附录 科学背后的真相
附录 科学背后的真相
在这里，我就正文提到的内容补充了一些关键的科学依据，并对一些关键主题和依然存在争议的话题做出解释。
科普写作最难的地方在于决定去除哪些内容。科普作家就像雕刻家，需要不断打磨复杂材料，直到其形成令人信服又易于理解的东西。若从科学追求严谨的角度来说，最终的作品必然是不完整的，但科普作家希望能够尽量呈现“足够准确”的内容，不至于冒犯大多数科学家。
举例来解释一下什么是“足够准确”。在书中，我提到，人类的大脑由大约1280亿个神经元组成。这个数字可能和你在其他资料中看到的不同，这是因为，我给出的数字包含了小脑神经元。小脑是非常重要的脑部结构，在利用触觉和视觉等感觉来协调身体运动方面发挥着重要作用。某些研究论文可能忽略了小脑中的神经元。而我估量的也不全面，大脑还存在690亿个非神经元细胞，即神经胶质细胞，它们同样具有非常强大的生物功能。但通过1280亿这个数字表明大脑是一个由多个部分构成的复杂网络，这是第2课的重要概念。
科普写作的挑战
½课 大脑不是用来思考的
文昌鱼在海洋中繁衍生息，距今已有5.5亿年历史。这种古老的生物，也被称作蛞蝓鱼，至今依然存在。文昌鱼是人类的远亲，原因在于：人类是脊椎动物，这意味着我们拥有一根脊椎和一根神经索，即脊髓。文昌鱼虽然不属于脊椎动物，但拥有一条贯穿首尾的神经索。它们还有一种被称为脊索的脊椎，只不过是由纤维材料和肌肉而不是骨骼构成的。文昌鱼和脊椎动物同属于一个更大的动物群，即脊索动物（脊索动物门），我们拥有共同的祖先（共同祖先的话题稍后探讨）。
文昌鱼并不具备区分脊椎动物和无脊椎动物的所有特征。文昌鱼没有心脏、肝脏、胰腺或肾脏，也没有与这些器官配套的身体内部系统。但它们有一些细胞可以调节昼夜节律，形成了睡眠和醒来的周期。
文昌鱼没有明显的头部，也没有脊椎动物头部所具有的任何可见的感觉器官，如眼睛、耳朵、鼻子等。文昌鱼身体最前端的一侧有一小群细胞，被称为眼点。这些细胞具有感光性，可以察觉到亮和暗的明显变化，所以如果有阴影落在身上，文昌鱼会立刻逃走。眼点细胞与脊椎动物的视网膜有一些共同的基因，但是文昌鱼没有眼睛，看不见东西。
此外，文昌鱼没有嗅觉和味觉。它们的皮肤中有一些细胞可以检测水中的化学物质，这些细胞中的一些基因与脊椎动物嗅觉中发现的基因类似，但目前还不清楚这些基因是否以同样的方式发挥作用。文昌鱼体内也有一簇带毛的细胞，这些细胞使它能够在水中确定方向并保持身体平衡，也许还能在游泳时感知加速度，但文昌鱼没有像脊椎动物那样有毛细胞的内耳来听声音。
文昌鱼也无法主动寻找并靠近食物，它们只能食用水流带来的微小生物。但当周围食物匮乏时，它们的细胞能感知到，然后它们会随机向某个方向蠕动，希望能找到食物（实际上，细胞会发出“任何地方都比这里好”的信号）。详情见½课。
一小团细胞，并不能称为大脑。文昌鱼是否有大脑，一直是科学家争论的焦点。归根结底在于，如何区分大脑和非大脑，以及二者之间的界线。进化生物学家亨利·吉对这种情况做了很好的总结：无论是在被囊动物（海鞘）还是文昌鱼体内，我们都没有发现与脊椎动物大脑类似的东西，尽管存在一些初始痕迹……但需要足够努力去观察，才可以看到。
绝大多数科学家都同意，在文昌鱼脊索的前端可以找到脊椎动物大脑类似的基因轮廓，而这些轮廓至少有5.5亿年的历史。这并不一定就意味着，在脊索前端发现的基因和脊椎动物大脑的基因类似，或者它们以同样的方式工作或形成了同样的结构。（两个物种拥有相似的基因意味着什么，更多内容详见附录第1课“爬行动物和非人类哺乳动物拥有与人类相同的神经元”。）这也是科学争辩开始的地方。科学家的确在文昌鱼体内发现了构成脊椎动物大脑组织的主要分子模式，但到底哪些片段存在，哪些缺失，一直是科学家争论的焦点。在文昌鱼体内，这些片段是否真实存在也存有争议。另一方面，文昌鱼拥有大脑形成所必需的基本遗传基础，尽管它本身没有头部。
想了解更多关于文昌鱼的知识，可以参阅亨利·吉的《跨越桥梁：脊椎动物起源浅析》（Across the Bridge：Understanding the Origin of the Vertebrates）以及进化神经学家格奥尔格·施特里特和格伦·诺思卡特的著作《大脑进化：脊椎动物发展史》（Brains Through Time：A Natural History of Vertebrates）。
看着现代的文昌鱼，就仿佛看到了我们远古的祖先，他们有着类似的小小的身形。科学家认为，我们和文昌鱼的共同祖先与现代文昌鱼非常相似，因为文昌鱼所需的环境（它们的生态位）在过去的5.5亿年里几乎没有改变，所以它们不需要为了适应环境而做出过多改变。相比之下，在进化中，脊椎动物经历了巨大的变化，其他脊索动物（如海鞘）也一样。因此，科学家认为，通过研究现代文昌鱼，我们可以了解所有脊索动物的共同祖先。
但也有一些科学家认为，文昌鱼不太可能在5亿年里没有任何改变。例如，文昌鱼的脊索（它的中枢神经系统）贯穿整个身体，从一端到另一端，而脊椎动物脊髓的末端是大脑的起点。我们共同的祖先是拥有一个像文昌鱼一样的脊索，随着脊椎动物大脑的进化而变得更短了，还是短脊索在进化过程中延长了？对此科学家一直未能达成一致意见。在很多其他方面（例如，嗅觉的进化）也存在类似的争论。
想要了解更多我们共同祖先的信息，请参阅亨利·吉的《跨越桥梁：脊椎动物起源浅析》。
人类大脑为什么会进化。“大脑进化是为了做这个”或“大脑是为了那个而进化的”，这样的说法源自目的论的解释。目的论（teleology）一词来自希腊语telos，意思是结束、目的或目标。在科学和哲学中，目的论有多种类型。最常见的类型也是科学家和哲学家最反对的一种说法是，某些东西是为了一个最终目的而故意设计的。例如，大脑在某种程度上是向上进化的——从本能进化到理性，或者从低等动物进化到高等动物。本书并没有采用这种目的论。
在这堂课中，我采用的是如下的目的论，即事物的存在是一个过程，并不存在终极目标。根据这一说法，大脑不是用来思考的，而是用来在特定的环境中调节身体，在这样说时，我并不是在暗示身体的预算平衡——稳态应变——有某种最终状态。稳态应变是一个过程，一个预测和处理不断变化的环境输入的过程。所有的大脑都能实现稳态应变。由坏变好，并不是一个有序的发展过程。
心理学家贝瑟尼·奥亚莱赫托、桑德拉·韦克斯曼和道格拉斯·梅丁研究了在不同文化背景下，人们是如何对自然世界进行推理的。他们的研究表明，本堂课中使用的这种目的论有效地评论了生物及其环境关系。他们把这称为“情境关系认知”。像“大脑不是用来思考的”这样的陈述本身代表了一种关系（它指的是大脑、各种身体系统和环境中的物质之间的关系），并不是说，大脑是为了某个终极目的被故意设计出来的。
我的措辞（例如，你的大脑不是用来思考的）使用是有特定背景的——在一篇描述大脑各方面功能的非技术性文章中，这个短语只有在特定上下文中才具有完整的意义。如果脱离上下文，你很容易把这句话误认为是第一种目的论类型。当然，稳态应变不是大脑进化的唯一原因，也不会以某种有序方式促进大脑进化。大脑进化很大程度上是由自然选择驱动的，而自然选择往往具有随机性和投机性。大脑进化也可能受到文化发展的影响，详情可参阅本书第7课。
身体预算在学术上被称为“稳态应变”。稳态应变不是影响大脑进化和工作的唯一因素，却是一个很重要的因素。稳态应变是一个随时间变化的、具有预测性的平衡过程，而不是一个寻求单一稳定点来维持身体的过程（它和恒温器不同）。寻求单一稳定点的过程叫作“稳态”。
从经济角度来讲，这种移动是值得的。在经济学领域，有意义的运动是指价值运动，已经得到充分研究。
身体也变得更复杂。你身体内部的器官，如心脏、胃和肺，被称为内脏，位于颈部以下，与心血管系统、肠胃系统和呼吸系统等共同构成一个更大的系统，即内脏系统。发生在心脏、肠道、肺和其他器官内部的运动被称为内脏运动。大脑控制内脏系统（也就是说，大脑控制内脏运动）。在大脑中，有一个初级运动皮质，皮质下还有一个完整的结构系统来控制你的肌肉运动，同样，大脑在控制内脏运动时，也需要一个初级的内脏运动皮质，这个皮质下也有一个完整的结构系统，它们共同发挥作用。一些内脏器官，比如肺，需要由大脑指挥才能正常工作。然而，你的心脏和其他内脏都有自己的内在节奏，大脑中的内脏运动系统会对它们进行微调。最后要说明的是：你身体的其他系统，如免疫系统和内分泌系统，虽然通常和任何内脏器官都无关，但从广义上来讲，它们的变化也被称为内脏运动。
手臂、腿、头和躯干运动产生的感官数据会传递到大脑（具体来说，是传递到躯体的感觉系统），同样，内脏运动也会产生感觉变化，被称为内部感官数据，它也会被发送到你的大脑（内感受系统）。所有这些感官数据都有助于你的大脑更好地控制你的身体运动和内脏运动。
脊椎动物的内脏和内脏运动系统的进化伴随着感觉系统的进化，这一点已经得到充分的科学证明。在受孕后，当胚胎构建大脑和身体时，内脏系统和感觉系统同时发育，它们都源于同一临时细胞簇，即神经嵴。前脑，即脊椎动物大脑中包含内脏运动反射和内感受系统的部分，也源于这一细胞簇。该神经嵴是脊椎动物所特有的，包括人类。
在确定运动价值方面，内脏运动系统和内感受系统起着关键作用，但我们不能说它们是为此而进化的。其他的选择压力也促进了身体内脏系统和大脑内脏运动系统的进化，比如更大的身体的进化需要更多的照料和维护。在地球上，大多数动物的直径都很小，只有几个细胞能从身体内部一直延伸到体外。这种安排使某些生理功能更容易实现，比如（呼吸时的）气体交换和排便排尿。身体越大，身体内部离外部世界就越远，于是就进化出了新的呼吸系统，比如通过鳃泵水促进气体交换，通过肾脏和延伸的肠道来排泄废物。这些新系统让脊椎动物在水中变得更强，成为更成功的捕食者。
第1课 你只有一个大脑（而非三个）
柏拉图写道，人类的思维过程。柏拉图写的是心灵，和我们今天所说的思维不同。在口语中，心灵和思维被视为同一个词，在这里我同样遵循这一原则。
后来的科学家将柏拉图的“战争论”映射到大脑上。“三重脑”理论结合了神经科学和柏拉图关于心灵的论述。在20世纪早期，生理学家沃尔特·坎农提出，情绪是由大脑的两个区域丘脑和下丘脑（分别）触发和表达的。丘脑和下丘脑位于所谓的理性皮质的正下方。今天，我们知道，丘脑是所有感官数据（除了那些变成气味的化学物质）到达大脑皮质的主要通道。下丘脑对调节血压、心率、呼吸频率、出汗和其他生理变化至关重要。20世纪30年代，神经解剖学家詹姆斯·帕佩兹提出了一种专门用于情感的“皮质回路”。根据他的观点，该回路不仅包括丘脑和下丘脑，还包括与皮质下区域（扣带皮质）接壤的皮质区域，因此该回路被认为是古老的。50年前，神经学家保罗·布罗卡将这部分皮质称为边缘叶。（他使用了“limbic”一词，这个词来自拉丁语，意思是“边界”。这个组织与大脑的感觉系统和运动系统相连——运动系统控制你的胳膊、腿和其他身体部位。布罗卡认为边缘叶拥有原始的生存能力，比如嗅觉。）20世纪40年代后期，神经科学家保罗·麦克莱恩对帕佩兹的“皮质回路”理论重新进行了整理，提出了成熟的边缘系统理论，归入三层大脑理论（即三重脑）中。
最外层，也就是大脑皮质的一部分。许多和大脑有关的术语，包括大脑皮质，可能会令人困惑。大脑皮质是由一层一层的神经元组成的，覆盖着大脑皮质下的部分。人们普遍认为，大脑皮质中有一部分在进化中被保留下来，被称为古皮质，属于边缘系统（例如，扣带皮质）；而另一部分是在进化中新出现的，被称为新皮质。这种区别源于对大脑皮质如何进化的误解，这也是本课的主题。
科学界最大的错误之一。科学家通常尽量避免说某件事是事实，或者肯定是真的或假的。在现实世界中，事实在特定语境中有一定的真假概率。就像亨利·吉在他的《意外的物种：对人类进化的误解》（The Accidental Species：Misunderstandings of Human Evolution）一书中所说的，科学是一个将怀疑量化的过程。然而，就三重脑而言，可以肯定地说，它是错误的。1990年，当麦克莱恩发表了他的代表作《进化中的三重脑：在古大脑功能中的角色》时，已有证据清楚地表明，三重脑观点是错误的。三重脑理论在意识形态领域很受欢迎，但与科学研究无关。科学家努力避免意识形态的干扰，但我们也是人，而人有时受信念而不是数据的引导。（可参考理查德·列万延的著作《作为意识形态的生物学：关于DNA的学说》。）错误是科学正常过程的一部分，当科学家承认错误时，他们就有可能获得一个发现新事物的重大机会。更多信息请参阅斯图尔特·费尔斯坦的著作《失败：科学的成功之道》（Failure：Why Science Is So Successful）和《无知：科学的动力》（Ignorance：How It Drives Science）。
具有这些基因的相似神经元很可能存在于我们最后的共同祖先身上。这一假设是基于我们所比较的动物细胞在进化中没有太多变化。
通常，当根据大脑特征推断两种动物是否具有共同祖先时，基因并不是全部因素，即使这些特征在肉眼看来不同，也不能说祖先不同。有时，基因可能会产生误导性。一些科学家利用其他生物信息来源，如神经元之间的连接，来确定两个大脑结构是否有共同的祖先。要想更多地了解这个主题，即同源性，可以参阅格奥尔格·施特里特的著作《大脑进化原理》以及施特里特和诺思卡特合著的《大脑进化：脊椎动物发展史》。
大脑在进化中变得越来越大，并进行了重组。这个说法来自神经生物学家格奥尔格·施特里特。他把大脑比作公司，通过重组来扩大业务规模。详情见格奥尔格·施特里特的著作《大脑进化原理》。在进化或发展过程中，大脑也有可能失去复杂性，如被囊动物海鞘。
分离然后整合。我将通过类比的方法，对大鼠和人类的初级躯体感觉皮质进行比较。作家兼厨师托马斯·凯勒解释说，如果你把各种蔬菜放到一个锅里煮，那么混合物只会有一种单一的、混合的味道。你品尝不到任何单一食材的味道。但是，凯勒也解释说，制作更美味的食物的方法是：把每一种蔬菜分开烹饪，最后把它们放在锅里。现在，每一勺混合物都包含了多种口味，口感十分丰富。大鼠和人类的初级躯体感觉皮质的区别从本质上看，和这两种烹煮方法十分相似。老鼠的单一区域大脑就像一个盛有所有材料的锅，而人类大脑的四个区域就像四个盛有不同材料的锅。在第2课中，我们可以看到，正是人类大脑的四个分区让大脑具有更高的复杂性。
爬行动物和非人类哺乳动物拥有与人类相同的神经元。我的意思是，神经元具有相同的分子特征——特定的基因或基因序列，执行相同的基因活动（例如，它们产生相同的蛋白质）。一个特定的基因并不一定在每种动物体内产生相同的蛋白质。两种动物可能有相同的基因，但这些基因有不同的功能或产生不同的结构。甚至在同一种动物的体内，基因网络在发育的不同时期也可以进行不同的基因活动。（更多详情和例子请参阅亨利·吉的《跨越桥梁：脊椎动物起源浅析》。）最重要的一点是：两种生物的神经元可能有一些相同的基因，在它们体内的作用方式也相同，但这些神经元的组织方式可能不同，进而导致大脑看起来非常不同。
通常的大脑构造计划。这项研究源自进化和发育神经科学家芭芭拉·芬利，她称其为“转译时间”模型。她建立了一个数学模型，用来预测动物大脑发育过程中271个事件发生的时间，主要包括神经元产生的时间，轴突开始生长的时间，连接建立和完善的时间，轴突上开始形成髓磷脂的时间，以及大脑体积开始改变和扩大等的时间。芬利利用该模型，设定了同样的观察期，分别计算了18种哺乳动物物种发育的各个阶段的时间，这些哺乳动物既包括被研究过的物种，也计算了一些原始模型中没有的物种。如果将她的模型预测时间与大脑形成的实际时间进行比较，其相关性是惊人的，高达0.993（在-1.0至1.0之间）。由于所有被研究的物种都用了同一个单一模型进行描述，因此发育事件顺序几乎相同。
此外，在各种哺乳动物脑细胞中发现的基因，提供的分子遗传证据，与转译时间模型中的基本一致。有颌鱼类的脑细胞也含有这些基因。有些基因可以追溯到文昌鱼，而且很可能因为它与人类有着共同的祖先。因此，仅根据基因证据，我们就有理由推断，所有有颌类脊椎动物都有共同的构造计划（或部分构造计划）。
人类大脑没有新增部分。作为一名神经科学家，芬利的大脑构造计划假说的证据说服了我。然而，感兴趣的读者应该知道，一些科学家仍然坚持认为，人类大脑的某些特征，如前额皮质已经进化得比放大的灵长类动物大脑所预期的更大。我的观点是，人类大脑的一些独特能力来自一个更大的大脑皮质（并不是说整个大脑比预期的大，而是只有大脑皮质更大），也因为大脑皮质（包括前额皮质的上层）的某些神经元之间联系的加强，人脑才有了某些独特能力。正如我在第7课所探讨的，一些科学家，包括我在内，均认为正是这些特征赋予人类一种能力，通过事物功能而不是物理形态来理解事物。在之前出版的《情绪》一书中，我也对此做了介绍。
不存在一个专门处理情绪的边缘系统。虽然边缘系统是一个神话，但你的大脑确实包含一种叫作边缘回路的东西。边缘回路中的神经元与脑干核团相连。核团的主要作用是调节你的自主神经系统、免疫系统、内分泌系统和其他系统，这些系统的感官数据产生内感受，即你的大脑对身体感觉的表达。边缘回路并不只是负责情绪，它分布在多个大脑系统中，包括皮质下结构（如下丘脑和杏仁核的中央核）、异皮质结构（如海马和嗅球），以及部分大脑皮质（如扣带皮层和脑岛的前部）。
“三重脑”理论及其在情感、本能和理性之间的漫长斗争不过是一个现代神话。在科学界，三重脑理论不仅历史悠久，而且根深蒂固。这里介绍几个三重脑理论的荒诞说法，都很有意思。18世纪，严肃的学者们相信，热是由一种神秘的叫作卡路里的虚构液体产生的，燃烧是由一种叫作燃素的虚构物质引起的。19世纪，物理学家坚持认为，宇宙中充满了一种叫作“以太”的无形物质，正是因为这种物质，光得以传播。医学界将诸如鼠疫之类的疾病归咎于一种难闻的气体，即瘴气。在新的科学事实出现之前，这些神话在科学界存在了数百年。
人类只是一种有趣的动物。这种说法来自亨利·吉的著作《意外的物种：对人类进化的误解》。
第2课 大脑网络
大脑网络。大脑网络是由相互连接的神经元组成的更小的网络或子网络组成的。每个子网络都是一个松散的神经元集合，子网络在运行中，不停地有神经元加入和离开。想象一个篮球队，有12～15名球员，但每次只有5人能上场打球。在比赛中，球员的替换情况经常发生，但我们仍然视场上的人为同一支球队。同样，子网络中不断有神经元加入和离开，但子网络也能维持下去。当结构上不同的元素（如神经元簇）执行相同的功能时，这种可变性就是简并。
一个由1280亿个神经元组成的网络。根据我的统计，人类大脑中有1280亿个神经元，这远比你在其他材料中看到的850亿个神经元要多得多。这种差别主要是神经元的计算方法不同导致的。通常，科学家喜欢用体视学的方法计算大脑中神经元的数量，该方法利用概率和统计学方法，从脑组织的二维图像中估计神经元的三维结构。1280亿这个数字来自一篇论文，该论文使用了一种叫作光学分馏的体视学方法。根据这个方法，人类大脑中大约有190亿个神经元，包括大脑皮质、海马和嗅球，小脑中还有大约1090亿个颗粒细胞，再加上小脑中的大约2800万个浦肯野神经元，一共1280亿个神经元。而经常见到的850亿这个数字，是根据一种被称为同位素分馏的方法计算的，这种方法更简单、更快，但忽略了一些神经元。
大脑网络不是一个比喻。大脑并不是一个象征性的网络——它就是一个网络，也就是说，它的功能和其他网络相似。在这里，网络是一个术语，一个概念，而不是一个比喻。想象其他你所熟知的网络，有助于你更好地理解什么是大脑网络，以及它是如何工作的。
一般来说，每个神经元看起来像一棵小树。人类大脑有不同类型的神经元，形状和大小各不相同。我在书中介绍的神经元是大脑皮质中的锥体神经元。
我把整个安排称为大脑“线路”。这个术语虽然很简单，但有助于理解大脑的细节结构。一般来说，一个神经元由一个细胞体、若干位于顶部的树枝状结构的树突（就像树的树冠）、一个又细又长的突起，以及位于底部的根状结构轴突组成。每个轴突都比人的头发还细，轴突末端有一个小球，叫作轴突末端：里面充满了化学物质。树突上布满了接受化学物质的受体。通常，一个神经元的轴突末梢附近有成千上万个其他神经元的树突，但它们互不接触，中间的空隙被称为突触。当神经元的树突检测到化学物质的存在时，神经元就会“放电”，将信号通过轴突传输到轴突末端，轴突末端向突触释放神经递质，然后，这些神经递质附着在其他神经元树突的受体上。（在这个过程中，其他细胞，如胶质细胞也会参与，帮助其顺利完成传输，并防止化学物质泄漏。）这就是神经化学物质刺激或抑制接收神经元，并改变它们放电速率的过程。通过这个过程，一个单独的神经元可以影响成千上万个其他神经元，而成千上万个神经元也可以同时影响一个神经元。这就是大脑的活动过程。
这个区域通常被称为视皮质。“看见”是什么意思？是你对世界上的事物有意识的体验，比如看到你的手或手机，部分是由枕叶皮质的神经元产生的。但是即使这些神经元受损，我们也可以正常进行视觉活动。如果你在一个初级视皮质受损的人面前设置一个障碍，他无法有意识地看到障碍，但会绕过它。这种现象被称为盲视。
如果你把视力正常的人的眼睛蒙上。在一项研究中，一个视力正常的人被蒙上眼睛学习盲文。结果证明，神经元具有多种功能。当科学家使用一种叫经颅磁刺激的技术干扰初级视皮质（V1）的神经放电时，受试者阅读盲文的难度变大了。但在摘下眼罩24小时后，随着V1恢复视觉输入功能，这个难度随之消失了。
一个系统的复杂性高低。复杂性并不意味着大脑在进化阶段或自然阶梯上遵循有序发展原则，从不复杂到复杂，最终在人类大脑中达到顶峰。其他动物的大脑，如猴子和蠕虫，也具有复杂性。
肉饼脑。这个名字的灵感来自心理学家史蒂芬·平克的著作《白板》。在书中，他将大脑描述为“一个拥有统一力量的同质球体”。
折叠刀大脑。这个名字的灵感源于进化论心理学家莱达·科斯米德斯和约翰·图比，他们把人类的思维描述成一把瑞士军刀。
一把真正的折叠刀，有14种工具。下面来看一下拥有14种不同工具的折叠刀可以有多少种组合。在折叠刀工具的特定配置（我称为模式）中，每个工具都有两种可能的状态：使用或未使用。14种工具，每种工具有两种状态，可以产生16000多种可能的模式：
2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2=214=16384(https://www.daowen.com)
添加第15种工具可使模式数量增加一倍：
2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2×2=215=32768
如果每种工具增加一个额外功能，即拥有三种可能的状态——第一个功能、第二个功能或未使用。这时，折叠刀模式总数为：
3×3×3×3×3×3×3×3×3×3×3×3×3×3=314=4782969
若具有第四个功能，将产生414或268435456种模式，以此类推。
神经元并没有真正连成线。这一观察结果是我在东北大学电气与计算机工程系的同事达娜·布鲁克斯提供的。
物理学家有时会说，光是以波的形式传播的。在这个比喻中，我指的不是波粒二象性，而是在第1课附录条目中描述的以太神话。
第3课 大脑如何与外界沟通
许多动物刚出生时都比人类新生儿能力强。当然，也有许多动物幼崽儿的能力不如人类新生儿，比如老鼠、豚鼠以及其他啮齿类动物的幼崽儿，它们刚出生时很小又看不见，浑身还光秃秃的。
“一起放电的神经元连接在一起”。这句话是由神经科学家唐纳德·赫布提出的，这种现象也由此被正式命名为“赫布原理”或“赫布可塑性”。严格地说，放电并不是同时发生的——神经元是一个接一个放电的。更多内容参阅赫布的《行为的组织：神经心理学理论》（The Organization of Behavior：A Neuropsychological Theory）。
它更像一盏灯笼。心理学家艾莉森·高普尼克主要研究儿童认知发展，她提出了“注意力的灯笼”这个奇妙的比喻。更多内容可参阅她的著作《宝宝也是哲学家》。
除了分享注意力，其他能力可能对培养注意力也很重要。一种是大脑对头部的控制，这种能力在婴儿出生后几个月内发展形成。另一种是对眼部肌肉的控制，称为眼运动控制，在婴儿出生后的最初几个月该能力会逐步提高。需要指出的是，时至今日，关于婴儿天生的注意力能力有多大，以及他们可能具有什么样的注意力能力，科学家们一直未达成一致意见。许多研究发育的科学家认为，婴儿的基因决定了他们会关注世界的某些特征（比如某样东西是否有生命），而随后的发育会以这些先天能力为基础。
根除贫困要比几十年后处理其带来的负面影响划算得多。2019年美国国家科学院、工程院和医学院公布了一份名为《减少儿童贫困路线图》的报告。该报告指出，儿童贫困每年给社会造成近1万亿美元的损失，并强调，帮助儿童摆脱贫困的成本远远低于儿童长大后因贫困而付出的代价。我的同事、心理学家以赛亚·皮肯斯不无讽刺地评论说，在我们的文化中，只有当贫困和灾祸的不良影响不可控或者代价惨重时，人们才会意识到要对自己的行为负责。
第4课 大脑（几乎）可以预测你的每一个行为
写信人在20世纪70年代曾在南非罗得西亚军队服役。2018年，我在TEDx上发表了《培养智慧：情绪的力量》的演讲，从另一个角度阐述了对这个故事的看法。
模棱两可的感官数据。感官数据不仅是模糊的，而且是不完整的。当有关世界和身体的信息经视网膜、耳蜗和其他感觉器官处理，再被传送到大脑时，部分信息会丢失。虽然对到底丢失了多少信息科学家仍存在争议，但他们一致同意，神经元传递的来自世界和身体的感官数据比可感知的要少。
你的大脑将这些片段组合成记忆。你的大脑利用过去的经验赋予传入的感官数据意义，从某种程度上讲，这种说法类似于免疫学家和神经学家杰拉尔德·埃德尔曼提出的观点，即你正在进行的意识经验就是“记忆当下”。
线条图。这三幅图分别是一艘正在穿越瀑布的潜艇，一只做倒立的蜘蛛，以及一名在起跳前注视远处观众的跳台滑雪运动员。这些图片摘自《终极特路图纲要》。使用前已获得许可授权。
“观看者的本分”。这是一种赏析艺术的方法，由艺术历史学家李格尔提出，他最初称其为“观看者的参与”。后来，艺术历史学家恩斯特·贡布里希改称为“观看者的本分”。
一种日常生活中的幻觉。多年来，我一直把有意识的感知和经验视为一种日常生活中的幻觉，后来，我发现哲学家安迪·克拉克提出了同样的观点，他将意识经验称为“可控幻觉”。更多内容可以参考他的著作《预测算法》。今天，其他科学家也用这种方式描述经验，神经科学家安尼尔·塞特在TED上发表了《你的大脑如何幻化出你所意识到的现实》的精彩演讲。
当你表现不好时，谁来承担责任。这部分内容大多数选自2018年我在TED上的一篇演讲。该演讲为《你不受情绪的支配》。
第5课 大脑和其他大脑的秘密合作
做了一些实验来证明语言对大脑的影响。在我的实验室里，研究人员让参与者听一些场景，并想象听到的内容，同时扫描他们的大脑。关于这项研究，我们已经发表了多篇论文。
大脑中许多处理语言的区域也控制着身体内部。在很大程度上，科学家称为“语言网络”的大脑区域与“默认模式网络”是重叠的，尤其是在大脑的左侧。默认模式网络从属于身体内部控制系统，包括自主神经系统（控制心血管系统、呼吸系统和其他器官系统）、免疫系统和内分泌系统（控制激素和新陈代谢）。
身体虐待、言语攻击。相对温和的言语也可能属于言语攻击，这取决于语境。并非所有的脏话都是言语攻击。例如，在女性之间，有时称对方为“贱人”，是一种亲昵或独有的爱称。同样，在一种语境中具有积极意义的词语在另一种语境中可能具有攻击性。如果你对伴侣说了些浪漫的话，对方说“你过来”，你的大脑会预测对方可能会吻你。如果你面对的是一个恶霸，他对你说“过来说”，你的大脑就会将其预测成威胁。
长期的慢性压力会伤害人类的大脑。研究表明，无论压力是来自持续的身体虐待、性虐待还是言语攻击，长期的压力都会侵蚀大脑和身体。这个结果令人既惊讶，又难以接受，因此有必要认真看待这一现象。这里只是稍作分享，更多内容参见7half.info/chronic-stress。
首先，慢性压力会导致大脑萎缩。它会减少脑组织，尤其是大脑中对身体预算（稳态应变）、学习和认知灵活性很重要的部分。
究竟是什么导致了饱受压力折磨的大脑的萎缩？这些大脑变化与身体疾病增加和寿命缩短有什么关系？科学家在生物学上依然给不出答案。一个棘手的问题是：我们无法观察活人大脑的微观结构，因而得不到足够详细的信息，也就无从确切地知道到底发生了什么变化。这就是为什么科学家在研究压力时，要先研究压力对非人类动物的影响，然后尽可能地将其推广到人类身上。有关研究可参看神经内分泌学家布鲁斯·麦克尤恩的研究。
儿童时期长期遭受言语虐待，其不良影响会持续很长时间。例如，在一项针对554名年轻人的研究中，科学家要求参与者对自己小时候受到父母和同龄人言语虐待的情况进行评级。结果显示，童年时期遭受过言语虐待的人，在成年早期更容易经历焦虑、抑郁和愤怒等情绪。令人难以置信的是，和遭受身体虐待相比，言语虐待的危害更严重，其严重性不亚于被性侵所产生的影响。这些发现与儿童时期长期遭受言语虐待会使人在成年后更容易出现情绪障碍的假设是一致的。但也有人认为，患有情绪障碍的人更难忘记他人给予的伤害，包括言语虐待。因此，需要其他研究来证明到底哪种假设是正确的，这一点至关重要。
在一项研究中，科学家评估了成长在一个充满批评、家长严厉、充满混乱的家庭中对一个人的生物学影响。研究人员对135名女性青少年的炎症标志物（白细胞介素6）和代谢功能障碍标志物（皮质醇抵抗）进行了测量。研究人员在18个月内对她们做了4次采访。随着时间的推移，那些报告家庭环境更严厉、经常遭受谩骂的孩子表现出更多的免疫功能障碍和代谢功能障碍，而具有平均暴露量水平的受试者在这些指标上没有变化，暴露量最低的受试者更健康。其他研究也得出类似的结果——经常遭受言语攻击很可能会影响青少年身心健康。
越来越多的研究证实了这一结果——持续的社会压力（通常包括言语攻击）与精神和身体疾病发病率增加之间存在联系。例如，有证据表明，言语攻击可以改变免疫反应，重新激活潜伏的疱疹病毒，降低普通疫苗的效果，并减缓伤口的愈合。这些研究不是针对弱势群体，而是针对来自不同政治派别的普通人。还必须指出，通过这些发现，我们可以知道受试者是否经历了巨大压力。
压力对饮食的影响。我提到了两项关于压力和身体食物代谢的研究。这两项研究都是由心理学家贾尼丝·基科尔特-格拉泽和她的同事进行的。如果常年承受压力，每年体重会增加11磅——每餐增加104卡路里乘以365天，再除以每磅3500卡路里。当身处一个无聊的晚宴，需要活跃一下气氛时，我就喜欢提供这类科学小道消息。
第6课 大脑产生不止一种思维
当印度尼西亚巴厘岛的人感到害怕时，他们就会睡觉。这个例子我引自心理学家巴佳·梅斯基塔和尼科·弗里吉达。他们引用了1942年出版的人类学著作《巴厘岛人性格》（Balinese Character）的内容，其中人类学家格雷戈里·贝特森和玛格丽特·米德观察到，生活在巴厘岛的人在面对陌生或可怕的事件时，往往会睡着。他们的解释是，人们是在回避一些可怕的事情，就像你在看恐怖或悬疑电影时闭上眼睛一样。根据贝特森和米德的研究，睡眠是社会公认对恐惧的反应。巴厘岛人称其为“takoet poeles”，意为“惊恐的睡眠”。
宾根的希尔德加德。希尔德加德相信自己看到的幻象，她称为“活的光影”，即来自上帝的指示。多年来，她用文字和艺术品记录了自己的想法。澄清一下，我并不是说希尔德加德患有精神分裂症或其他精神疾病。相反，我想说的是一个普遍的观点，一个人的神秘体验可能是另一个人的疾病症状，这取决于历史或文化背景。如今，有许多学者诊断希尔德加德患有各种疾病，但做这类判断需谨慎。
“折叠刀大脑”秉持的观点。在谈到思维（而不是大脑）时，折叠刀大脑和肉饼脑之间的冲突可能就是最著名的先天论与习得论之间的冲突。这个关于知识是天生的还是从经验中习得的哲学辩论已经持续了数千年。心理学家有时称这种辩论为学院心理学对联想主义的辩论。
变异是自然选择发挥作用的先决条件。查尔斯·达尔文在《物种起源》一书中提出，物种个体间的变异是进化过程中自然选择的先决条件。一个物种是由不同的个体组成的，那些最适合某一特定环境的个体更有可能生存下来，并将其基因传递给后代（后代也更有可能生存和繁衍）。进化生物学家恩斯特·迈尔说，达尔文关于变异的观点，即种群思维，是他最伟大的创新之一。了解初级知识，可参阅迈尔的《生物学的独特之处》（What Makes Biology Unique）一书；要了解更详细的论述，请参阅他的《新生物新哲学》（Toward a New Philosophy of Biology）一书。
迈尔斯-布里格斯人格类型测验。MBTI和其他各种性格测试并不比占星术更科学。多年的证据表明，MBTI并没有达到其宣称的效果，也无法始终如一地预测工作表现。尽管如此，很多能力不错的管理者还是会利用这些性格测试，做出既不利于员工也不利于公司的决定。那为什么当你收到测试结果时，它们看起来如此真实？因为测试问的是你对自己的看法。测试结果只不过汇总了你的想法，并把它们反馈给你，你会有种感觉，哇，它们太准了。做这个测试，根本的一点是：你不能只通过询问人们对他们自己行为的看法来衡量他们的行为。你必须多维度观察人们的行为。（此外，同一个人可能在某些情况下是诚实的，在另一些情况下是不诚实的；在某些情况下是内向的，在另一些情况下是外向的；等等。）
情绪的变化从愉快到不愉快，从无聊到活跃。通常用一种数学结构来描述情感，如第6课的图片所示，它被称为“循形丛”，这是由心理学家詹姆斯·A.拉塞尔首先提出的。一个环状模式代表各种关系，用几何图形圆环表示，在这里代表的是情感之间的关系。“循形丛”意思是“复杂性的循环顺序”，表示所讨论的感情同时具有至少两个基本的心理特征。圆环描绘了情感之间的相似度，而两个维度描述了相似度的属性。
一个应用程序或智能手表，帮助你精准地调节身体预算。这个类比出现在2018年我在TEDx的演讲《培养智慧：情绪的力量》中。
第7课 我们的大脑能创造现实
社会现实和物理现实之间的界限是模糊的。通过味觉实验（例如我在本课中提到的葡萄酒和咖啡的研究）很容易就可以验证边界的模糊性。在第3课中，我提供的另一个例子“贫穷的恶性循环”也可以证明这一点，当然，这个话题比较沉重。社会对贫困人口的态度，也是一种社会现实，它影响了大脑发育的物理现实，从而增加了那些小大脑（儿童大脑）长大后依然处于贫穷状态的可能性。
5C。5C是我自创的术语，指的是一组特征，它们一起进化，相互强化，赋予人类大规模创造社会现实的能力。其中4C——创造力、沟通、模仿和合作——的灵感来自进化生物学家凯文·拉兰德的研究，而我的叙述主要来自他的著作《未完成的进化》。拉兰德没有讨论社会现实在人类进化中的作用，但他讨论了文化进化的相关概念。
19世纪探险家的故事。探险家与当地人合作生存下来的例子来自人类学家约瑟夫·亨里奇的著作《人类成功统治地球的秘密》。
我们还需要第五个C——压缩。压缩发生在大脑的许多部位。在这里，我们讨论的是发生在大脑皮质的压缩，尤其是在第2层和第3层。人脑加强了这些关键层的连线，从而增强了压缩。
然而，一个具有压缩能力的庞大而复杂的大脑，仅靠它自己可能还不足以将社会现实的一小部分凝聚成一个文明。你还需要适当的代谢条件，（如农业）提供足够的能量来构建和维持一个高速运转的人脑。更多相关讨论，请参阅凯文·拉兰德的著作《未完成的进化》。还可以看看进化生物学家理查德·兰厄姆的著作《燃烧：烹饪如何使我们成为人类》（Catching Fire：How Cooking Made Us Human）。
从你的眼睛、耳朵和其他感觉器官中传递感官数据。感官数据是由身体的各种感官收集的，如眼睛、耳朵、鼻子等，并转换成大脑可以使用的神经信号。感官数据在到达大脑之前通常要经过几个中转站。例如，在视觉方面，视网膜上的细胞（位于眼球后部的薄层）被称为光感受器，它们将光能转化为神经信号。这些神经信号沿着被称为视神经的神经纤维束传播。大部分视神经纤维到达一簇被称为外侧膝状体的神经元，它是大脑丘脑的一部分，丘脑的主要工作是将你身体和周围世界的感官数据传递到你的大脑皮质。从那里，神经信号到达大脑皮质后部的神经元，在枕叶，也被称为初级视皮质，少量的轴突从视神经分支，延伸到下皮质的其他部分，包括下丘脑，下丘脑是皮质下的大脑结构，对调节身体内部系统很重要。
大多数感觉系统都以类似的方式工作，嗅觉系统除外。将空气中的化学物质转化为神经信号的细胞位于一个叫嗅球的结构中。这些细胞绕过丘脑，将信息直接发送到大脑皮质。神经信号把嗅觉数据带到你的初级嗅皮质，它是大脑区域岛叶的一部分，岛叶本身是大脑皮质的一部分，位于颞叶和额叶之间。
压缩让大脑能够进行抽象思考。大脑如何压缩信息以及压缩是如何导致抽象思考能力的，这是科学家一直在研究的问题。有多少感官和运动信息仍然处于高度压缩的抽象状态，也是科学家一直激烈争论的焦点。一些科学家认为抽象是多模态的，这意味着它们包含了来自所有感官的信息；另一些人则认为抽象是非模态的，这意味着它们不包含任何感官数据。我同意多模态观点，因为大量证据证明了这一点。例如，最大化压缩最好的总结是在大脑皮质的区域创建的，神经学家和神经解剖学家称其为多模态脑区，这意味着这些区域管理着来自多种感觉和运动的信息。
据推测，除了压缩方式，大脑还可以通过其他方式实现抽象，因为其他没有巨大大脑的动物（如狗）或没有大脑皮质的动物（如蜜蜂）也可以根据两个东西的功能进行分类，把它们看作类似的东西——也就是说，它们可以在某种程度上进行抽象。
5C相互交织，相互强化。这个观点及其与人类进化的相关性一直备受科学家关注。一种被称为“现代综合论”的进化观点将基因科学（始于孟德尔遗传学）和达尔文的自然选择理论结合起来，并认为基因是将信息从一代传递到下一代的唯一稳定方式。进化生物学家理查德·道金斯提出的自私基因假说还有一种进化观，即“扩展的进化综合论”，包括不同的5C能力，并有了一些发现，即确定了跨代信息稳定传递的其他来源（例如，在发育过程中，连接大脑的视觉环境中的感官数据，以及信息的文化传递）。“扩展的进化综合论”考虑了进化和发育（evodevo）神经科学，提出了其他的转移手段，如表观遗传学和生态位构建，以及文化进化和基因-文化协同进化。例如芭芭拉·芬利和凯文·拉兰德的观点。关于这个内容的探讨超出了本课范围，如果想了解更多信息可登录7half.info/synthesis。
它给棍子强加了一种超越物理形态的至高无上的功能。黑猩猩和其他许多非人类动物都有统治等级，但这些等级既不是由社会现实建立的，也不是由社会现实维持的。在一个黑猩猩群体中，如果哪只雄性黑猩猩想成为族群的首领，它必须杀死向它挑战的其他黑猩猩。杀戮是物理现实。今天，大多数人类领导人无须杀害他们的对手就可以掌权。
“我们创造幻想世界不是为了逃避现实，我们创造它是为了停留。”这句描述现实世界的话来自作家兼漫画家林达·巴里的作品《这是什么》（What It Is）。
肤色等身体特征。皮肤色素沉着也是不断进化的，与进化环境中紫外线的数量有关。肤色浅是因为在环境中接触到的紫外线较弱。较浅的色素沉着可以让皮肤吸收更多的光线，产生更多的维生素D，这对骨骼生长、增加骨骼强度和免疫系统的健康都很重要。相比之下，肤色深是因为在环境中可以接触到更多紫外线，而深色的色素会防止皮肤吸收过多的光线。这反过来又减缓了对维生素B9，即叶酸的破坏，它对细胞生长和新陈代谢很重要，在怀孕早期尤其重要（因为阳光会分解叶酸）。紫外线的强度取决于你离赤道的距离，但真正穿透你皮肤的紫外线的数量则取决于你的皮肤色素沉着。更多相关内容，可以参看人类学家尼娜·雅布隆斯基的著作《生命的色彩：肤色的生物学和社会意义》（Living Color：The Biological and Social Meaning of Skin Color）。