Neuralink 與大腦的神奇未來·第二部分：大腦

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Contents 目錄

Part 1: The Human Colossus人類巨像

Part 2: The Brain大腦

Part 3: Brain-Machine Interfaces腦機介面

Part 4: Neuralink』s ChallengeNeuralink 的挑戰

Part 5: The Wizard Era巫師時代

Part 6: The Great Merger大融合

第二部分：大腦

在寫這篇文章時，我想起了自己為什麼喜歡下面這種長得好看又可愛的大腦：

因為真正的大腦長得很醜，一點都不可愛。人類真噁心。

但是在過去一個月里，我一直在谷歌圖片中看著一張張黏糊糊、布滿血絲的腦部圖片，那簡直就是地獄。現在你也要經歷同樣的體驗，所以請做好心理準備。

現在我們先從最外層開始。我覺得生物學有一個優點是它有時也挺有條理的，而大腦也有一些條理分明的地方，首先是人類的頭部構造就像是一個俄羅斯套娃。

你的頭部最外層是頭髮，頭髮下面是頭皮，然後你以為接下來就到顱骨了——但其實中間還有大概 19 層東西才到顱骨。

在你的顱骨和大腦之間[1]，又有這樣一堆的東西：

在顱骨下面，大腦被三層薄膜包裹著。

最外層的是硬腦膜（dura mater），一層結實、凹凸不平的防水膜。硬腦膜會緊貼著顱骨。我聽說大腦是沒有疼痛感知區域的，但硬腦膜上就有——它的敏感程度與臉部肌膚相當——硬腦膜受到壓力或撞擊往往會引起劇烈的頭痛。

下面一層叫做蛛網膜（arachnoid mater），大家可以看到這層薄膜下面的空間布滿了一些看上去富有彈性的纖維。我一直認為，我的大腦只是被浸在某種液體里，然後就這樣在腦殼裡面漂浮著。但其實大腦外部和顱骨內壁之間的唯一間隙就是這層蛛網膜。這些纖維物質可以固定住大腦的位置，讓它不會四處移動。當頭部受到碰撞的時候，它們還可以起到緩衝的作用。這塊區域充滿了密度接近水的脊髓液，能讓大腦保持著一定的浮力。

最後一層是軟腦膜（pia mater），這層薄膜是跟大腦外層緊緊貼合在一起的。你知道為什麼你每次看到的大腦照片總是覆蓋著一層黏糊糊的血管嗎？這些血管其實並不是在大腦表面上，而是嵌在軟腦膜裡面的。（如果你不怕噁心的話，這個視頻可以看到一位教授從人腦剝掉軟腦膜的過程。）

下面大腦的全貌，這裡用的應該是一個豬腦：

從左到右，你會看到皮膚（粉色的那層），然後是兩層頭皮，接下來是顱骨、硬腦膜、蛛網膜，最右邊就是包裹在軟腦膜下面的大腦。

如果我們把外層的東西都剝乾淨，就會看到這個粉嫩的東西：

這個看起來很好笑的東西，可是宇宙中已知的最複雜的物體——雖然它只有三磅重，但是神經工程師蒂姆·漢森（Tim Hanson）卻稱之為「目前已知信息密度最大、結構化程度最高而且自我組織最完整的東西」。強大如此的大腦，它在運行時的功率僅為 20 瓦（一台性能同樣強大的計算機將需要 2400 萬瓦的功率才能啟動）。

麻省理工學院的教授波麗娜·安妮基娃（Polina Anikeeva）則將大腦形容成「可以用勺子舀的軟布丁」。腦外科醫生本·拉波波爾（Ben Rapoport）給出的描述感覺更為科學：「介於布丁和果凍之間的形態」。他說如果你把一個大腦放在桌面上，它會在重力的作用下變得更扁，有點像水母的感覺。我們通常不會想到大腦會是這麼軟綿綿的，因為它一般都處於懸浮在液體中的狀態。

但這就是我們的樣子。你在鏡子里看到自己的身體和臉龐，你以為這就是你——但那其實只是一副皮囊。你真正的樣子是一個奇形怪狀的果凍球。希望你不會介意這個說法。

雖然這聽起來很詭異，但你也不能責怪亞里士多德或者是古埃及人，儘管他們曾經斷定大腦只是毫無意義的「頭骨填充物」（亞里士多德認為心臟才是智力的來源）。[2]

後來，人類逐漸了解到了更多關於大腦的真相，但只是片面地了解。

克里希納·謝諾伊（Krishna Shenoy）教授打了個比方，他說我們對大腦的理解，就如同在 16 世紀初人類對整個世界地圖的了解一樣。

另一位教授，傑夫·李奇曼（Jeff Lichtman）的說法就更為苛刻了。他在自己課程的第一節課都會問學生一個問題：「如果大腦總共包含的知識是一英里，我們已經在這個路程上走了多遠？」他說學生們有回答三分之一的，有一半的，有四分之一的——但是這位教授給出的答案是「大約 3 英寸」。

第三位教授是神經科學家莫蘭·瑟夫（Moran Cerf），他向我分享了在神經科學界的一句老話，其中指出了為什麼試圖完全理解大腦是一個無法達成的悖論：「如果人類大腦真的有那麼容易理解，那麼擁有這種簡單大腦的我們也是不能理解大腦的。」

在人類正在建造的偉大知識庫的幫助下，我們也許在未來某天可以做到這點。現在，我們先來看看人類目前對大腦已知的東西——先從宏觀的角度開始。

縮小後的大腦

我們先通過下面的半球截面圖來看看大腦的主要結構：

現在我們把大腦取出來，然後去掉左半球，這樣我們就可以清晰地看到裡面的結構了。

神經學家保羅·麥克萊恩(Paul MacLean)做過一張簡單的示意圖，其中闡釋了我們之前討論過的一個基礎概念：在進化過程中，最先出現的是爬行腦，後來的哺乳動物以此為基礎發展出了第二重腦部結構，最後人類的出現完善了第三重腦部結構。

下面是這些結構在真正的大腦上對應的位置：

接下來我們來看看這裡的每個部分：

爬行腦：腦幹（和小腦）

這是我們大腦中最古老的一部分：

這是上面的大腦截面圖中青蛙老大所在的部分。事實上，青蛙的完整腦部的形狀就跟我們大腦的這個部分很相似：

在了解過這些部位的功能之後，你就會明白它們為什麼是古老的了——這些部位能做的事情，青蛙和蜥蜴都能做。下面是其中主要的部分：

延髓

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延髓（medulla oblongata）唯一想的事情就是讓你不要死。它負責控制一些非自主的活動，比如心跳、呼吸和血壓，另外如果它認為你中毒了，它就會讓你嘔吐，乾的都是些吃力不討好的活。

腦橋

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腦橋(pons)的工作非常零碎。它負責吞咽、膀胱控制、面部表情、咀嚼、唾液分泌、眼淚分泌和姿勢保持等工作——基本上就是看心情什麼都做點。

中腦

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中腦(midbrain)的工作甚至要比腦橋更零碎。如果一個大腦部位所做的事情都已經有其他部位負責了，那它肯定不會好受。這裡所說的就是中腦，它負責的工作包括視覺、聽覺、運動控制、警覺、體溫控制等各種其他大腦部位也在做的事情。大腦的其他部位似乎也不太喜歡中腦，因為你可以看到「前腦、中腦、後腦」的比例差距有多麼懸殊，所以看來中腦是被其他部位排斥了。

不過腦橋和中腦也有一項值得肯定的工作，它們還負責控制眼球自主運動，這可是件正經事。所以如果你正在轉動眼球的話，說明你的腦橋和中腦正在進行它們的一項專職工作。

小腦

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這個看起來有點怪，像是大腦陰囊一樣的東西就是你的小腦(cerebellum)。小腦負責讓你保持平衡、手腳協調和正常行走。這裡是之前那位淡定的教授展示小腦解剖結構的視頻。

古哺乳動物腦：邊緣系統

在腦幹的上方就是邊緣系統（limbic system）——讓人類變得如此瘋狂的大腦部位。

邊緣系統是一個生存系統。一個籠統的說法是，當你在做一些你的狗也會做的事情時——進食、飲水、交配、戰鬥、躲避或者逃離可怕的東西——這就是邊緣系統在幕後操控。無論你是否願意承認，只要你在做上述的任何一件事時，你就處於原始人的生存模式。

邊緣系統還控制著你的情緒，而情緒歸根到底也是生存的需要——它們是更高級的生存機制，對於生活在複雜社會結構中的動物來說必不可少。

我在之前的文章中提到了即時獎勵猴子，社會生存猛獁象，還有其他一些動物——它們所指都是邊緣系統。每當你的大腦發生內部鬥爭時，邊緣系統的工作可能就是慫恿你去做一些你以後會後悔的事情。

我確信學會控制邊緣系統是人類成熟的象徵，同時也是人類最核心的鬥爭。這並不是說如果沒有邊緣系統我們會活得更好——邊緣系統是我們之所以為人類的一半原因，我們生命中的大部分樂趣都與情緒或者動物本能慾望的滿足有關——只是邊緣系統並不知道你生活在一個文明社會，如果你過於放任它的話，它很快就會毀掉你的生活。

好吧，讓我們再拉近一點看看。邊緣系統由許多小部分構成，不過我們只介紹其中最重要的一些部分：

杏仁體

杏仁體（amygdala）可以說是大腦中負面情緒的集中地。它負責焦慮、悲傷、還有我們對恐懼的反應。大腦有兩個杏仁體，奇怪的是左邊的杏仁體表現更加樂觀一些，除了通常的負面情緒之外，它有時也會產生愉悅的情緒，而右邊的那個就一直處於心情不好的狀態。

海馬體

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海馬體（hippocampus，顧名思義，因為它看起來像一隻海馬）就像是記憶的速寫板。如果將老鼠放進一個迷宮裡面，它會慢慢記得迷宮的路，因為迷宮路徑的記憶會被編碼到老鼠的海馬體裡面——確實是這樣。當老鼠走到迷宮的不同位置時，它的兩個海馬體的不同部位會被喚醒，因為迷宮的每一個部分都對應著海馬體的某一部位。但如果在記住了一個迷宮之後，這隻老鼠又做了其他任務，在一年後再被放回原來的迷宮中，它就很難回想起這個迷宮要怎麼走了。因為這時海馬體速寫板上的大部分內容都被清除了，這樣才能騰出地方記憶新的東西。

電影《記憶碎片》（Memento）所描述的疾病是真實存在的——順行性遺忘症（anterograde amnesia）是由海馬體受損所導致的。阿茲海默症的病發就從海馬體開始，然後才慢慢擴散到大腦的其他部分，這也是為什麼阿茲海默症患者會先開始變得健忘，隨後才出現其他一系列的嚴重癥狀。

丘腦

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丘腦（thalamus）位於大腦的中心，它就像是感官系統的中間人，它負責接收來自感覺器官的信息，然後再將其傳輸到大腦皮層進行處理。當你在睡覺的時候，丘腦也跟和你一同入睡，也就是說負責傳輸感官的中間人下班了。所以在深度睡眠時，你通常不會因為輕微的聲音、光亮或觸碰而醒來。如果你想喚醒處於深度睡眠的人，你的動靜一定要足夠大才能喚醒丘腦。

唯一的例外是嗅覺，它是唯一可以繞過丘腦的感官。這就是為什麼可以用嗅鹽來喚醒昏迷者的原因。既然說到這兒了，下面就給大家補充一個冷知識：嗅覺是嗅球（olfactory bulb）的功能，而且這是最古老的一種感官。跟其他感官不一樣，嗅覺位於邊緣系統的深處，它與杏仁體和海馬體都有緊密的聯繫——這也就是嗅覺可以喚起特定記憶和情緒的原因。

新哺乳動物腦：皮質

我們終於聊到皮質（cortex）了，它又名「cerebral cortex」、「neocortex」、「cerebrum」和「pallium」。

作為整個大腦最重要的部位，它竟然連自己的名字都搞不清楚。所以這是怎麼回事？

補充說明：它究竟叫什麼名字？

cerebrum是指人腦的整個頂部及外部，但從嚴格意義上講，它也包含人腦的一部分內部部位。

cortex（皮質）在拉丁語中是「樹皮」的意思，除了大腦之外，這個詞還可以指許多器官的最外層。比如小腦（cerebellum）的外層就叫做 cerebellar cortex，而大腦（cerebrum）的最外層是 cerebral cortex。cerebral cortex是哺乳動物的專屬名稱，爬行動物相應的腦部結構則叫做pallium。

neocortex（新皮質）常被用作「cerebral cortex」的同義詞，但嚴格來說，neocortex 是指高等哺乳動物特有的位於 cerebral cortex 外部的一層，而其他部位則被統稱為 allocortex（舊皮質）。

本文接下來的部分將主要探討 neocortex，但是為了方便起見，我們會把它簡稱為「皮質」（cortex）。

皮質幾乎無所不能——它負責處理聽覺、視覺及感覺信息，同時還掌管著語言、運動、思考、計劃、性格等諸多方面。

皮質可以分為四葉：

這幾個部位的職責要描述起來確實沒有什麼條理可言，因為每個部位所做的東西都很多，而且彼此之間存在大量重疊的功能，不過我們可以簡單概括一下：

如果你覺得這些工作還不夠麻煩，額葉還負責你身體的運動。額葉頂部的前回是你的「主要運動皮質」（primary motor cortex）。

頂葉（parietal lobe）負責的一項功能是觸覺控制，其中最主要是「主要體覺皮質」（primary somatosensory cortex）的作用，它就在主要運動皮質的後面。

互相緊挨著的主要運動皮質和主要體覺皮質是特別有趣的兩個部位，因為神經科學家發現它們的每個位置都與某個身體部位一一對應。這就引出了本文最驚悚的一張配圖——「小矮人圖」（homuculus）。

小矮人圖由神經外科先驅懷爾德·彭菲爾德（Wilder Penfield）提出，它形象地展示了主要運動皮質和主要體覺皮質所對應的身體部位。圖中比例越大的身體部位，它們在相應皮質中所佔的區域也越大。這裡可以得出一些有趣的發現：

首先，大腦負責面部和手部運動和觸覺的區域比其他身體部位的全部加起來還要多，雖然這聽起來有點難以置信，但其實還是可以理解的，因為我們需要做出差別非常細微的面部表情，而且我們的雙手需要無比靈巧，但是身體的其他部分，比如肩膀、膝蓋、後背，它們的動作和感覺就不需要那麼細緻了。這就是為什麼人類可以用手指彈鋼琴，用腳趾就不行。

其次，這兩種皮質所對應的身體部位比例也高度近似。我也可以理解這點，但我從來沒有想過，身體最需要運動控制的部位恰恰也是最敏感的部位。

最後，我偶然找到了下面這張圖片，然後它就一直在我的腦海中揮之不去，所以現在我也讓你們體會一下這種感覺——一個 3D 版的小矮人。

我們繼續——

顳葉（temporal lobe）負責儲存你的大部分記憶。另外因為它就在你的的耳朵旁邊，所以它也是聽覺皮質（auditory cortex）所在的位置。

最後，位於你的後腦勺的是枕葉（occipital lobe），它幾乎被完全用於處理視覺信息。

一直以來，我都以為這些大片的腦葉就是組成大腦的一塊塊部位——就像我們在 3D 模型中看到的分區一樣。但實際上，皮質只佔大腦最外層的 2 毫米——也就相當於一個硬幣的厚度——表層下面的空間基本上是各種神經組織的複雜連結。

補充說明：為什麼大腦會有這麼多皺褶？

正如我們之前討論過的，人類大腦的進化一個由內向外擴展的過程，我們不斷在現有的結構上添加更多高級的新功能。但是這種進化方式也有一定的限制，因為人類的出生還是需要經過母親的陰道，而這就限制了我們的頭部可以發育的大小[3]。

於是我們在進化過程中找到了一個取巧的辦法。因為皮質非常薄，所以它的生長是通過增加表面積來實現的——它會形成很多皺褶（包括向下延伸到左右半球之間空隙裡面），這樣你就能在不增加太多大腦容量的前提下得到超過三倍的大腦表面積。當大腦開始在子宮內發育時，它的表面還是光滑的——這些褶皺大多在孕期的最後兩個月才會出現。

這裡可以看到更詳細的皺褶形成過程：

如果將皮質從大腦上剝下來，你可以得到一個 2 毫米厚，面積為 2000 至 2400 平方厘米的區域，[4] 相當於一塊 48 厘米 x 48 厘米（19 x 19 英寸）正方形餐巾。

這塊餐巾是你的大部分大腦行為發生的地方——它是你能夠思考、運動、感覺、看見、聽到、記憶、說話和理解語言的原因。這簡直是史上最棒的餐巾。

還記得之前我說過「你只是個果凍球」嗎？好吧，其實你所認為的自己其實主要是你的皮質。換句話說，你其實是一塊餐巾。

當把完整的大腦和扒下來的皮質放在一起時，我們就能清楚地看到這些褶皺所增加的餐巾面積了：

儘管還不完美，但是現代科學已經基本掌握了大腦的全貌。此外，我們對大腦的細節也有了一定的認識。接下來是對大腦細節的介紹：

放大後的大腦

儘管我們早就明白了大腦是人類智力的源泉，但是科學界是在不久前才弄清楚大腦的構造。科學家已經知道人體是由細胞構成的，但是直到 19 世紀末，義大利外科醫生卡米洛·高爾基（Camillo Golgi）才發現一種染色法可以揭開大腦細胞的真面目。他最後發現的結果令人意外：

這看上去不是細胞應該有的樣子。高爾基當時沒有意識到自己發現的其實是「神經元」（neuron）。

科學家後來認識到，幾乎對於所有動物來說，神經元都是構成大腦和神經系統，以及它們內部的巨大溝通網路的核心單位。

但直到 1950 年代，科學家才進一步發現神經元之間進行交流的方法。

軸突（axon），即神經元上負責承載信息的細長突起，它的直徑通常非常小——因為它實在太小了，所以科學家直到最近才能用它來做實驗。在 1930 年代，英國動物學家 J·Z·揚（J. Z. Young）在偶然之下得到了一個顛覆傳統認知的發現——烏賊擁有異常巨大的神經軸突，可用於實驗。幾十年之後，科學家艾倫·霍奇金（Alan Hodgkin）和安德魯·赫胥黎（Andrew Huxley）利用烏賊的巨大軸突，終於找出了神經元傳遞信息的方式——動作電位（action potential）。它的原理是這樣的：

首先，神經元的種類有很多：

為了簡單起見，我們在此只討論一種簡單常見的神經元——椎體細胞（pyramidal cell），你可以在運動皮質中找到它們。如果要畫出一個神經元圖示，我們可以先畫一個小人：

然後給他多加幾條腿和一些頭髮，把胳膊卸掉，最後再把他拉長——這樣我們就畫出了一個神經元。

然後我們再加幾個神經元進來。

這裡我就不打算解釋動作電位的詳細原理了，因為其中會涉及許多不必要又沒意思的專業內容，這些東西你應該已經在初中生物課上了解過了。如果你想完整了解相關的只是，我建議你閱讀可汗學院的這篇優質科普文。接下來，我們只會了解跟本文主題相關的一些基本概念。

現在，我們的神經元小人的尾巴——軸突——帶有負極性的「靜息電位」，也就是說當它靜止時會稍微帶負電荷。我們的神經元小人的頭髮（樹突，dendrites）總是會被其他小人的腳碰到[5]，儘管他可能不太情願。其他人的腳會將一種叫做神經遞質（neurotransmitter）[6]的化學物質掉在他的頭髮上，這種化學物質會穿過他的頭部（細胞體，或稱「soma」），根據化學物質的性質，他會稍微改變自己身體所帶的電荷。雖然這會讓我們的神經元小人有點不舒服，但這也不是什麼大問題——除此之外什麼都不會發生。

但是如果有足夠多的化學物質碰到了他的頭髮，使他的電荷上升到某個值——即神經元的「閾電位]（threshold potential），這時小人就會處於動作電位，也就是說他被電擊了。

這是一種非此即彼的狀態：我們的小人不是處於完全沒有變化的狀態，就是處於被完全電擊的狀態。他不會存在被部分電擊或者過度電擊的狀態——要麼完全沒有受到電擊，要麼受到每次程度都一樣的電擊。

當出現這種情況的時候，一股電流會從他的身體（軸突）流向他的腳（軸突末梢，axon terminal），後者會因此碰到其他小人的頭髮（這個接觸點叫做突觸，synapse），在這個過程中，小人身體的電荷會從負電短暫轉變為正電，然後迅速回到他正常的負電位狀態。當這個動作電位到達小人的腳時，軸突末梢會釋放化學物質到它正在觸碰的頭髮上，這樣有可能會導致被觸碰的小人受到電擊，正如他之前所遭遇的情況。

這就是信息在神經系統中傳遞的方式——化學信息通過神經元間的細小間隙傳導，並觸發穿過神經元的電流信息——不過當身體需要快速傳遞某個信號時，神經元之間也可以通過電流來傳遞信息。

動作電位的傳遞速度為每秒 1 到 100 米之間。之所以會有這麼大的變動範圍，部分原因是神經系統中的另一種細胞——施旺細胞（Schwann cell）——它像是一位總覺得孫子穿不夠的老奶奶，一直往軸突身上蓋一層層厚厚的毯子——髓鞘（myelin sheath）。整個過程就像這樣：

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除了起到保護和絕緣的作用以外，髓鞘還是影響神經元信息傳遞速度的主要原因——當軸突被髓鞘包裹時，動作電位的傳導速度會快很多：[7]

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下面舉個例子來說明髓鞘對信息傳遞速度的影響：比如當你的腳趾踢到什麼的東西的時候，你會馬上意識到自己剛才的動作，但是你可能要過一兩秒的時間才會開始感受到腳趾隱隱作痛。你立刻可以感到自己踢到東西和一陣劇痛，因為劇痛信息是通過經過髓鞘包裹的軸突傳到大腦的，而你後來才開始感到隱隱作痛是因為這種痛感是通過沒有髓鞘保護的「C類神經纖維」傳遞的，它的傳遞速度為每秒 1 米左右。

神經網路

在某種意義上，神經元跟電腦的晶體管很相似——它們都是用「1」（動作電位激活）和「0」（沒有動作電位激活）的二進位語言傳遞信息。但是跟電腦晶體管不同的是，大腦的神經元會一直處於變化之中。

你肯定有過這樣的經歷，你學會了一種新技能，掌握得還不錯，但是到了第二天你發現自己又不會了。你第一天之所以能學會這項技能，是因為在神經元之間傳遞信號的化學物質的數量或濃度發生了變化。不斷重複的行為會導致這些化學物質的改變，讓你可以取得進步，但是到了第二天，之前調整過化學物質會回歸到正常水平，你之前取得的進步也會隨之消失。

但如果你接下來繼續堅持練習，你最終會長久地掌握這項技能。在這個過程中，你其實在告訴大腦，「這不是一次性的工作」，然後大腦的神經網路便會做出可以長期持續的結構性調整。神經元會改變自己的形狀和位置，強化或弱化不同的連接，根據需要學習的技能搭建一套固定的路徑。

神經元能夠在化學上、結構上、甚至是功能上改變自己，根據外部世界不斷優化大腦的神經網路，這種現象就啊哦做神經可塑性（neuroplasticity）。嬰兒的大腦擁有最高的神經可塑性。嬰兒出生後，他的大腦完全不知道自己以後會有什麼樣的人生：擁有一流劍術的中世紀勇士？擅長彈奏大鍵琴的十七世紀音樂家？還是既要記住並整理海量信息，又要管理複雜人際關係的現代學者？不管怎樣，嬰兒的大腦都已經準備好不斷調整自己，可以應對未來任何形態的人生。

雖說嬰兒擁有最強大的神經可塑性，不過這種能力將會伴隨我們的一生，所以人類才能不斷成長、改變和學習新知識，同時這也是我們可以養成新習慣、改變舊習慣的原因——習慣其實是大腦現有神經結構的反映。如果你想改變自己的習慣，你就需要付出巨大的意志力來推翻大腦之前建立的神經路徑，但如果你可以堅持足夠長的時間，你的大腦最終會得到指示，改變之前的路徑，新的行為習慣將不再需要意志力的支撐。大腦已經為新的習慣做出了相應的生理變化。

這個難以想像的巨大神經網路是由大腦內部的大約 1000 億個神經元構成的——這個數量與銀河系的恆星數量相仿，或者說是全球人口的十幾倍。其中有 150 到 200 億的神經元位於皮質，剩下的神經元都在大腦的低級部位（令人意外的是，小腦的神經元數量是皮質的三倍有餘）。

現在我們再縮小一點，看看另一張大腦的截面圖——不過這次不把大腦切成兩個半球，而是從中間切開：

大腦的內部物質可以分為灰質（gray matter）和白質（white matter）兩種。灰質看起來的顏色要更深一些，由大腦神經元的細胞體、樹突和軸突等東西組成。白質的主要成分是負責在神經細胞體之間或身體其他部位傳遞信息的軸突。白質是白色的原因是這些軸突通常都會被髓鞘包裹，後者是一些白色的脂肪組織。

灰質主要存在於大腦的兩個區域——我們上面提到的邊緣系統和腦幹部位的內部，以及跟硬幣一樣厚的大腦皮質。 而在這兩者之間的大塊白質主要由皮質神經元（cortical neuron）的軸突組成。皮質就像是大腦的總指揮中心，它會通過存在於下方白質的大量軸突傳達自己的指令。

這些皮質軸突可能會將信息傳遞到皮質的其他部位、皮質下方的大腦部位，或者通過脊髓（神經系統的告訴功能）傳遞到身體的其他部位。[8]

下面我們來看看完整的神經系統是長什麼樣的：

神經系統分為兩個部分：中樞神經系統（你的大腦和脊髓）和周圍神經系統（由從脊髓向身體其他部位發散的神經元組成）。

大多數的神經元都屬於中間神經元（interneuron）——負責與其他神經元交流的神經元。你在思考的時候其實就是一大堆中間神經元在互相傳話。中間神經元主要存在於大腦。

除此之外還有另外兩種神經元：感覺神經元（sensory neuron）和運動神經元(motor neuron)——它們是通向脊髓和組成周圍神經系統的神經元。這些神經元的長度可以達到 1 米。下面是各種神經元的典型形態。

大家還記得之前提到的兩個條狀結構嗎？

這兩個部位就是周圍神經系統的源頭。感覺神經元的軸突會從體覺皮質出發，經過大腦的白質，然後進入脊髓（它其實只是一大束軸突）。這些軸突會從脊髓延伸到身體的各個部位。你皮膚上的每一寸下面都布滿了源自體覺皮質的神經。順便一提，我們所說的一條神經其實是一束束的軸突被捆在一起。下面是一條神經放大後的樣子：

圖中被紫色圈出來的部分就是一條神經的截面，裡面的四個圓形就是無數被捆在一起的軸突（這裡有一個更為生動的圖示）。

所以當有一隻蒼蠅停在你的手臂上時，你的身體會發生如下的情況：

蒼蠅會碰到你的皮膚，並刺激了那裡的感覺神經。這些神經裡面的軸突末梢會受到激發，開始發出動作電位，將發現蒼蠅的信號向大腦傳遞。這些信號會經過脊髓，一直到達體覺皮質的神經細胞體。[9] 然後體覺皮質會拍拍運動皮質的肩膀，告訴它：「我們手臂上有一隻蒼蠅，你得想辦法搞定它。」這時運動皮質上專門負責手臂肌肉的神經細胞體就會開始發出動作電位，這個信號會重新經過脊髓傳遞到手臂的肌肉。接下來，相關神經元的軸突末梢會刺激你的手臂肌肉，讓它們產生收縮，這樣你的手臂就會擺動，那隻煩人的蒼蠅也被趕走了。

隨後你的杏仁體意識到剛剛有隻蟲子在自己身上，它就會叫你的運動皮質讓你尷尬地跳起來，而如果剛才在你身上的是一隻蜘蛛，它還會叫你的聲帶發出一聲尖叫，讓周圍的人一臉驚愕的看著你。

所以現在看來我們其實已經比較了解大腦了，不是嗎？但為什麼之前那位教授的問題：「如果大腦總共包含的知識是一英里，我們已經在這個路程上走了多遠？」，他給出的答案是「三英寸」呢？

好吧，其實是這樣子的：

我們都知道電腦是怎麼發郵件的，也明白互聯網的大致概念，比如互聯網有多少用戶，主流的網站有哪些，還有未來的主要發展趨勢等，但是那些中間的過程——也就是互聯網的內部工作原理，就不是那麼好懂了。

經濟學家可以告訴你個體消費者的行為原理，也可以告訴你宏觀經濟學的主要概念，還有各種看不見的手是如何推動市場的——但是沒有人能透徹地向你闡釋一個經濟體詳細運作方式，或者準確預測下個月或明年的經濟會怎樣。

大腦有點類似這些東西。我們掌握了微觀的細節——我們完全了解了神經傳遞信息的方法；我們也掌握了宏觀的概念——我們知道大腦裡面有多少個神經元，知道主要的腦葉和結構負責控制什麼，也知道這個整體系統會消耗多少能量。但是在微觀和宏觀中間的東西——大腦各個部分究竟是怎麼做到這些的？

是的，我們對此一無所知。

想知道我們到底有多麼無知，你只要聽聽神經科學家是如何談論大腦中我們最熟知的部分的。

以視覺皮質為例，我們已經很了解視覺皮質，因為我們很容易找到它與現實世界的聯繫。

研究科學家保羅·梅洛拉（Paul Merolla）向我這樣描述道：

從解剖學的角度來看，視覺皮質擁有精美的功能和結構。它確實就是一張對應周圍環境的地圖，當某物體出現在你的視野中某個空間位置時，視覺皮質上代表這一空間位置的一小塊區域就會被點亮。當物體移動時，這個亮點也會隨著物體的軌跡產生相應的移動，這幾乎就像是把現實世界的直角坐標系套進了視覺皮質的極坐標系裡面。如果你看到了現實世界中的某一個點，你可以從視網膜、丘腦，一路追蹤到視覺皮質上這個點對應的位置。

到這裡為止好像沒什麼問題，不過他還繼續說道：

所以如果你想研究視覺皮質的某個部位，這種一一對應的特性確實會很方便，但是視覺對應的區域有很多，而且當你更進一步了解視覺皮質時，你會發現一些模糊不清的地方，之前對應關係也不管用了……大腦中有很多類似的情況，視覺感知就是一個很好的例子。我們在觀看周圍環境的時候只會看到一個三維的實體世界——比如你看著一個杯子，你就能看見一個杯子——但是你的眼睛所接收到的其實只是一堆像素，這時你的視覺皮質上可能有 20 到 40 處不同的映射。比如「V1」是第一個映射區域，它負責追蹤物體邊緣和顏色之類的信息，還有其他區域負責處理更複雜的細節，所以你的大腦表面上會有各種各樣類似的視覺呈現，這就是你能看見東西的原因。這些信息會以某種方式整合成一條信息流，在經過某種方式的處理之後，你只會認為自己看到的是一個簡單的物體。

運動皮質是我們熟知的另一個大腦區域，但是它在細節上的理解難度可能要比視覺皮質更高。因為雖然我們知道各個身體部位所對應的大致運動皮質區域，但是在這些區域上的單獨神經元並沒有像地圖一樣的對應關係，而且它們協同產生身體動作的特定機制也完全未知。保羅·梅洛拉還說：

同樣是命令手臂做出動作，每個人的大腦和手臂之間都有一套不盡相同的神經溝通機制——神經不會說話，不會對著手臂說「動一下」——這是一種特定的電流活動模式，而且每個人的模式都不太一樣……我們需要身體可以順暢地理解「這樣移動手臂」，或者「將手臂伸向目標」，或者「往左移動手臂、往上提、抓住、以某種力度抓住、以某種速度伸出去」這樣的指令。我們做動作的時候不會想這些東西——而是行雲流水地把動作做出來了。所以每個人的大腦都有一套跟身體交流的獨特暗號。

雖然大腦的神經可塑性讓我們如此強大，但這也導致我們的大腦變得如此難以理解——因為每個大腦的工作方式都取決於它之前塑造自己的方式，取決於它所在的特定環境和人生經歷。

再說，這些已經是我們最了解的大腦區域了。「如果是一些更複雜的運算，比如語言、記憶和算術，」一位專家惆悵地告訴我，「我們真的不知道大腦是如何運作的。」例如，每個人對母親的概念都會以不同的方式編碼，並儲存在大腦的不同部位，每個人都不一樣。而且大腦額葉的內部——「你」真正存在的大腦部位——「根本找不到任何的對應關係」。

但是上面這些都不是讓建造腦機介面如此困難，或者說如此令人望而卻步的原因。腦機介面的難點在於它背後的工程難度是非常浩大的。正是需要實打實地與大腦打交道，才讓腦機介面成為世界上最艱巨的工程難題之一。

現在我們已經掌握了大腦背景知識的樹樁，接下來我們應該向上爬到第一個樹枝。

這是 ONES Piece 翻譯計劃的第 131 篇譯文。本文原載於 WaitButWhy.com，作者 Tim Urban 由 ONES Piece 塔娜、徐雪兒、王沫涵、任寧、何聰聰翻譯，關嘉偉校對。ONES Piece 是一個由 ONES Ventures 發起的非營利翻譯計劃，聚焦科技創新、生活方式和未來商業。如果您希望得到更「濕」的信息，我們也有播客節目「遲早更新」供您收聽。

[1]:作者註：女性和男性的顱骨厚度僅為 6.5 毫米和 7.1 毫米，我本來以為會更厚一些。

[2]:參閱：Stanley Finger: [*Origins of Neuroscience: A History of Explorations into Brain Function*](https://amzn.to/2oL46h5)

[3]:作者註：而且更困難的是，人類在進化過程中成為了直立行走的動物，這會導致女性的骨盆變小（否則她們就無法奔跑了）。幸好我們也進化出了適應這種情況的辦法——嬰兒在出生的時候其實尚未發育完全。所以每個新生兒在變得超級可愛之前，他們在出生後的第一個月左右看起來會像溫斯頓·丘吉爾一樣——他們本來應該繼續待在子宮裡面的。這也是人類新生兒如此脆弱無能的原因。

[4]:作者註：這個表面積已經足夠了，即使皮質只有 2 毫米厚，但它的體積可以達到 300 至 500 立方厘米，超過大腦總體積的三分之一，相當於一個壘球的體積。

[5]:作者註：其實並沒有真正接觸，兩者之間還是存在 20 到 40 納米的空隙。

[6]:作者註：人們經常說的多巴胺（dopamine）和血清素（serotonin）都屬於神經遞質。

[7]:作者註：多發性硬化（multiple sclerosis）是由於身體免疫系統失靈導致的一種疾病，這種失靈會破壞神經元的髓鞘，如下面的 GIF 所示，神經元在失去髓鞘後會嚴重影響身體內部傳遞信息的能力。電影《羅倫佐的油》（Lorenzo』s Oil）中的腎上腺白質退化症（ALD）也是由髓鞘受損引起的。

[8]:作者註：一位神經外科醫生向我解釋了為什麼人在頭部受到重擊之後會昏迷。灰質和白質擁有不同的密度，所以當你的頭部受到重擊，或者出現嚴重腦震蕩的時候，你的灰質和白質會以不同的加速度發生震蕩，這樣可能會導致皮質上的部分灰質嵌入白質，或者部分白質嵌入腦幹中的灰質。如果是後一種情況，你的皮質與腦幹之間的溝通會被短暫切斷。由於你的意識存在於腦幹，所以這時你會陷入昏迷。上面兩種情況都有可能導致部分軸突受到損傷。如果只是輕微的損傷，沒有破壞軸突上的髓鞘，那麼受傷的軸突會重新生長和恢復；但如果是特別嚴重的衝擊就會破壞掉髓鞘，這樣的話軸突就永遠無法恢復了。這也是為什麼一記揮向下巴的上勾拳，或者後腦勺受到衝擊會導致昏迷——因為這種衝擊會導致大腦發生劇烈震蕩；而額頭或者兩側受到的衝擊就不容易導致昏迷。

[9]:作者註：在某些時候，比如你踩到釘子或摸到發燙的鍋時，感覺軸突會直接向脊髓中的相應運動軸突發出信號，讓它們立即將你的腳或手挪開。這種現象叫做「反射弧」。

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