自由意志的產房——讀《大腦簡史》

有人說，《時間簡史》如果篇幅能比現在長一倍，可讀性一定更強。號稱累計銷售量達2500萬冊的《時間簡史》，是名副其實人人號稱擁有，但極少有人讀完的科普名著。可能受制於身體狀態，霍金盡量把文章寫得簡短，這就苦了非物理專業的讀者。相比之下，謝伯讓的《大腦簡史》就可愛多了，全書用擬人手法，介紹大腦的進化和意識的產生，讓我這個腦科學小白也能讀得盡興。

我們知道剛出生的嬰兒，大腦是身體各部位中最重的，從床上抱起嬰兒要用兩隻手：一手托著腦袋，一手托著屁股，這樣才能保證嬰兒不受傷。相對身體來說如此巨大的頭部為分娩增加了極大風險，也導致剛出生嬰兒身體柔弱。那麼，是否可以說大腦太「自私」，只為自己發育而剝奪身體太多資源？

要弄清這個問題，就得從神經細胞的誕生開始說起，這就是本書第一章《一代王者的誕生》的主要內容。遺傳物質的前身是複製子，複製子可以自我複製和聚合。為了抵禦大自然種種危險，複製子必須不停自我複製，並且與脂質雙分子層相結合，以便保衛自己同時獲得更多資源。謝伯讓把脂質雙分子層稱作「金罩鐵杉」，它包裹著複製子，就成為細胞的原型。很快，有了細胞膜的複製子打敗了其他沒有細胞膜的複製子，從進化中脫穎而出。

接著，細胞又遇到了另一個難題：相互之間的信息傳遞問題。聰明的細胞很快發現離子通道和電位傳遞，這就如同得到雷神律令一樣，開始朝著神經細胞的進化方向一路狂奔。很快，神經細胞開始不滿意信息傳遞僅限於內部之間傳遞，所以突觸形成了，突觸可以用來與其他細胞合作，同時也可以「奴役」其他細胞，例如體細胞，操控其他細胞為自己服務。

第二章《世紀帝國的形成》講了多細胞生物的形成與崛起。在對抗外界威脅的過程中，體型越大的細胞越佔優勢，按多細胞生物起源最知名理論——集群理論的觀點，最早的多細胞生物可能是由許多「同種」的單細胞生物群聚而成。例如海綿就是由類似鞭毛蟲的單細胞生物群聚進化而來。

謝伯讓認為，從某種程度上說，細胞分工合作就如同《國富論》中探討的人類社會分工現象，好處是實現利益最大化，但危險是可能失去獨立運作的自由。由於沒有化石證據，科學家們只能猜測神經細胞操控其他細胞的過程，本書介紹了幾種著名的假說，有派克假說、潘亭假說、帕薩諾假說和其他理論。其中在「其他理論」中，作者介紹了關於「兩次神經系統的獨立源起」理論，這個理論有趣之處在於認為進化並非總是單一的，也可能有不同路徑。

神經細胞身負決定生物功能的重任，所以逐漸佔據身體中央，以避免來自體外刺激的直接損害。這種「以鄰為壑」的行為看似很不光明磊落，但實際上有利於物種生存。這樣，佔據身體中樞的神經細胞逐漸聚集聯結，不斷分化，彼此操控，最終形成神經網路，並針對外界威脅進化出相應應對方式：系統性運動、記憶和決策。這樣進化下去，終於世界迎來了脊索動物。

作者舉了文昌魚做例子，不知道有多少讀者跟我一樣讀這本書才知道原來文昌魚不是魚類，是脊索動物！因為文昌魚沒有脊椎骨和頭骨，它有的是一條撐直身體的脊索，中樞神經，也就是神經索，位於脊索的背面，也就是身體的上方。雖然不如脊椎動物那樣有發達的大腦，但是文昌魚畢竟是神經系統發展到一定程度的產物，已經有了大腦的雛形，具備了「爭天下」（身體控制權）的潛力。

本書第三章《窮兵黷武的競賽》重點介紹了大腦各種感知的發展：化學感知、機械感知、熱感知和光感知四大類。這章開篇，作者首先講了特別有趣的寒武紀生命大爆發之謎。距今五百四十二億年前的寒武紀在短短的前後兩千萬年之內，物種化石出現爆炸性增長，動物界大多數的「門」幾乎都出現在這一個時期。「光開關」理論認為，當寒武紀的三葉蟲進化出第一隻眼睛時，生存環境立刻出現了劇變，擁有視覺的三葉蟲，成為最頂尖的掠食者，而其他生物為了抵禦有視覺的敵人，開始進化出堅硬的外殼。這樣，眼睛的誕生就成為寒武紀大爆發的最初進化驅動力之一。

然後，化學偵測能力（無意識的化學偵測能力和有意識的味覺、嗅覺）、機械感知（聽覺、觸覺、人體內部平衡能力等）、熱感知能力也隨之發展出來，生物生存能力大大提升。

在介紹光感知的過程中，我最感興趣的是作者對笛卡爾「松果體」理論的描述。這位法國17世紀哲學家和科學家認為，人類的心和腦在本質上完全不同，腦是無知的，心是非物質的，也就是說，心靈是類似靈魂的東西。笛卡爾認為，這兩個不同的東西是靠著松果體溝通的！或者更進一步說，心靈是通過松果體操控大腦。某些神秘主義者認為，人類的松果體在進化早期，也可以接收光線或者其他能量來調節生理機制，但是現代人類因為飲食的關係，導致松果體都鈣化了！不知道笛卡爾若是知道竟然有神秘主義依據自己的觀點發展出這樣一套理論有何感想。

松果體是否能接收能量目前無法證實，但視覺信息會進入顳葉，讓大腦可以分析出物體的身份及各種特質，幫我們辨識出物體是什麼，這是可以證實的。謝伯讓在這部分又講了個有趣的小故事：祖母細胞。

話說1969年，神經科學家雷特溫在麻省理工學院（自看過《生活大爆炸》後，我一看到麻省理工學院的名字，眼前就馬上出現謝爾頓鄙夷不屑的表情，可能這也證明了視覺與記憶的關係。）對學生講了一個故事，說是曾有一位傑出的神經外科醫師應患者要求，清除了患者腦內與他母親記憶相關的神經細胞。手術後患者果然失去了關於他母親的全部記憶。接下來，這位醫生開始尋找關於祖母記憶的細胞。

這個故事是雷特溫虛構出來的，他試圖說明一個假說：只需少數神經細胞就可以現實關於各種事物、親友或者事件的概念和記憶。這聽起來匪夷所思，但2005年，科學家科霍進行了一系列實驗，結果發現一位病人的海馬回中，有一組神經元對女演員安妮斯頓的照片有強烈反應，但對其他數十位名人和動物、景點毫無反應。而另一位病人的海馬回中，則找到了只對貝瑞的照片和名字有反應的神經細胞。還有一些類似實驗成果，這似乎顯示，所謂「祖母細胞」理論並非完全不可能。

前三章看下來，我們似乎覺得大腦是控制生物身體的最重要器官，神經中樞是生物最高主宰。但謝伯讓這部著作真的很想推理小說，每次當你一位真相就在眼前時，總有一個轉折告訴你，事情也許另有玄機。第四章《掌控一切的基因》開始探討，大腦和基因孰為操縱者。當哺乳動物開始發育出高階智能時，基因起到了大腦進化最大推手的作用。

RNF213基因發生突變，改善了腦血流量不足的問題。此基因導致頸動脈的直徑擴張，讓流往大腦的血流量大增，大腦從此潛能大大開發，消耗全身20%的血氧和25%的葡萄糖。之後，葡萄糖轉運子基因SLC2A1促進了大腦對葡萄糖的吸收。

總之，進化過程似乎偏好讓大腦獲得更多的資源，大腦在變聰明的過程中不斷從身體獲取營養，表現得越來越「自私」。就連睡眠，似乎都跟大腦除污的過程有關。

從古到今，都有人好奇人類到底為什麼每天都需要長時間睡眠。傳統認為，睡眠有利於恢復體力，鞏固記憶，身體成長。但最近腦科學研究似乎表明，睡眠還有一個前所未聞的重要功能：清理腦中廢物！美國羅徹斯特大學生物學家內德加和高曼發現，老鼠在睡眠時，腦細胞之間的空隙會增大，腦脊液流動量會增加，有助於清理細胞代謝所產生的有毒物質。換言之，睡眠時可能就是腦部大掃除時間！

不但如此，人類十月懷胎貌似也跟大腦發育有關！對比黑猩猩，人類嬰兒都得算早產。為什麼呢？據測算，新生嬰兒大腦大約消耗全身能量的87%，母親身體無法負擔來自胎兒與自身的高能量代謝。當負荷達到極限時，胎兒必須產出，否則會威脅母嬰雙方安全。從人類發育過程看，大腦使用能量的速率，幾乎完全和身體成長速度呈現負相關。例如孩子四歲時，大腦葡萄糖代謝量達到頂峰的43%，此時是身體成長速度最慢的時候，一直到青春期前期，孩子大腦葡萄糖代謝率才會平穩變低，這是身體才開始出現快速成長。

看到這裡，我突然想起，老人常說聰明孩子不容易長高個子，因為「被心眼兒墜住了」，好像也挺有道理呢！

梳理整個進化過程，似乎大腦一直都意氣風發的披荊斬棘，是進化舞台上的王者，但真的如此嗎？謝伯讓認為不然，他認為大腦背後的基因才是真正的影舞者！本書第五章《跳脫輪迴的反叛》主要講基因在人類進化中的重要作用。

謝伯讓特別推崇道金斯的《自私的基因》，稱其為「曠世巨作」。道金斯認為在進化過程中，互相競爭的主角雖然看起來是一個個獨立生物個體，其實真正的進化單位，其實是基因。身體、肌肉、骨骼和大腦，都不過是基因製造出來的工具，這些器官存在的目的，就是為了要極大化身體這個基因載具的適應力。當基因載具順利存活之後，基因才能一代代傳遞下去。

因此，當大腦的自利行為與基因繁衍相抵觸時，大腦毫無勝算。自以為是王者的大腦，也不過是基因的馬夫。

但是，大腦就此認輸了嗎？

並沒有！

意識的存在貌似證明了大腦確實在與基因爭奪控制權。在眾多神經科學發現基礎上，大部分現代腦神經科學家以及研究心靈問題的心靈哲學家，都傾向認為意識是大腦活動的產物。而大腦產生意識的原因，可能是為了要幫我們認識世界。但是這些意識經驗，有時候反而會變成人類生活的一切。為了追求這些虛擬的意識經驗，人們有時候竟會做出「不利於生存繁衍」的行為。例如人類對於愉悅感的過度追求。人類自慰行為全然無助於繁衍後代，還有濫用藥品等行為甚至有自毀傾向，這證明在人們的意識中，愉悅感似乎比繁衍生存更重要，那麼這是否是為了擺脫基因的控制呢？

雖然從基因角度，人類對愉悅感的追求頗為大逆不道，但從大腦機制角度看，就容易說得通了，因為對大腦來說，一切都是信息處理而已！

人類之所以沉迷於電子遊戲、藥品濫用等「不真實」的刺激，正是因為這些虛擬刺激提供了非常類似真實刺激的信息，有時候它們甚至比真是刺激更能有效的刺激我們。這種只要付出少許就有高效回應的刺激方法，完全符合信息系統追求效率的目標。這就有回到了本書第一章所講的神經細胞起源過程，原初神經細胞進化的關節點就是信息交換與信息處理效率。這在某種程度上形成了大腦與基因抗爭的局面。

本書還舉出了一個例子證明大腦與基因的對抗，那就是人類自殺行為。在眾多社會性生物中，只有人類才有自殺行為。如果大腦沒有意識，沒有足夠的認知能力和複雜度，那麼即使有社會因素的影響，也無法產生自殺行為，這或許正是因為人類大腦已經進化出高度複雜的心靈，才能有意無意和基因所操控的生存繁衍宿命進行對抗。

接下來，謝伯讓又列舉了幾點對「大腦對抗基因論」的反駁，寫得也頗有道理。這是我覺得本書最有意思的一點：作者對重要問題會列出目前研究的雙方甚至多方觀點，認憑讀者選擇。這大大增加了本書的趣味性，但同時也讓本書更加燒腦，距離廁所讀物更遙遠了。

關於大腦進化的歷史，講到這裡貌似可以結尾了，但是謝伯讓好像意猶未盡，因為本書還有一篇終章——《擺脫束縛的未來》，探討把意識上傳到雲端的可能性。用晶元取代神經元，是很多科幻電影最愛的題材之一。這其中真的蘊含著人類永生的可能性嗎？

（《超驗駭客》中主人公成功上傳自己的意識，與妻子交流）

在本書的整個閱讀過程中，我時不時會想起弗洛伊德的理論。弗洛伊德是純物質主義，他認為，物質就是一切，只有物質是真正的存在，也只有物質是真實的存在。例如他對神學的態度，他是認為神連謊言都不是，是心理學機制。他認為無神論都是荒誕的，因為根本就到不了信不信的層面。弗洛伊德也看不上無神論，認為無神論者煞有介事的否定宗教信仰，都是心理學上的病態。否定神，論證上帝不存在，都是精神病！在弗洛伊德看來，神就是慾望投射，是某種心理機制。我感覺弗洛伊德的思想與謝伯讓這本《大腦簡史》中的觀點很像。

總之，這本《大腦簡史》通過大量科學論據，通過擬人化手法，盡量把大腦從複製子以來的歷史以及大腦與基因之間的關係說得通俗易懂、興趣盎然，真是了不起！