第1章　关于大脑的惊人真相

如果你想发挥大脑的最佳潜能，你应该了解它的基本工作机制，然后你才会知道，该如何妥善利用你的大脑，达到理想的智力生产力水平。

1600亿个细胞与万亿条连接

人类大脑是已知宇宙里最复杂的物体。把整个万维网所有的服务器、网络接入点、主干网、路由器、调制解调器、交换机、桥接器、开关和连在网上的每一台电脑加起来，与单个的人类大脑相比，都还显得十分简单和原始。

我们的大脑里有800亿个神经元，分为大约10000种不同的类型。每个神经元都能像一台小型计算机或微处理器一样处理电信号。与此同时，每个神经元还是一座小小的化工厂，随时向其他细胞发送化学信号——这些化学物质被称为神经递质，它们负责在神经元之间传递信息。神经元之间彼此影响，同时还影响着其他细胞之间的连接。多巴胺是一种重要的神经递质，它和其他物质一起带给我们兴奋的感觉。还有一些神经递质类似鸦片，能够止痛、带来满足感。稍后我们将进一步讨论这些东西，以便更好地理解为什么离线如此困难，为什么那么多人对网络上瘾。

我们的大脑里还有约800亿个神经胶质细胞。直到最近，科学家们仍然认为神经胶质细胞在大脑里的作用仅仅是提供结构支撑、辅助新陈代谢、隔绝外界物质、提供发育基质。我们体内的大部分细胞都会定期更新，但神经元却不会更新，它们必须靠神经胶质细胞提供的营养来保持形状、维持功能。现在，学者们开始发现，这些神经胶质细胞也参与了大脑对信息的处理，因为它们会影响神经元之间的连接。而且我们在介绍睡眠的章节（10章、14章）中还会了解到，这些神经胶质细胞还负责管理身体产生的废物。考虑到大脑里的细胞在一刻不停地制造、释放化学物，你很容易想到管理废物是多么重要的一项工作。

因此，大脑里帮助我们处理数据的细胞总数共有约1600亿个，这个数字是2012年全球网民人数的48倍，也相当于整个银河系恒星数量的1/2。

在这1600亿个细胞中，神经元的作用相对更重要一些，而每个神经元与其他1000～200000个神经元彼此相连，这意味着大脑里共有超过10万亿条随时随地都在变化的连接（如果你很难想象这个数字到底有多大，那么它相当于1～10×1，000，000，000，000或是1～10，000，000×1，000，000）。单个人类大脑就像是一整台超超超超级计算机，或者由数十亿台微型计算机层层叠叠连接形成的巨大网络，其中每一个细胞的功能都相当于一个小型网络。要存储新的信息和技能，我们不一定需要新的细胞，只要建立新的连接就好。在我们安然入睡的时候，形成新连接、取消旧连接、重新建立连接的活动仍在一刻不停地进行。

直到最近，人们依然认为这些连接多少有点像电线，它们能够以极快的速度（每小时1.2英里到每小时250英里）传输电流，但只能被动地从一个细胞通往另一个。但新的研究成果表明，大脑里的这些“电线”并不是被动的死物，它们会影响信息的流动，能够逆向传递信息，甚至它们自己就能完成很多处理信息的工作，大脑的计算能力也因此达到了一个天文数字的等级，简直让没见惯大数字的人看得头晕目眩。这套出色的网络就是我们的大脑！

大脑里的1600亿个细胞活跃地协同工作，同时处理成千上万个任务，这一切都在我们毫无觉察的情况下完成，而且这套庞杂的网络也没有统筹全局的“司令官”。如果非要说哪个器官承担着重要的中枢控制任务，那可能是我们的生物钟，它负责协调这数以万亿计的互动。IT专家常常提起“分布式计算”的概念，大脑就是这一理念最完美的实践，它的精妙与复杂程度大大超过了我们最先进的计算机和计算机网络，包括万维网。

大脑的另一项优秀特质是它有惊人的容错率。我们或许会因为衰老或意外失去大量的脑细胞，但整套系统的功能却有可能完全不受影响，这是因为大脑一直在为自己编程和更新，它一刻不停地建立新的连接或修正旧的连接，大脑拥有强大的自我纠正和修复能力，尤其是在我们进入睡眠状态以后。这样的修正和恢复不仅仅存在于细胞和细胞群层面，大脑的某个部分甚至可以完全接管另一个毫不相关的部分的功能。对计算机来说，要做到这一点依然遥不可及，一个出错的晶体管就足以毁掉一整块芯片。如果你想进一步了解大脑的可塑性，请阅读诺曼·道奇（Norman Dodqe）的有趣著作《自我改变的大脑》（The brain that changes itself）。

简而言之，大脑是你最重要的工具，也是目前人类能想象到的最出色的计算机。

层层递进的网络

现代神经成像技术（经常被称为“扫描技术”）让研究者得以直接观察活人的脑部活动，在此之前，科学家一直以为大脑就像一台机器，所以他们一直在寻找大脑中每一个具体部位对应哪种特殊的功能。比如说，175年前皮埃尔·保罗·布洛卡发现，失语症患者难以理解字词，也很难找到合适的词语来表达自己，他们的大脑外层某个特定区域有损伤。

MRI（磁共振成像）和更先进的fMRI（功能性磁共振成像）技术发明以后，我们能够实时观察脑细胞的活动，无需放射性照射，也不用进行穿刺。这些图像清晰地表明，大脑并不是像机器一样由一个个独立的部件组成，而是一套层层叠叠的复杂网络，这套了不起的脑部网络拥有和互联网相似的特征——它没有中枢决策器官。不过我稍后会解释，这套网络里有一些等级较高的子网，它们彼此相连、互相影响。以前我们以为大脑里的某些区域能实现某种特定功能，现在却发现这些“区域”实际上是网络中的节点和重要中继站。大脑里满是这样彼此连接的网络。很快我们还将看到，MRI等现代技术正在情绪研究领域掀起一场革命。

从某种意义上说，这套网络的工作机制也类似互联网，它的连接通往四面八方，但（目前就我们所知）这些连接之间却没有明晰的逻辑关系，更像是按照一种我们尚无法理解的错综复杂的方式彼此关联（这方面的更多讨论请见后文存储脑相关章节）。我们脑子里的这套复杂网络还拥有类似万维网的优势：如果某个连接损坏了，我们还可以通过其他连接来获得它原本指向的信息。

大脑网络和网络中的连接在不断地变化发展，有趣的是，脑细胞本身却不会改变。在一个颇有创意的研究项目中，乔纳斯·弗瑞森测量了人体不同细胞的放射性水平，这些细胞之所以产生放射性，是因为它们吸收了户外核试验产生的放射性元素。随着时间推移，不稳定的放射性元素会逐渐衰减。通过这种方法，乔纳斯测量了不同身体细胞的年龄和更新速度，结果发现，我们身体里的所有细胞都会定期更新，除了子宫里的卵细胞和大脑里的神经元以外。不过也有例外，比如说，大脑里负责长期记忆的区域就会不断更新。新细胞的产出会随着年龄的增长而减少，但却不会彻底停止。这片区域每天生成大约700个新的细胞和数千条新的连接。这个数字不算小，但不足以替换那些被抛弃的冗余细胞。因此，大脑网络一直在以稳定的速度萎缩，但由于大脑拥有出色的容错能力，这样的损失还不至于造成什么麻烦。

连接全身每一个细胞的“身体脑”

还有一个更惊人的事实：大脑能够与身体里的50万亿～100万亿个细胞进行直接的双向通信，这些细胞组成了我们的“身体脑”。身体脑系统非常繁忙，它负责维持身体的运转，依据环境的变化不断做出调整，而且这一切都是在你无意识的“自动导航”状态下完成的。你不需要时时刻刻想着维持心脏跳动、保持血液循环、努力消化食物或是过滤尿液这一类的事情，在我们毫无知觉的情况下，身体脑兢兢业业地完成了这部分工作。它能够同时执行成千上万个任务，正如我在前面提到的，IT专家或许会把这看作非常精妙的分布式计算系统。这意味着我们的每一个细胞都像一台小小的计算机，它对外造成影响，同时又受到其他数万亿台“计算机”的影响。这些细胞通力合作，并行处理数十亿个常规流程，在这套庞杂的网络里，它们互相指引，以惊人的速度努力工作、共同决策。从身体脑延伸出来的分支遍布全身，指引所有细胞的工作和繁殖，它们甚至能影响细胞的基因。从另一个方面来说，我们体内的细胞也会向身体脑做出反馈，从而实现快速高效的调整。所有这些活动都由你体内的生物钟进行协调，在介绍睡眠的章节中，我们还将进一步讨论这方面的细节。

身体脑通过三套系统影响全身所有细胞：

•反应极其迅速的神经系统。信息通过电流和化学物在神经细胞之间传递。比如说，一旦遇到危险，你的身体在几分之一秒内就会做好“战或逃”的准备。

•反应较慢的内分泌系统。这套系统通过血液中的激素传递信息。

•免疫系统。这是一套精妙的防御系统，它会发布信息，协调反应，让我们得以对抗侵略者（例如病菌）和叛徒（例如癌细胞）。

这三套系统的关系十分紧密。它们都与下丘脑相连，这是大脑的中枢控制台，负责汇总所有的信息流，既包括“自动导航”类任务所需的无意识信息，又包括有意识的观察、情绪、意象和想法。这样的信息汇总渠道带来快速的协调和反应，比如说，压力会激发诸多连锁反应，让我们以极快的速度做出了不起的成绩（更多讨论请参见第9章“3号锁链：低水平压力”）。

关于大脑的故事还有更复杂、更有趣的分支：我们体内循环的化学物质也会影响上述三个系统。很多信使分子会充当激素递质、神经递质或免疫递质的角色。此前我们认为某些激素只能由大脑分泌产生，但后来我们发现，免疫系统和内分泌系统的细胞也能制造这些激素。如果你的免疫系统受到刺激，它会影响大脑，甚至影响我们的思考脑。而要是大脑受到刺激，它也会影响免疫系统！

负责协调三套系统的中控台还与情绪系统保持着紧密的联系，影响着一些基本的情绪，例如焦虑等，并通过这些情绪进而影响我们的行为。大脑与免疫系统的通信非常密切，我们的情绪甚至能够直接引发免疫系统的反应。

此外，很多信使分子对我们的身体有多重影响。比如说，人们很早就知道，催产素能够增加孕妇宫缩的强度，但直到最近我们才发现，这种激素还能促使我们产生信任、依赖和关心之类的情绪。大脑在压力环境中会产生内啡肽，这种物质的化学性质与人工合成的吗啡非常相似，它能够提升我们对疼痛的忍耐力，同时让我们感到兴奋。对于那些在荒原上挣扎求生的人类先祖来说，这都是非常有用的能力。

大脑的复杂结构是在演化过程中逐渐形成的。人类神经系统并不是一开始就被“设计”成今天的样子，而是从一个特化的细胞开始，在数亿年的历史长河中逐渐演化成了这样。5亿多年前，地球上已经出现了拥有对称神经系统和神经节（这个节点可以看作最原始的大脑雏形）的虫子。经过反反复复随机的遗传突变，能够增加生存率或繁殖能力的突变被保留下来，变成神经系统的一部分，成为下一步奇妙演化的起点。从另一方面来说，就算某个结构或某种功能在新的环境中已经失去了原来的作用，演化过程也很少会抛弃它，于是就造成了这样的结果：复杂的神经系统中含有大量无用的冗余结构。我们在多个领域的研究工作也因此变得异常困难，但同时也充满趣味和挑战。

每个人的大脑都彼此相连

最奇妙的地方在于，我们的大脑不光连接着身体里的每一个细胞，而且在无意识的状态下还通过知觉与其他人的大脑直接相连——我知道，这听起来相当惊人，简直就像胡说八道的现代迷信，但真相的确如此。如果你看到别人的手移动，尤其是这只手正在做某件你感兴趣的事情，比如说取了一块饼干，那么你的大脑里负责控制移动手的细胞也会被激发，就像你的手真的动了一样，哪怕实际上你的手依然放在原地。如果你观察到别人表现出某种情绪，在你感受到共情带来的情绪之前，你脑子里对应的细胞也会被激发。我们脑子里的这类细胞被称为“镜像细胞”或“镜像神经元”。

所有这些关于大脑复杂网络的研究和观点开辟了脑科学的新领域——连接组学，在这个领域中，学者们试图绘制出大脑中所有的连接图谱。正如人类基因组计划旨在绘制出完整的人类基因图谱，投身于连接组学的学者们也希望通过人类连接组计划（HCP）绘制出完整的大脑连接图谱。

目前，美国总统奥巴马已经启动了庞大繁杂的BRAIN（通过创新神经技术研究脑科学）计划，目标是绘制出人类大脑中每一个神经元活动的完整图谱，这个计划通常又被称作“大脑活动图谱计划”。考虑到大脑的复杂结构和丰富层次，这个任务无疑比载人登月计划和人类基因组计划还要困难千万倍，我们理应赞赏他们的勇敢举动。