我们的感觉和身体活动的指令来自何方？情绪、意识、学习与记忆等认知活动的居所又在哪里？自古以来，人类对这些问题就从未停止过好奇。漫漫几千年来，人们对这些问题的认识从朴素、粗浅的心灵中心观，走到了精细、深入的脑中心观。脑，这个“已知宇宙中最复杂的物体”，吸引了人类历史上无数聪颖的头脑去破解它的秘密。

马修·科布的著作《大脑传》由中信出版集团最新推出，首都师范大学哲学系资深教授陈嘉映评价说：“如果你想只读一本书来了解脑科学的过去与现状，这本书大概是不二之选。”

马修·科布是英国曼彻斯特大学动物学教授、神经科学家、科学作家，研究兴趣主要是昆虫的嗅觉和行为。科布此前出版过多部科学史题材的作品，其中讲述17世纪的科学家探索性、生命和机体生长的作品《卵子与精子的竞赛》获得了伦敦动物学会年度图书奖，讲述科学家破解遗传密码的作品《生命的最伟大秘密》不仅入围英国皇家学会科普图书奖决选名单，还被世界顶级的生命科学期刊《细胞》杂志盛赞为“大师级的作品”，“应该成为遗传学和分子生物学相关专业研究生的科学史必读书。”

2021年，英国最具影响力的遗传学学术组织英国遗传学会将该年度的霍尔丹奖（JBS Haldane Lecture Award）授予科布，表彰他在向公众普及遗传学方面的杰出贡献。

谈及创作《大脑传》初衷，马修·科布表示，自己想通过本书刺激大家反思脑是什么、脑有什么功能以及脑是如何实现其功能的，“并在此基础上鼓励大家去思考，在没有新技术性隐喻指导的情况下，我们下一步该如何做。这也正是本书不仅是一部历史著作的原因之一：本书希望强调为什么科学中最重要的5个字是‘我们不知道’。”

虽然是一名神经科学家

但对历史感兴趣

《大脑传》中，马修·科布以脑的隐喻为切入点，介绍了人类脑的认识史上一个又一个里程碑，以及那些做出伟大发现的科学家。从心智源自心脏的观点到把脑视作机器的机械观，从电与神经活动的关系到神经系统的神经元学说，从神经信号如何表征信息到脑功能的局域化定位与分散式分布之争，从把脑看作一成不变的电路到把脑视作一个具有可塑性的网络，作者历数了人类对脑认识的曲折演进历程，讲述了脑科学研究对计算机、人工智能等领域的诞生和发展产生的深远影响，勾勒出了一部群星闪耀、波澜壮阔的科学史诗。

马修·科布表示，在自己职业生涯的大部分时间里，他实际上并没有在研究大脑，“我一直对行为很感兴趣。行为是大脑的最终输出，是它的全部意义所在。要想把某种特定的行为与大脑某些特定结构的神经活动联系起来是非常困难的，除非你使用一种非常模糊的方式。”

马修·科布在学生时代就开始对昆虫的行为以及基因在行为产生中的作用很感兴趣，“当时我读了一篇论文，这篇论文介绍了美国科学家是如何创造出一种没有学习能力的果蝇的，我当即决定自己未来要在这个领域工作。到今天，我从事这方面的研究已经超过45年了。虽然我并没有直接研究大脑，但我一直在阅读并和同行讨论在各种动物上开展的有关大脑结构和功能的研究，试图了解进化是如何使动物界产生如此纷繁复杂的行为的。《大脑传》就是我过去近半个世纪研习和思考的产物。”

尽管《大脑传》也讲述了神经科学史上的故事和发现，但这本书的切入点是人类有关大脑的概念的演变，这是一部脑的概念史。

对于为何选择这样一个角度，马修·科布表示自己虽然是一名神经科学家，但对历史也很感兴趣，“要想充分理解我们已有一定认知的事物，你需要了解我们是如何走到今天的，所以我在写这本书时总是会从历史的角度出发。但起初，我发现很难摆脱一种困境，文稿总显得像是‘事件A发生了，接着事件B又发生了’的堆砌，没有一个主题或框架把这些事件联系起来。”

随着写作的深入，马修·科布发现了一个很有意思的点——隐喻是如何帮助科学家理解大脑的运作的。他说：“我以前写过关于隐喻和科学的话题，例如《生命的最伟大秘密》。就大脑而言，这些隐喻大多来自技术领域，最新的一种隐喻是脑是一台计算机。一旦确定了这一点，我就意识到自己有一个概念框架了，可以让这本书更有趣，而不是去阐述有关大脑的解剖学发现的历史，我对这些兴趣不大，我感兴趣的是脑的功能。大脑的解剖学发现大多与人脑有关，而我对‘作为一种独特的动物器官的大脑’更感兴趣。所以，在写作的过程中，这本书演变成了一本关于脑的概念史。”

将脑视为一台机器是一个革命性的理念

提出“将脑视为一台机器”的是丹麦解剖学家尼古拉斯·斯丹诺，马修·科布称赞说这是一个“革命性的理念”。

1665年，一小群思想家在法国巴黎南部郊区的伊西齐聚一堂，丹麦解剖学家尼古拉斯·斯丹诺向他们作了一次演讲，这次非正式会谈是催生法国科学院的原因之一，现代对脑的认知方式也是从这一刻开始的。斯丹诺在他的演讲中大胆地指出，如果我们想要理解脑的功能以及脑的运作方式，而不单单是描述其组成部分，那么我们就应该将脑视为一台机器，并拆解开来观察其如何运转。

在此后的350多年里，人们研究脑的方式一直都遵循着斯丹诺的建议：窥探死亡的脑组织；切下活脑的一小块并加以研究；记录神经细胞（神经元）的电活动；甚至在最近，通过改变神经元的功能来诱发惊人的结果。科布认为，斯丹诺的远见卓识深刻地影响了其后几个世纪的脑科学研究，并且是人们对脑这个非凡器官的认知能够取得显著进步的根源所在，“现在，我们可以使一只小鼠记住它从未嗅过的气味，使健忘的小鼠获得良好的记忆力，甚至可以使用电流改变人类感知人脸信息的能力。我们也正在越来越详尽地描绘出人类和其他生物复杂的脑功能图谱。我们可以随意改变一些物种特有的脑部结构，进而改变其行为。我们还能使一个瘫痪的人通过意识控制机械臂，这体现了我们对脑日益深入的理解所能带来的深远影响。”

尽管神经科学家对大脑的理解取得了许多进展，但有关脑的概念似乎并没有太大变化。

对此，马修·科布认为，大多数神经科学家都会承认，自20世纪50年代以来，人们有关大脑的关键思想和概念并没有发生太大的变化，因为这些观念基本上都是正确的。

在基于神经元的模型中，大脑能表征外部世界以及身体的状态，并且能通过类似计算的过程来预测或探索“如果产生某种行为，可能会发生什么”。这种出现于20世纪40年代的观点与计算科学的发展一直在相互影响。一些和大脑有关的观念影响了计算科学，反之亦然。

然而，在过去十年左右的时间里，科学家越来越清楚地认识到，即使有了这个框架，人们仍然完全不知道任何大脑，即使是果蝇幼虫的脑，具体的运作机制是怎样的。

有神经科学家提出了一些挑战神经科学基本观点的看法，例如，有人对感觉神经元能否表征外部世界这一点提出了质疑，或者更确切地说，是对“表征”是否是看待这个问题的最佳方式表示质疑。

此外，连接组学和其他有关大脑结构和功能的研究如今已经获得了大量的数据，但这些数据目前还无法完全被纳入任何一个理论框架中。因此，马修·科布认为，即使是在构建一个最简单的神经元网络模型这个问题上，神经科学界目前也还没有一个能被普遍认可的理论方法。这暗示着一场迫在眉睫的危机，“或者换一个不这么戏剧化的说法：我们正在慢慢地陷入数据的泥潭，需要一些新的想法。”

脑科学只可能逐步且缓慢地进步

伟大的发现往往得益于强大的新工具的出现。电生理记录、GFP（绿色荧光蛋白）、fMRI（功能性磁共振成像）、转基因技术、光遗传学、基因编辑，这些方法都为科学家理解大脑带来了新的见解。

但是在马修·科布看来，人们更需要的是新的想法，而不仅仅是新的数据形式，“早在21世纪初就有人提出同样的观点，世界各地的实验室的数据狂潮至今只增不减。”

马修·科布介绍，科学家们目前正在对各种各样的脑（从最小的脑到人类自己的脑）进行研究，也在积累有关脑结构和脑功能的海量数据。数以万计的研究者正付出大量的时间以及精力探究和思考脑的活动，令人惊叹的新技术也赋予了人们描绘和操纵脑活动的能力。“我们每天都会听说新的发现如何为理解脑活动提供新的思路。与此同时，能让我们化不可能为可能的新技术的希望（或者威胁）也随之而来，包括读心术、通过脑电波识别罪犯，甚至把思维上传到计算机里。”

与这些令人兴奋的展望不同，过去十年间学术期刊和书籍上发表的观点显示，神经科学家群体中流传着一种看法，认为脑科学的未来之路并不清晰。除了单纯地收集更多的数据或者指望出现最新的激动人心的实验手段外，人们很难看清该往何处去。

当然，科布说也并不是每个人都这么悲观，“有一些神经科学家信心十足地宣称，新数学方法的应用能让人们理解人脑中难以计数的神经连接，另一些科学家则致力于研究尺度复杂性上另一极的动物脑——线虫或果蝇幼虫极其微小的脑。”他们试图使用成熟的技术来探究这些简单的系统如何工作，然后把获得的知识应用于探究更复杂的脑。在思考过这些难题的神经科学家中，很多人都认为脑科学只可能逐步且缓慢地进步，因为这个领域并没有一个自己的“大统一理论”。

脑中并不存在一个超脱于肉体的人在注视着这些活动

马修·科布认为，尽管人们对脑已经有了相当程度的基本认知，但对于数十亿个、数百万个、数千个甚至仅仅数十个神经元是如何协同工作，从而产生脑活动的，人们仍然没有清楚的认识。

对于脑是如何工作的，人们已经有了一些宽泛的了解：脑与世界互动，然后和身体的其余部分一起，用先天和后天形成的神经网络来表征有关外界刺激的信息。脑会预测这些信息可能发生何种变化，以便准备随时做出反应。

作为身体的一部分，脑还负责组织各项身体活动。这一切都靠神经元及其复杂的相互连接以及浸淫神经元的化学信号共同完成。“事实上，在你的脑中并不存在一个超脱于肉体的人在注视着这些活动，无论这与你内心深处的感受多么背道而驰。脑中只有神经元、神经元之间的连接以及在这些神经网络间传递的化学物质。”

然而，对于在神经网络层面和组成神经网络的细胞的层面上脑中究竟发生了什么，或者在一个特定的神经网络活动发生改变后会发生什么，马修·科布认为，人们的了解才刚刚起步，“通过在小鼠的脑中精准地复制所发现的神经元活动模式，我们也许能在小鼠的脑中人工诱导出视觉，但我们目前仍然不太清楚视觉感知为什么会产生这样的神经元活动模式，也不清楚这样的神经元活动模式是如何产生的。”

不担心科幻小说中计算机拥有

意识杀死人类的事情成为现实

随着计算机科学的进步，人类现在手握前所未有的强大计算能力。这种能力将如何塑造人们对大脑的理解？

马修·科布坦承自己不在那些对人工智能和机器学习的强大能力深表赞叹的人之列,“更确切地说，我惊叹于人工智能和机器学习的能力，但在揭示大脑如何运作这个领域，我认为它们的表现就没那么惊艳了。无论是在运作方式还是在具体活动上，有机的结构和计算机都是完全不同的，我认为我们无法通过借鉴计算机来理解大脑的活动。因此，关于机器学习，我一点也不担忧某些科幻小说里描述的情节——比如，全世界的计算机有一天突然变得拥有意识，并试图杀掉我们——会成为现实。这些想法低估了计算机与大脑相比有多愚蠢，也低估了哪怕是最简单的大脑的复杂性。”

自2000年以来，有9项诺贝尔奖颁给了22位科学家，表彰他们在神经科学领域的发现或者表彰他们发明了对神经科学研究产生重大影响的工具。如果在未来的几年有诺贝尔奖再次颁发给神经科学领域的科学家，马修·科布认为应该颁给谁？

在马修·科布看来，光遗传学无疑将是一个应用广泛并且极其重要的工具，“尽管我认为它存在一些许多研究者没有意识到的问题。光遗传学使科学家能够用光特异性地激活某个神经元，但神经元并不是非开即关的二元开关。我的实验室和许多其他实验室的研究表明，用光遗传学方法诱导出的神经活动与自然状态下的神经活动完全不同。因此，你可以在实验中用光遗传学来驱动行为，但这并不意味着在现实中，诱导出的那些神经活动和行为输出之间的联系真的就像你在实验中观察到的那样。如果我是诺贝尔委员会的成员，那么我会把奖颁给伊芙·马德，尽管她还没有彻底搞清楚她研究的那个系统。”

脑的复杂程度超乎想象，马修·科布认为，任何一个脑，不只是人脑，都堪称已知宇宙中最复杂的物体，“天文学家马丁·里斯爵士曾指出，一只昆虫都比一个恒星更复杂。达尔文也说过，蚂蚁的脑虽然很小，却能产生非常复杂的行为，简直是‘世界上最不可思议的物体之一，也许比人脑还不可思议’。我们面对的正是这样量级的挑战。我们应当把当前的无知视作一种需要克服的挑战，而不是失败的迹象，这是我们前进的动力。有了这个动力，我们才能集中注意力和资源，去发掘那些需要破解的难题并制订寻找答案的研究计划。”

谈及近况，马修·科布透露自己刚写完一本关于基因工程历史的书，“这本书着眼于这项技术的科学、文化和政治。我感兴趣的是基因工程的梦想和噩梦在过去半个世纪里是如何反复出现的，我试图区分什么样的研究是理性的，什么样的研究失去了理智，以及监管部门和艺术家对这些研究和现象作何反应。”

马修表示，这是一本与《大脑传》截然不同的书，“但正如我此前所说，我的研究兴趣一直都是通过基因来理解行为，并且把我的研究置于历史背景之下，因此这本书的内容和我的其他工作是有关联的。”

供图/科布

文/北京青年报记者 张嘉
编辑/王静