关于大脑的九大谜团（大脑十大未解之谜）

在宇宙的所有物体当中，大脑是最复杂的。我们对大脑的了解，就好像揭开电脑的外壳，仅仅测量一下少数几个电压高低变化的晶体管，就企图猜测所浏览网页的内容一样。

在宇宙内的所有物体当中，人脑是最复杂的。人脑中的神经细胞多得如同银河系中的恒星。因此无怪乎，尽管有关大脑和智力的科学最近的进展很耀眼。但在一定程度上，我们却仍然在黑暗中眨眼。但是起码，我们已经开始在揭开神经学的谜底方面取得进展。就连有关以下10个问题的部分答案，也能使我们对界定了我们对这3磅左右的灰白物质的认识有所提高。

1 ． 在神经细胞活动中，信息是如何编码的？

神经细胞是大脑的专门细胞，能在自己的细胞膜上形成短暂的电压增量。这些电脉冲沿着被称为轴突的专门延伸部分传播，以使大脑其他部位的化学信号释放出来。这些电压增量看来携带着有关世界的信息：我都看到什么？我饿吗？我向哪个方向转？但这些电压的密码是什么？在大脑的不同部位和不同时刻，电压增量可能意味着不同的东西。在中枢神经系统的一些部位(大脑和脊髓)上，电压突增的速度往往与明显可以界定的外部特征相关，比如存在一种颜色或者一副面孔。而在末梢神经系统中，这种干扰信号的增加则表明热量增加、音量增大，或者肌肉更加强有力的收缩等。

3 ． 大脑中的“底线”活动标志着什么?

神经学家主要研究的是大脑活动方面的变化。这种活动与我们能在实验室里提供的刺激(比如一幅图片、触摸或者声音)相关。但大脑在休息时的活动(其“底线”活动)可能会被证明是我们的精神生活的最重要方面。醒着的、正在休息的大脑占用了人体全部氧气需求量的20％，尽管它仅占人体大小的2％。一些“底线”活动可能标志着大脑在休息时对知识结构的调整，对未来状态和事件的模拟，或者对记忆的操纵。我们所关注的大多数事情(回忆、情感、动机和计划等)都能在没有外部刺激和不产生可以衡量的、明确的输出信息的情况下发生。

有关“底线”活动的一个线索来自于神经细胞成像实验。实验结果表明，当人们即将执行一项目标明确的任务时，大脑一些区域的活动减少。无论任务的细节如何，活动减少的区域都保持不变。这表明，在大脑“宕机”期间，这些区域可能运行的是“底线”活动程序，就像只有在别处不需要这些资源的时候，您的电脑才可能会运行磁盘碎片整理程序一样。

按照对知觉的传统看法，来自外部世界的信息涌入人们的感官，在大脑中行进，使人的感官看到，听到和感觉到它。但许多科学家认为，感官的输入可能仅仅是修正了大脑中正在进行的内部活动。

4.大脑如何模拟未来？

当一位消防队长遇到一场新的火灾时，他迅速地预测把队员分派到什么位置最好。运行有关未来的这种模拟——而又不造成实际尝试会带来的风险和代价——用哲学家卡尔·波普尔的话说，就是使“我们的假想”得以“充当我们的替死鬼。”因此，对可能的未来情况的模拟，是聪明的大脑所投资的十分重要的“生意”之一。

但对于大脑的未来模拟器如何运行， 我们知之甚少，因为神经系统科学的传统技术最适合于在大脑的活动和明确的行为，而不是智力模拟之间建立联系。一个想法是，大脑的资源不仅用于处理刺激因素并对其做出反应（ 看着一只球向你飞来），而且还用于构筑有关外部世界的一个内部模型，并从中提取有关事物的一般趋势的规则（知道球如何在空中移动）。内部模型可能不仅是在接球等肌肉运动中发挥作用，而且还在知觉方面。

但是，一个系统怎样才能学会就某个事件做出出色的预测呢？可能的情况是，记忆仅仅是为了这一目的而存在。这并不是一个新的想法：两千年前，亚里士多德和（古希腊生理学家）盖仑就强调，记忆是成功地预测未来方面的一项工具。就连大家对自己生活的记忆也可能会逐渐被当作一个模拟的特殊亚类型来看待，因为它已经是确定无疑的。

在宇宙的多种物体当中，大脑是最复杂的。我们对大脑的了解，就好像揭开电脑的外壳，紧紧测量一下少数几个电压高低变化的晶体管，就企图猜测所浏览网页的内容一样……

5、什么是情感？

我们常说，大脑是信息处理系统。但是，无论怎样解释大脑，只要缺少对情感、动机、恐惧和希望等的描述，就是不完整的。

现代观点认为，情感是大脑所处的状态，它们迅速地对结果做出评估，并提供一项简单的行动计划。因此，情感可以被看作一种计算、可以据以采取适当行动的一种迅速和自动的概述。当一只熊朝着你冲过来，加剧的恐惧就会指引你的大脑去做该做的事情（确定一条逃跑的路线），而不是做可以做的所有其它事情（比如收起你买菜的菜单）。在记忆领域中，对情感事件的安排有所不同，是按照一个并行不悖的记忆系统，它涉及一个称为扁桃体的大脑部位。

有关情感的神经系统科学的一项目标，就是认识情感的多种紊乱的性质。其中，抑郁症最为常见，代价也最沉重。带有冲动的侵略性和暴力行为也可以被看作情感调节失误的的后果。

6、什么是智力？

智力呈现为多种形式。但从生物学上讲，智力——在其任何一种外衣掩盖下——意味着什么，还不得而知。聪明的人们存储知识，是否采取一种比较精炼、彼此差异较大的或者比较容易提取的方式？

在我们大家的成长时期，都相信一种高智能的机器人即将问世的前景。但今天，我们所拥有的东西比起扫地机器人来没有好到哪里去。是什么出了毛病？有两个可能的原因：我们要么对大脑功能的基本原理没有充分的了解，要么尚未对一起工作的神经细胞进行充分的模拟。如果情况是后者，就是好消息：计算的成本逐年下降，速度逐年加快，因此我们距离享受拥有科幻小说里所描写的、能够实际料理家务的机器人的生活，理应不是很遥远了。但大多数神经系统科学家都认识到，我们距离这一梦想有多么遥远。目前，我们的机器人的智力只有海参那么高。尽管进行了几十年的智能研究，机器人从背景中辨别出人物的能力仍没有达到婴儿的水平。

构成智力基础的可能不是单一的机制，或者单一的神经系统区域。无论智能是什么，它都处于人类特征的核心。其他物种只能解决特定的问题，而我们进行抽象思维的能力则使我们能够解决无尽的一系列问题。

7、时间在大脑中是如何表示的？

关于大脑如何与时间玩把戏，一个简单的例子就是在镜子里看一看你的左眼，然后将目光转向右眼。虽然你的眼睛的移动要花费时间，但你却看不到自己眼睛的移动，就好像世界即刻就使一个视角到另一个视角的转移得以实现。而那一刹那的时差哪里去了？就此问题而言，你每次眨眼应当看到的80毫秒的黑暗又哪里去了？归根结底，大家关于时间平稳消逝的观念是大脑构筑的一种结果。澄清大脑通常如何解决时间选择问题会使人洞悉，如果时间的校准出毛病，会发生什么，就像诵读有困难的人的大脑中可能发生的情况那样。不能保持同步的感官输入信息还促使老年病人摔跤的风险增大。

8 、大脑为什么睡觉和做梦？

我们生命的最令人惊叹的方面之一，就是我们把1/3的时间花在睡眠这个奇怪的世界之中。新生婴儿所花的时间还要多一倍左右。一直醒着呆上一昼夜以上是非常难熬的。在人类当中，神经系统总是醒着会造成精神错乱，被剥夺睡眠达10天的老鼠会死，所有哺乳动物都睡觉。虽然生物进化的趋势是明显的，但睡眠的功能并不明确。

尽管睡眠要付出时间的代价，也使睡眠者基本上毫无防备，但睡眠的普遍性显示出其深刻的重要性。没有任何举世公认的答案，但是起码有3项流行的（和非排他性的）猜测。第一项认为，睡眠具有恢复功能，使身体的能量储备得以节省和补充。不过，睡眠期间神经系统十分活跃，表明情况并非仅此而已。第二项理论认为，睡眠使大脑得以运行对搏斗和解决问题等重要行动的模拟，以便将其投入现实世界中的试验。第三项理论——得到的证据最多——认为，睡眠在学习和巩固记忆以及忘掉无关紧要的细节方面，起着十分重要的作用。换言之，睡眠使大脑得以将重要的东西储存起来，而把神经系统中的垃圾倒掉。

9、大脑的专门系统如何相互融合？

用肉眼观察，大脑表面的任何部位彼此都并无很大差别。但当我们衡量其活动时，却发现在神经系统的每个区域，都隐藏着不同类型的信息。成年人大脑的情形，如同一幅世界各国地图一样四分五裂。

神经系统科学家们对这一图形的分裂状况已经有相当充分的认识，结果使我们面对的是形形色色奇怪的大脑网络，它们涉及嗅觉、饥饿、疼痛、目标确定、温度和未来预测等几百项任务。尽管这些系统的功能各不相同，但它们看来却相互密切合作。对于这种情况如何发生，人们基本上还没有充分地认识。

人们也没有认识到，大脑是如何这样迅速地协调自己的各个系统的。从解剖学上讲，大脑没有任何特殊的部位，可以让来自不同系统的全部信息都汇聚起来。大脑的各个专门部位全都彼此相连，从而形成一个并行和重复连接的网络。我们有关世界融为一体的图像就是从大脑结构的这一迷宫般的复杂网络中浮现的。出人意料的是，有关大脑中这样的循环式庞大网络的研究一直没有进行—— 部分原因大概是，人们比较容易把大脑看作整洁的装配线，而不是动态的网络。

10、什么是意识？

有关意识的一项解释涉及现代科学尚未解决的重大问题。它可能会被证明并不是一个单一的现象。尽管如此，作为一个预先的目标，让我们把它当作片刻之前大脑中还没有、而早晨醒来时却开始闪光的东西。

神经系统科学家认为，意识之所以从大脑物质之中产生，主要是因为哪怕是你的大脑中十分细微的变化（譬如由于服用药物或者患病）也能给你的主观体验带来强有力的改变。问题的核心在于，我们还不知道如何设计零部件，以使造成的机器具有你我认为理所当然的个人主观体验。假如我把世界上所有的玩意儿都给你，要你将其装配成一架有意识的机器，那么还是祝你好运吧。我们尚不具备解释如何这样做的一项理论。我们甚至不知道这一理论会是什么模样。

有关对意识的研究的传统挑战之一，就是如何采用实验方法来研究它。在任何时刻，大概都有一些神经系统活动过程与意识相关，而另外一些则不相干。首先一项挑战是要确定两者之间的差别。一些试验起码正在取得微小的进展。在其中一项试验中，试验对象用一只眼看到一座房子的图像，同时另一只眼看到一头牛的形象。人们不是观察到一种房屋和牛的混合物，而是仅仅观察到两者之一。然后，经过一段任意长度的时光，他们会以为自己看到了另外那件东西。他们会继续缓慢地来回变换立场。但这一视觉刺激却丝毫没有改变；改变的仅仅是意识中的体验。这项试验使研究人员得以探索，神经系统活动的哪些属性与主观体验的变化相关。

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