脑科学研究告诉我们的·读《大脑的故事》

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——读大卫·伊格曼《大脑的故事》一书有感
最近这些年,脑科学研究突飞猛进,一系列令人惊叹的成果不断涌现。虽然现在还不能完全明了大脑这1.4千克的物质内部那错综复杂的运行机制,但已有的这些发现,就足以让人们脑洞大开了。
大卫·伊格曼是享誉全球的脑科学家,他在《大脑的故事》一书中,用一篇篇引人入胜的故事,向读者展现脑科学领域的前沿成果,带领大家领略大脑宇宙的奇妙之处。
人的大脑的生长特点
把人和其他动物进行比较,就会发现相互之间的差异。鱼儿生来会游,马儿生来会跑,很多动物从出生开始就继承了它们父辈的各种生活技能,很快就可以成为一个独立的个体,独自开始一生的旅程。
但人却并非如此。一个孩子呱呱坠地之后,先要在家庭里进行3年左右的养育,然后再将他们送到校园,从幼儿园一直到高中接受至少15年的基础教育,才有可能走上社会,独立生活。更多的则要继续求学,读本科、研究生甚至博士,等到开始自食其力已经二十好几岁了。我们一直认为人类处于动物这个群体中的制高点,但为什么不能一生下来就掌握那些谋生的本领呢?
之所以会有这样的差异,与大脑中神经元的链接方式有很大的关系。动物幼崽之所以发育迅速,是因为它们一生下来就有一颗预先设定好的大脑,各神经元的链接方式也基本上是固定的,用作者的话说是一种“硬接线”。这样的策略很管用,只要生存的环境和它的父辈没有什么差异,它们就能很方便地找到自己的生态位,按照既定的方式生活。当然,这样的“接线”方式存在的一个最大的弊端,就是它们很难适应变化的环境。一但环境出现了异常,它们生存的可能性就会大大降低。几次地球生物大灭绝,与此是有很大关系的。
人脑和动物最大的区别在于,孩子出生下来之后虽然已经具备了和成人数量相当的神经元,但神经元之间的链接却不是预先装好的,是根据孩子与周围环境互动、根据他的生活经历来“现场接线”的。每个人生长的环境不同,神经元所建立的链接也就不同,由此造就了一个个独具特色的个体。在出生的头两年,孩子在与现实的活动中,大脑神经元的链接异常迅速,每一秒就有多达200万个新连接(突触)在婴儿的大脑里形成。两岁时,小孩子拥有超过100万亿个突触,是成年人的两倍。在整个童年时期,大脑都在进行着各种各样的链接以及对不用的链接的修剪工作,以让大脑的工作更加强健。青春期开始之前,大脑将迎来第二个过度生长的时期:前额叶皮质长出新的细胞和新的连接,即突触,为大脑塑型创造新通路。这样的链接和修剪一直持续到25岁左右,大脑才基本定型。
正是因为采取“现场接线”的连接方式,孩子在整个青少年时期的成长环境就显得非常重要,一个关系和谐的、充满关爱的成长环境对大脑的发育意义重大。孩子能成长为什么样的人,在很大程度上取决于他们所置身的环境。
到了成年之后,虽然大脑基本定型,但依然会发生改变,它会在更精妙的细节上发生变化。你所经历的一切,都会改变大脑的生理结构,从基因的表达到分子的位置,再到神经元的架构。你所在的文化环境,你的朋友、你的工作,你看过的每一部电影、进行的每一场谈话,都会在神经系统里留下了痕迹。这些不可磨灭的、微小的印象积累起来,造就了你是什么人,也限定了你能够成为什么人。夫妻两个人生活在一起,过了一段时间之后发现两人会越来越像,很有“夫妻相”,就与此有关。你要想成为什么样的人,就应该与该群体的人们经常接触、沟通和交流,看来是有科学道理的。
人类感知世界的方式
春暖花开的时节,人们最喜欢走向大自然,聆听植物拔节的声音,欣赏五彩缤纷的花朵,呼吸大自然清新的空气,品味新春第一波的美食……当我们为自己有着多样化的感觉而欢喜的时候,本书的作者却告诉我们,这个世界其实是无色、无味、无声的。我们感受到的色彩、质感、声音和气味其实都是我们那不与外界接触的大脑加工的结果。比如说颜色,就是“当电磁辐射接触到物体时,人的眼睛就捕捉到了它的部分反射。我们可以区分出上百万种的波长组合,但这些波长组合仅仅在我们人类的大脑里才会变成颜色。”所以说,色彩本质上是一种我们对波长的阐释,只存在于我们的大脑当中。其他的感觉也是如此。声音的信号是空气的压缩和膨胀由耳朵捕捉,转化成电信号,接着大脑把这些信号展现为流畅的音调,以及各种沙沙、哗哗、叮当的声音。现实也没有气味,大脑之外没有气味这一概念,漂浮在空气中的分子跟鼻子里的受体相结合,由大脑阐释为不同的气味,真实的世界并不产生这些丰富的感觉;是大脑靠着自己的官能照亮了世界。
对人类来说,眼睛只是在外部世界和大脑之间的翻译器,它捕捉画面报告给大脑,再由大脑进行识别。如果你的大脑无法识别眼睛看到的图像,那不管你怎么看,都毫无意义。在我们“看”一个物体的过程中,同时进行着两种信息的传递:一是眼睛向大脑传递“看”到了什么的信息,二是大脑向眼睛传递内部模拟的有关该物体的信息。进行两者的比对。眼睛所“看”的并不是该物体的所有细节,而是物体的画面和大脑模拟出来的信息的差异之处,并将这些差异的信息传递给大脑。通常情况下,在“看”的过程中,大脑向眼睛传递的信息要远远多于眼睛传递给大脑的信息。
大脑有一个非常重要的特点,远在接收来自眼睛和其他感官的信息之前,它自己就在生成现实,这一生成现实叫作内部模型。这些都是在无意识之中完成的,以至于自己根本就不知道大脑已经提前做了这许多工作。在无意识层面处理信息,消耗的能量相对要少很多,在有意注意的情况下则特别“烧脑”。这样的一种工作机制,使得大脑只需要接受和处理来自感官的最少量的信息,就能对该事物有一个较为全面的反应。换句话说,我们的感官并不可靠,没有哪种生物能通过感官体验到真实的、全面的客观现实,是大脑把能量和物质转变成对外部世界丰富的感官体验的。
大脑这样高强度的工作,是否会导致用脑过度,或到了年纪大一点的时候“脑子就不灵了呢”?书中提到,科学家对一些患有帕金森疾病的老人进行跟踪研究,发现他们的大脑遍布帕金森病的痕迹,但其生活和认知能力丝毫未受影响。科学家们断定,大脑具有强大的适应性,如果大脑的某些部位因为疾病或物理性损伤导致功能受损,大脑便会调用其他部分功能来弥补。大脑具有很强的神经可塑性,不会因为年纪的增长而放缓。有些老年人的迟钝表现,只是因为他们平时对大脑缺少刺激,不再思考问题,不再接受新鲜事物,大脑自然就学会了消极怠工。
人类的记忆和决策
我们经历了一件事情、学习了某一知识,大脑的神经元之间就会建立起一串链接,它们通过不同的组合,记录不同的信息。储存这些信息的,就是大脑的神经元,以及所形成的链接回路。如果有关该事件的同一场景反复出现,这些神经元之间的链接就会得到不断的强化,最后形成一种网状的结构,此即我们关于该场景的一段记忆。
神经元很忙,它不会单独用来存储我们的某段记忆。如果一段时间该场景不再重现,神经元就会认为这样的链接对我们来说没有很大的意义,它就会将其剪裁掉,这样,我们有关该场景的记忆也就不存在了。保存记忆的最佳方式就是让原来的场景和信息不断呈现,让大脑神经元形成的网状结构不断强化。
根据前面的讨论,我们知道大脑的神经元链接与环境刺激有着密不可分的关系。我们在重现某一记忆的场景和信息时,不可能和最初呈现的环境完全一致,总会有这样、那样的差异,这些差异也会被大脑感知到,然后对自己的记忆进行重构,这样重构的结果,就是记忆会被不断的改写,会根据你对这件事物新的经验、新的认知而调整,所以记忆是非常不可靠的,它一直在重构故事。记忆的敌人不是时间,而是其它记忆。依靠人的记忆对某件事情做出决策,很可能出现南辕北辙的结果。
记忆如此,人在做决策的时候,也经常会受到大脑运作方式的影响。本书的作者以“电车困境”这一两难问题来说明大脑对决策的影响。
假如有一辆电车突然失去控制沿着轨道向前冲,轨道前方有四名工人正在施工。你发现自己身边有一个控制杆,可以操控电车转到另外一个轨道上,但另一条轨道上也有一个工人。你是让电车自然地向前冲撞死四个人,还是扳动扳手,让电车转向另外一条轨道撞死一个人?
关于这个问题,还有另外一个稍有差异的场景:同样也是一辆电车失去控制直冲向前即将撞向四名工人。这次你站在能够俯瞰整个轨道的一个高台上,发现面前有一个大胖子。如果这个胖子落在轨道上,他的体重足够拦下电车救下那四个工人。那么问题来了,你会把他推下去吗?
这是一本很有趣的书,书中所讨论的话题非常广泛,也并不难懂。很值得广大读者找来一读。
《大脑的故事》,[美]大卫·伊格曼著,闾佳译,浙江教育出版社2019年版