第1章 引言
问：什么是灵魂？
答：灵魂就是离开躯体但却具有理智和自由意志的活的生物体。[1]
——《罗马天主教教义问答手册》
惊人的假说是说，“你”，你的喜悦、悲伤、记忆和抱负，你的本体感觉和自由意志，实际上都只不过是一大群神经细胞及其相关分子的集体行为。正如刘易斯·卡罗尔（Lewis Carroll）书中的爱丽丝（Alice）所说：“你只不过是一大群神经元[2]而已。”这一假说和当今大多数人的想法是如此不相容，因此，它可以真正被认为是惊人的假说。
在所有的民族和部落之中，人类对大自然特别是自身特性的兴趣由来已久，尽管其表现方式有所不同。这可以追溯到有历史记载的远古时代，并且肯定比这个时间还要早。这从人类广泛出现的精致的墓葬中就可以作出判断。大多数宗教都认为，人死后仍存在某种形式的精神，它在一定程度上体现了人类的本质。如果失去精神，躯体就不能正常工作。人死后灵魂会离开躯体，至于以后会发生的事情，是上天堂、下地狱，还是入炼狱或者转世成为驴或蚊虫什么的，不同的宗教则有不同的说法。并非所有的宗教在细节上都完全一致。这通常是由于它们基于不同的教义，如基督教的《圣经》和伊斯兰教的《古兰经》就形成了鲜明的对比。尽管不同的宗教存在差异，但至少在一点上它们有着广泛的共识：人类确实具有灵魂，这并不仅仅是一种比喻。当今大多数人还抱有这一信念，而且在许多情况下，这一信念相当强烈和执着。
当然也有少数例外。其中之一是少数追随亚里士多德（Aristotle）的极端的基督教徒，他们怀疑女人是否具有灵魂或具有和男人一样品质的灵魂。某些宗教很少关心死后的生活，如犹太教就是如此。动物是否具有灵魂，不同的宗教也有不同的说法。有一个笑话说，哲学家（尽管他们也有区别）大体上可分成两类：自己养狗的确信狗有灵魂；自己没有狗的则否认灵魂的存在。
然而，今天仍有少数人（包括社会主义国家的一大部分人）持有完全不同的观点。他们认为，有别于躯体且不遵从我们已知的科学规律的灵魂完全是一种神话。我们很容易理解这类神话产生的原因。的确，倘若我们不甚了解物质、辐射以及生物进化的本质，那么这种神话的出现似乎就不足为奇了。
那么，灵魂这一基本概念为什么应当被怀疑呢？当然，如果绝大多数人都相信灵魂，在表面看来，这本身也是灵魂存在的证据。不过，4000年前，几乎每个人都相信地球是平的。现在，这一观点已发生了根本变化，其主要原因是现代科学的进步。按照我们今天的标准，地球是个很小的地方，但在当时却被认为很大，尽管当时还不知道它的确切尺寸。我们今天的大多数宗教信仰就起源于那个时代。任何一个人的直接知识仅仅来源于地球上的一个小小的部分。因而，当时人们有理由认为，地球是宇宙的中心，而人类处于宇宙的领导地位。随着时间的流逝，地球的起源渐渐被人们遗忘。而当时认为的地球的时间跨度，尽管与人的经历相比显得很长，但在今天看来仍然短得可笑。那时人们相信，地球的寿命少于1万年，这在今天看来是不难理解的。现在我们已经知道，它的真正年龄是46亿年。在当时看来，星星似乎离我们很远，大概固定在球形的太空。而实际上宇宙可延伸到无限远（大于100亿光年），这在当时简直是不可想象的事情（某些东方宗教，如印度教，则是例外。他们把夸大时间和距离纯粹作为一种乐趣）。
在伽利略（Galileo）和牛顿（Newton）之前，我们的基础物理学知识还是很原始的。太阳和行星被认为是以某种非常复杂的方式有规律地运动着。因而他们有理由相信，只有天使才能引导它们。还有什么别的力量能使它们的行为如此有规律呢？甚至到了十六、十七世纪，我们对化学的理解大部分还是不正确的。事实上，直至20世纪初，还有某些物理学家怀疑原子是否存在。
今天，我们已经知道了很多有关原子的特性，并赋予了每种元素一个原子序数。我们已经详细地了解到它们的结构以及控制它们行为的大部分规律。物理学已经为化学提供了理论框架。我们的有机化学知识与日俱增。
我们承认，在很短的距离（在原子核内）、极高的能量及极大的引力场中发生的事情我们还不能真正理解。但是大多数科学家认为，对于地球上我们通常所处的条件（只有在非常特殊的情况下，一个原子才转变为另外一个原子），我们知识上的这种不完备性，对理解思维和脑影响不大。
除了基本的化学和物理学知识之外，地球科学（如地理学）和天文科学（天文学和宇宙学）已经为我们生存的世界和宇宙描绘了一幅与传统宗教建立时的基本观念迥然不同的图画。宇宙的现代图景及其发展规律，构成了目前生物学知识的基本背景。在过去的一个半世纪，这些知识发生了根本性变化。在达尔文（Darwin）和华莱士（Wallace）各自独立地发现了导致生物进化（自然选择过程）的基本机制之前，“造物的论点”（Argument from Design）似乎仍然是不可辩驳的。像人体这样结构复杂和设计精巧的有机体的产生，不借助至灵至慧的造物主的设计怎么可能呢？今天，这一论点已经完全过时了。我们知道，一切生命，从细菌到我们人类自己，都是与生物化学水平的活动紧密相关的。地球上的生命已经存在了数十亿年，其间许多种类的动物和植物都已经发生了变化，而且往往是根本性的变化。恐龙已经灭绝，在它们曾经生活的地方，出现了很多新的哺乳动物。今天，无论是在野外还是在实验室内，我们都可以观察到基本的进化过程。
在20世纪，生物学有了突飞猛进的发展。对基因的分子基础及其精确的复制过程，对蛋白质及其合成机制的详细知识，都有了更深入的了解。现在我们已经知道，蛋白质具有很强的功能，其用途也非常广泛，它能构成精巧的生化装置的基础。胚胎学（目前经常被称为发育生物学）是当前研究的重点。一个海胆的受精卵经过多次分裂，最终会变成一个成熟的海胆。但是，如果把其受精卵第一次分裂后的两个子细胞分开，那么每个子细胞就会各自发育成一个独立的、但却更小的海胆。类似的实验也可以在蛙卵上完成，即经过分子自身的重新组织，从本来应该产生一个动物的物质中产生出两个小动物。这一现象在100年前被发现时，曾被认为是某种超自然的生命力（life force）作用的结果。根据生化基础，用有机分子和其他分子的特性及其相互作用去解释生物的戏剧性复制，似乎是不可想象的事情。现在，对这一过程的发生机制，在原理上我们感到已经没有什么困难了。我们曾料想这种解释是很复杂的。科学史上充斥着一些观点，认为有的东西在本质上就是不可理解的（例如我们永远不会知道星星是由什么形成的）。在大多数情况下，时间将会证明，这些预言是不正确的。
一个现代的神经生物学家，无须借助灵魂这个宗教概念去解释人类和其他动物的行为。这使人想起当年拉普拉斯（Laplace）解释太阳系的运动规律时，拿破仑（Napoléon）曾经提出的问题：“那么，上帝如何发挥作用呢？”拉普拉斯回答：“陛下，我不需要这一假设。”并非所有的神经科学家都相信灵魂是一个神话，约翰·埃克尔斯爵士（sir John Eccles）[1，2]就是一个明显的例外。但大多数科学家确实认为灵魂是神话。这并非由于他们能证明灵魂这一概念是虚假的，而是他们目前并不需要这一假设。从人类历史发展的角度看，脑研究的主要目标不仅仅是理解和治疗各种各样的脑疾病（尽管这是很重要的），其目标更主要的是掌握人类灵魂的真正本质。不管灵魂这个术语是比喻性的或是确实存在的，但它恰恰是我们正在试图研究的东西。
许多受过教育的人，特别是在西方世界，也都相信灵魂只是一种比喻。一个人在被孕育之前和死后是不会存在个人生命的。他们也许会把自己称为无神论者、不可知论者、人文主义者，或是离经叛道的信徒——他们都否认传统宗教的主要观点。然而，这并不意味着他们通常考虑自己时与传统的方式完全不同。因为旧的思维习惯是很难消逝的。一个人也许在宗教意义上并不是一个信徒，但在心理上也许会继续像信徒那样思考问题，至少在日常生活中如此。
因此，我们需要使用更鲜明的术语来表述我们的想法。科学的信念就是，我们的精神（大脑的行为）可以通过神经细胞（和其他细胞）及其相关分子的行为加以解释。[3]对大多数人而言，这实在是一个惊人的概念。很难令人相信，我们自己仅是一群神经细胞的精细行为，即便这种细胞是大量的，它们的相互作用是极其复杂的。读者不妨想象一下这一观点。（“无论他说些什么，梅布尔，我知道我正在某处看世界。”）
为什么惊人的假说如此令人吃惊呢？我认为主要有三个原因。
第一个原因是许多人还不愿意接受被称作“还原论”的研究方法，即复杂系统可以通过它各个部分的行为及其相互作用加以解释。对于一个具有多种活动层次的系统，这一还原过程将不止一次地加以重复。也就是说，某一特定部分的行为可能需要用它的各个组成部分及其相互作用的特性加以解释。例如，为了理解大脑，我们需要知道神经细胞的各种相互作用，而且每个细胞的行为又需要用组成它的离子和分子的行为来解释。
这种过程在哪里终止呢？幸运的是，存在一个自然的中断点。这发生在（化学）原子的水平。每个原子有一个携带正电荷的重原子核，它被一个有组织的电子云包围。这些电子既轻又灵活，而且携带负电荷。每个原子的化学性质几乎完全由核电荷确定[4]。核的其他性质，如质量数及偶极矩、四极矩强度等次级电学性质，在大多数情况下，对它的化学性质影响很小。
大体上说来，原子核的质量数和电荷数不会发生变化，至少在生命赖以生存的温度和环境中如此。在此情况下，原子核的亚结构知识对研究化学是不必要的。原子核由各种质子和中子组成，这与质子和中子由夸克组成没有区别。为了解释大多数化学事实，所有的化学家都需要知道原子的核电荷数。为此，我们需要懂得一种料想不到的力学类型——量子力学，它控制微小粒子特别是电子的行为。实际上，由于计算很快就变得极端复杂，因此，人们主要是应用各种粗略的“拇指规则”（rules-of-thumb），以便用量子力学术语进行合理的解释。在这一水平以下，我们无须去冒险[5]。
至今仍有许多人企图说明还原论是行不通的。他们通常先是采用相当正式的定义形式，进而说明这种类型的还原论是不真实的。他们忽略的一点是，还原论并非用一组低层次上的、固定的思想去解释另一组高层次的、固定的思想。它并不是一个一成不变的过程，而是一个动态的相互作用过程。它随着知识的发展，不断修改两个层次已有的观念。“还原论”毕竟是推动物理学、化学和分子生物学发展的主要理论方法。它在很大程度上推动了现代科学的蓬勃发展。除非遇到强有力的实验证据，需要我们改变态度，否则，继续运用还原论就是唯一合理的方法。反对还原论的泛泛的哲学争论是我们不希望看到的。
另外一个某些人喜欢的哲学论点是“还原论”中包含了“分类错误”。例如，20世纪20年代时他们说，把基因视为一种分子（现在我们应该说是配对分子中的一部分）是一种分类上的错误。基因是一回事，分子则是另外一回事。现在看来，这种反对意见是十分空洞的。[6]分类对于我们来说并非绝对的，只是人们的一种规定而已。历史告诉我们，某种听起来很合理的分类，有时也可能是错误的和会使人发生误解的。回想一下古代和中世纪医学上有关人体四种体液的分类（血液、黏液、黄胆汁和黑胆汁），我们就清楚了。
惊人的假说使人感到奇怪的第二个原因，是意识的本质。比如说，我们有一幅外部世界的生动的内部图画。如果把它仅仅看成神经元行为的另外一种描述方式，这看来也是一种分类错误。但是我们已经看到，这种论点并不总是可信的。
哲学家特别关心可感受特性问题，如怎样解释红的程度和痛的程度。这是一个非常棘手的问题。它来自这样一个事实：不管我们自己感受到的红色多么鲜明，都无法与其他人进行准确的交流，至少在通常情况下是这样的。倘若你不能以确定的方式描述一个物体的特性，那么当你使用还原论的术语解释这些特性时，就可能遇到某些困难。当然这并不是说，在适当的时候无法向你解释清楚你看红色时的神经相关物[7]。换句话说，我们有可能说，只有你头脑中一定的神经元和（或）分子以确定的方式活动时，你才能感受到红色。这也许说明了，为什么你能体验到鲜明的颜色感觉。为何某种神经行为必定使你看到红色，另一种神经行为使你看到蓝色，而不是相反的情况。
即使得出结论说，我们不能解释红色的程度（因为你无法将你的红色感觉准确地告诉我），这也并不意味着，你我看到的红色是不同的。如果我们知道，你我大脑中的红色神经相关物严格相同，我们就可以作出科学推论，你我在观看红色时具有同样的感受。问题在于“严格”一词。我们能有的精确程度，取决于我们对该过程的详尽知晓。如果红色的神经相关物主要依赖于我过去的经历，而你我的经历又大不相同，那么我们就不能推断出你我看到的红色完全相同。
因此，可能有人做出结论，要想了解各种不同形式的意识（consciousness），我们首先就需要知道它们的神经相关物。
惊人的假说让人感到奇怪的第三个原因，是我们无法否认“意志（will）是自由的”这种感觉。两个相应的问题立刻就会产生：我们能够发现表现为自由意志的事件的神经相关物吗？我们的意志并不仅仅表现为自由的吗？我相信，只要我们首先解决了意识问题（problem of awareness or consciousness），[8]再解释自由意志就会比较容易了。（该问题将在附录中用较长篇幅加以讨论）
这一超常的神经机器（machine）是怎样产生的呢？要理解大脑，非常重要的一点就是要懂得，大脑是在长期的进化过程中自然选择的最终产物。大脑并非由工程师设计的，但它能在狭小的空间内靠消耗微不足道的能量来完成十分巧妙的工作。双亲遗传给我们的基因经历了千百万年的进化，它受到我们远古祖先生活经历的深刻影响。这些基因以及在出生前由其引导的发育过程决定了大脑各部位的基本结构。我们已经知道，出生时的大脑并非白纸一张，而是一个复杂的结构，它的很多部分已经各就各位。经验将会不断调节这一大体确定的装置，直到它能完成精细的工作。
进化并非一个彻底的设计者。确实，正如法国分子生物学家雅克布（Franccois Jacob）所说：“进化是一个修补匠。”[4]它主要通过一系列较小的步骤，根据从前已有的结构去构造。进化又是机会主义的。只要某一新装置可以工作，即使工作方式很奇特，进化也会采用它。这就意味着，最有可能被进化选上的，是那些较容易地叠加到已有结构上的改变和改进。它的最终设计不会很彻底，而是一群相互作用的小配件的零散累加。令人奇怪的是，这种系统比直接针对某项任务设计的机器往往工作得更好。
成熟的大脑是自然和培育的共同产物，从语言方面就很容易认识到这一点。只有人类才具备流利地使用复杂语言的能力，而与我们有着最近亲缘关系的类人猿，即使经过长期的训练，它的语言也是很贫乏的。而且我们学得的实际语言也在很大程度上依赖于我们成长的环境和生活方式。
还需要说明两个更具哲学意味的观点。
第一个需要澄清的观点是，大脑的许多行为是“突现”的，即这种行为并不存在于像一个个神经元那样的各个部分之中。仅仅每个神经元的活动是说明不了什么问题的。只有很多神经元的复杂相互作用才能完成如此神奇的工作。
突现（emergent）一词具有双重含义。首先它具有神秘的色彩。这就意味着，突现行为无论如何（哪怕在原理上）也不能理解为各个分离部分的组合行为。我发现很难说明这种想法指的是什么。突现的科学含义（或者说至少我是这样使用的）是指如下假设：即使整体行为不等同于每一部分的简单叠加，但这种行为至少在原理上可以根据每一部分的本性和行为外加这些部分之间如何相互作用的知识去理解。
一个简单的例子就是基础化学中的有机化合物，比如苯。苯分子由对称地排列在一个环上的六个碳原子以及环的外侧与每个碳原子相连的氢原子组成。除了质量之外，苯分子的其他特性并非都是12个原子的简单叠加。然而，只要了解各部分的相互作用机制，其化学反应和光谱吸收等特性都可以计算出来。当然，这需要量子力学告诉我们如何去做。奇怪的是，并没有人会从“苯分子大于其各部分的总和”的说法中获得神秘的满足感。然而有很多人乐于用这样的方式谈论大脑。大脑如此复杂且因人而异，因此，我们也许永远得不到某个特定大脑如何工作的详细知识。但我们至少有希望了解，大脑如何通过很多部分的相互作用产生复杂的感觉和行为的普遍原理。
当然，也许还有某些重要的过程尚未被发现。但我怀疑，即使我们已经知道大脑某个部分的确切行为，在某些情况下，我们也无法立刻了解对它的解释。因为其中可能包含了许多尚未阐明的新的概念和想法。但是我们并不像某些悲观主义者那样，认为我们的大脑生来就不能理解这些想法。如果这些困难确实存在，当我遇到它们时，我宁愿正视它们。我们具有高度进化和发达的大脑，它使我们能够顺利地处理与日常生活紧密相关的很多概念。无论如何，受过训练的大脑能够把握许多超越我们日常经验的现象，比如相对论和量子力学。这些思想是违反直觉的，但长期的实践能使受过训练的大脑正确地理解和熟练地处理这些现象。有关我们大脑的想法很可能具有同样的基本特点。起初看起来它们似乎很陌生，但经过实践我们也许能满怀信心地操纵它们。
无论是大脑的各个组成部分，还是它们之间的相互作用，都没有明显的理由说明我们无法获得这些知识。只是由于其涉及过程的极端复杂性和多样性，我们的进展才如此缓慢。
第二个需要澄清的哲学难题涉及外部世界的真实性。我们大脑的进化结果主要适宜处理我们自身以及与周围世界的相互作用。但这个世界是真实的吗？这是一个由来已久的哲学问题。在这里，我们不想被卷入由此引发的喋喋不休的争论之中。我只想陈述一下我自己的研究假设：确实存在一个外部世界，它大体上不依赖于我们对它的观察。我们也许永远不能全面了解这个外部世界，但我们能够通过我们的感觉和大脑的操作获得外部世界某些方面的近似信息。如我们将在下文中看到的那样，我们不可能意识到我们头脑中所发生的一切，我们只能意识到大脑活动的某些方面。此外，无论是对外部世界本质的解释还是对我们自身内省的解释，这些过程都可能出现错误。我们可能以为，我们知道自己某项活动的动机，但至少在某些情况下很容易说明，我们实际上是在欺骗自己。