問題，極少有人從科學(xué)的角度進行研究。有許多科學(xué)家認(rèn)為，我們所能進行科學(xué)研究的，只是人或動物的行為。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，不斷提高計算機的運算速度和擴大存儲容量，使計算機模仿人的行為，那么就有可能創(chuàng)造出比人更聰明的機器，這樣的機器也有心智。不過，這種思想正受到越來越大的挑戰(zhàn)，越來越多的科學(xué)家認(rèn)為，如果不認(rèn)識腦的機制，就不可能認(rèn)識心智。盡管現(xiàn)在用前面的方法確實也可以用機器來實現(xiàn)人的某些心智功能，但是機器表現(xiàn)出這樣的行為并不等于說機器就有心智。本書的主題是腦與心智，也就是要研究：客觀的腦怎樣產(chǎn)生主觀的心智？或者說，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題。這個問題雖然遠在古希臘和古羅馬時期就已經(jīng)提了出來，但是其中有許多最基本的問題一直到文藝復(fù)興時期以前都沒有得到解決，而有些問題（例如意識問題）則爭論至今。古老的心身問題也就是心智和軀體的關(guān)系問題，對這個問題的回答從根本上來說有下列三種：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，其他一切都只不過是幻覺；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，就有一些科學(xué)家認(rèn)為不能僅僅依靠觀察行為來解釋學(xué)習(xí)和語言的許多方面，更不要說更為復(fù)雜的其他心智活動。不承認(rèn)心智，只是把頭埋在沙堆里的鴕鳥而已�，F(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，使科學(xué)家開始得以觀察當(dāng)人或動物在進行內(nèi)心活動時腦內(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世后做尸檢才能確定，而這往往由于種種原因在實際上做不到）。今天研究腦如何產(chǎn)生心智的問題已經(jīng)水到渠成，成為整個一門新興科學(xué)領(lǐng)域的主題。這門學(xué)科即20世紀(jì)70年代應(yīng)運而生的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)。這一名稱是由美國神經(jīng)科學(xué)家加扎尼加和美國認(rèn)知心理學(xué)家喬治·米勒（George A. Miller）在紐約乘出租車去參加一次專門討論腦如何產(chǎn)生心智的學(xué)術(shù)會議的晚宴途中，在車廂后座中提出來的。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、學(xué)習(xí)與記憶、運動控制、情緒、語言、注意以至思維和意識。近幾十年來，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)發(fā)展迅猛，極大地提升了我們對心智問題的認(rèn)識。本書要講的就是我們現(xiàn)在對這些問題的認(rèn)識是如何得來的，其根據(jù)是什么，在歷史上有過什么樣的爭論，為什么有的論點最后為科學(xué)家所普遍接受，而有些貌似有理的說法則最后被證明是不對的，以及當(dāng)代對這些問題的研究和認(rèn)識。當(dāng)然，正如牛頓所說：如果說我比別人看得更遠些，那是因為我站在了巨人的肩上。所以本書在介紹現(xiàn)代認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)對心智的研究之前，也要回顧歷史上對和這些問題相關(guān)的解剖學(xué)、生理學(xué)等方面的研究以及有關(guān)的爭論。這里還需要對書名作一點解釋。我們每個人身上都有一個小宇宙大腦，雖然它只有三磅（約1.36kg）重，但卻和浩瀚無垠的宇宙一樣復(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。美國前總統(tǒng)奧巴馬（Barack Obama）就曾感嘆說：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三磅宇宙中誕生出來的，這個問題被視為現(xiàn)代認(rèn)知科學(xué)乃至整個生命科學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)。誠如坎德爾所言：在想深入研究一個問題的時候，我發(fā)現(xiàn)通過了解以前的科學(xué)家對這個問題是怎么看的，從而逐漸得出一個比較全面的認(rèn)識是非常有幫助的。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，并且是因為什么而失敗的。美國神經(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)會怎樣提出恰當(dāng)?shù)膯栴}，并且怎樣使解決這些艱難的問題得以取得進展。以筆者的管見，問題可能出在某些科學(xué)史著作只是羅列史實，而不是通過科學(xué)家觀察、實驗、思考、爭論的故事生動有趣地寫出對讀者既有啟發(fā)，又樂于閱讀的作品。有鑒于此，從上述角度，通過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有趣。此外，關(guān)于腦如何產(chǎn)生心智的問題，其中有許多方面依然在爭論之中，孰是孰非至今尚無定論，還有許多問題則僅僅是有些猜測而已。本書中對這些問題并不回避，而是盡可能實事求是地講清現(xiàn)況，請讀者自己去思索和判斷。和拙作《腦海探險》的寫作思想一脈相承，本書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，而是試圖把這三者的有關(guān)內(nèi)容有機地組織在一起來回答我們上面所提的問題，并且力圖介紹一些這方面的最新進展。本書并不是一本專著，而是面向有中等文化程度以上的一切對腦和心智問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)，而對一般讀者甚少幫助，甚至敗壞了讀者讀書興趣之處，并予以刪除。不過正如俗語所說瘌痢頭兒子自己的好，自己的敗筆自己不太容易看出來，是否真能做到筆者對自己提出的要求，這只有廣大讀者才能評判。限于篇幅和筆者本身的水平，本書不可能窮盡腦和心智問題的所有方面，書中也必然有不妥甚至錯誤之處，這是要請讀者批評指正的。最后，筆者也要借機再次向幾十年來幫助和鼓勵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。特別要感謝陳宜張院士在百忙中審閱了全稿，提出了寶貴的意見并為本書作序。梁培基教授審閱了部分章節(jié)，并就某些令筆者困惑的問題進行了討論，這些問題也和弗里曼教授、凌瀚思教授以及施蘭根奧夫（Karl Schlangenhauf）博士進行了討論�，F(xiàn)在書中所表達的某些觀點就是這些討論的結(jié)果，筆者也要乘此機會特別向他們表示感謝。筆者也要感謝中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會、上海神經(jīng)科學(xué)學(xué)會、中國生物物理學(xué)會和上海生物物理學(xué)會的領(lǐng)導(dǎo)和同事們對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，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我的支持和幫助�？镏緩姼笨偩帯⑼跹缶庉嬙跁�名和書中的標(biāo)題上花費了大量心血，沒有他們的努力，本書是不可能以現(xiàn)在這樣的形式奉獻給讀者的。
顧凡及2017年于復(fù)旦大學(xué)