第1章 引言
問：什麼是靈魂？
答：靈魂就是離開軀體但卻具有理智和自由意志的活的生物體。[1]
——《羅馬天主教教義問答手冊》
驚人的假說是說，“你”，你的喜悅、悲傷、記憶和抱負，你的本體感覺和自由意志，實際上都只不過是一大群神經細胞及其相關分子的集體行為。正如劉易斯·卡羅爾（Lewis Carroll）書中的愛麗絲（Alice）所說：“你只不過是一大群神經元[2]而已。”這一假說和當今大多數人的想法是如此不相容，因此，它可以真正被認為是驚人的假說。
在所有的民族和部落之中，人類對大自然特別是自身特性的興趣由來已久，儘管其表現方式有所不同。這可以追溯到有歷史記載的遠古時代，並且肯定比這個時間還要早。這從人類廣泛出現的精緻的墓葬中就可以作出判斷。大多數宗教都認為，人死後仍存在某種形式的精神，它在一定程度上體現了人類的本質。如果失去精神，軀體就不能正常工作。人死後靈魂會離開軀體，至於以後會發生的事情，是上天堂、下地獄，還是入煉獄或者轉世成為驢或蚊蟲什麼的，不同的宗教則有不同的說法。並非所有的宗教在細節上都完全一致。這通常是由於它們基於不同的教義，如基督教的《聖經》和伊斯蘭教的《古蘭經》就形成了鮮明的對比。儘管不同的宗教存在差異，但至少在一點上它們有著廣泛的共識：人類確實具有靈魂，這並不僅僅是一種比喻。當今大多數人還抱有這一信念，而且在許多情況下，這一信念相當強烈和執著。
當然也有少數例外。其中之一是少數追隨亞里士多德（Aristotle）的極端的基督教徒，他們懷疑女人是否具有靈魂或具有和男人一樣品質的靈魂。某些宗教很少關心死後的生活，如猶太教就是如此。動物是否具有靈魂，不同的宗教也有不同的說法。有一個笑話說，哲學家（儘管他們也有區別）大體上可分成兩類：自己養狗的確信狗有靈魂；自己沒有狗的則否認靈魂的存在。
然而，今天仍有少數人（包括社會主義國家的一大部分人）持有完全不同的觀點。他們認為，有別於軀體且不遵從我們已知的科學規律的靈魂完全是一種神話。我們很容易理解這類神話產生的原因。的確，倘若我們不甚瞭解物質、輻射以及生物進化的本質，那麼這種神話的出現似乎就不足為奇了。
那麼，靈魂這一基本概念為什麼應當被懷疑呢？當然，如果絕大多數人都相信靈魂，在表面看來，這本身也是靈魂存在的證據。不過，4000年前，幾乎每個人都相信地球是平的。現在，這一觀點已發生了根本變化，其主要原因是現代科學的進步。按照我們今天的標準，地球是個很小的地方，但在當時卻被認為很大，儘管當時還不知道它的確切尺寸。我們今天的大多數宗教信仰就起源於那個時代。任何一個人的直接知識僅僅來源於地球上的一個小小的部分。因而，當時人們有理由認為，地球是宇宙的中心，而人類處於宇宙的領導地位。隨著時間的流逝，地球的起源漸漸被人們遺忘。而當時認為的地球的時間跨度，儘管與人的經歷相比顯得很長，但在今天看來仍然短得可笑。那時人們相信，地球的壽命少於1萬年，這在今天看來是不難理解的。現在我們已經知道，它的真正年齡是46億年。在當時看來，星星似乎離我們很遠，大概固定在球形的太空。而實際上宇宙可延伸到無限遠（大於100億光年），這在當時簡直是不可想像的事情（某些東方宗教，如印度教，則是例外。他們把誇大時間和距離純粹作為一種樂趣）。
在伽利略（Galileo）和牛頓（Newton）之前，我們的基礎物理學知識還是很原始的。太陽和行星被認為是以某種非常複雜的方式有規律地運動著。因而他們有理由相信，只有天使才能引導它們。還有什麼別的力量能使它們的行為如此有規律呢？甚至到了十六、十七世紀，我們對化學的理解大部分還是不正確的。事實上，直至20世紀初，還有某些物理學家懷疑原子是否存在。
今天，我們已經知道了很多有關原子的特性，並賦予了每種元素一個原子序數。我們已經詳細地瞭解到它們的結構以及控制它們行為的大部分規律。物理學已經為化學提供了理論框架。我們的有機化學知識與日俱增。
我們承認，在很短的距離（在原子核內）、極高的能量及極大的引力場中發生的事情我們還不能真正理解。但是大多數科學家認為，對於地球上我們通常所處的條件（只有在非常特殊的情況下，一個原子才轉變為另外一個原子），我們知識上的這種不完備性，對理解思維和腦影響不大。
除了基本的化學和物理學知識之外，地球科學（如地理學）和天文科學（天文學和宇宙學）已經為我們生存的世界和宇宙描繪了一幅與傳統宗教建立時的基本觀念迥然不同的圖畫。宇宙的現代圖景及其發展規律，構成了目前生物學知識的基本背景。在過去的一個半世紀，這些知識發生了根本性變化。在達爾文（Darwin）和華萊士（Wallace）各自獨立地發現了導致生物進化（自然選擇過程）的基本機制之前，“造物的論點”（Argument from Design）似乎仍然是不可辯駁的。像人體這樣結構複雜和設計精巧的有機體的產生，不借助至靈至慧的造物主的設計怎麼可能呢？今天，這一論點已經完全過時了。我們知道，一切生命，從細菌到我們人類自己，都是與生物化學水平的活動緊密相關的。地球上的生命已經存在了數十億年，其間許多種類的動物和植物都已經發生了變化，而且往往是根本性的變化。恐龍已經滅絕，在它們曾經生活的地方，出現了很多新的哺乳動物。今天，無論是在野外還是在實驗室內，我們都可以觀察到基本的進化過程。
在20世紀，生物學有了突飛猛進的發展。對基因的分子基礎及其精確的複製過程，對蛋白質及其合成機制的詳細知識，都有了更深入的瞭解。現在我們已經知道，蛋白質具有很強的功能，其用途也非常廣泛，它能構成精巧的生化裝置的基礎。胚胎學（目前經常被稱為發育生物學）是當前研究的重點。一個海膽的受精卵經過多次分裂，最終會變成一個成熟的海膽。但是，如果把其受精卵第一次分裂後的兩個子細胞分開，那麼每個子細胞就會各自發育成一個獨立的、但卻更小的海膽。類似的實驗也可以在蛙卵上完成，即經過分子自身的重新組織，從本來應該產生一個動物的物質中產生出兩個小動物。這一現象在100年前被發現時，曾被認為是某種超自然的生命力（life force）作用的結果。根據生化基礎，用有機分子和其他分子的特性及其相互作用去解釋生物的戲劇性複製，似乎是不可想像的事情。現在，對這一過程的發生機制，在原理上我們感到已經沒有什麼困難了。我們曾料想這種解釋是很複雜的。科學史上充斥著一些觀點，認為有的東西在本質上就是不可理解的（例如我們永遠不會知道星星是由什麼形成的）。在大多數情況下，時間將會證明，這些預言是不正確的。
一個現代的神經生物學家，無須借助靈魂這個宗教概念去解釋人類和其他動物的行為。這使人想起當年拉普拉斯（Laplace）解釋太陽系的運動規律時，拿破侖（Napoléon）曾經提出的問題：“那麼，上帝如何發揮作用呢？”拉普拉斯回答：“陛下，我不需要這一假設。”並非所有的神經科學家都相信靈魂是一個神話，約翰·埃克爾斯爵士（sir John Eccles）[1，2]就是一個明顯的例外。但大多數科學家確實認為靈魂是神話。這並非由於他們能證明靈魂這一概念是虛假的，而是他們目前並不需要這一假設。從人類歷史發展的角度看，腦研究的主要目標不僅僅是理解和治療各種各樣的腦疾病（儘管這是很重要的），其目標更主要的是掌握人類靈魂的真正本質。不管靈魂這個術語是比喻性的或是確實存在的，但它恰恰是我們正在試圖研究的東西。
許多受過教育的人，特別是在西方世界，也都相信靈魂只是一種比喻。一個人在被孕育之前和死後是不會存在個人生命的。他們也許會把自己稱為無神論者、不可知論者、人文主義者，或是離經叛道的信徒——他們都否認傳統宗教的主要觀點。然而，這並不意味著他們通常考慮自己時與傳統的方式完全不同。因為舊的思維習慣是很難消逝的。一個人也許在宗教意義上並不是一個信徒，但在心理上也許會繼續像信徒那樣思考問題，至少在日常生活中如此。
因此，我們需要使用更鮮明的術語來表述我們的想法。科學的信念就是，我們的精神（大腦的行為）可以通過神經細胞（和其他細胞）及其相關分子的行為加以解釋。[3]對大多數人而言，這實在是一個驚人的概念。很難令人相信，我們自己僅是一群神經細胞的精細行為，即便這種細胞是大量的，它們的相互作用是極其複雜的。讀者不妨想像一下這一觀點。（“無論他說些什麼，梅布爾，我知道我正在某處看世界。”）
為什麼驚人的假說如此令人吃驚呢？我認為主要有三個原因。
第一個原因是許多人還不願意接受被稱作“還原論”的研究方法，即複雜系統可以通過它各個部分的行為及其相互作用加以解釋。對於一個具有多種活動層次的系統，這一還原過程將不止一次地加以重複。也就是說，某一特定部分的行為可能需要用它的各個組成部分及其相互作用的特性加以解釋。例如，為了理解大腦，我們需要知道神經細胞的各種相互作用，而且每個細胞的行為又需要用組成它的離子和分子的行為來解釋。
這種過程在哪裡終止呢？幸運的是，存在一個自然的中斷點。這發生在（化學）原子的水平。每個原子有一個攜帶正電荷的重原子核，它被一個有組織的電子雲包圍。這些電子既輕又靈活，而且攜帶負電荷。每個原子的化學性質幾乎完全由核電荷確定[4]。核的其他性質，如質量數及偶極矩、四極矩強度等次級電學性質，在大多數情況下，對它的化學性質影響很小。
大體上說來，原子核的質量數和電荷數不會發生變化，至少在生命賴以生存的溫度和環境中如此。在此情況下，原子核的亞結構知識對研究化學是不必要的。原子核由各種質子和中子組成，這與質子和中子由夸克組成沒有區別。為了解釋大多數化學事實，所有的化學家都需要知道原子的核電荷數。為此，我們需要懂得一種料想不到的力學類型——量子力學，它控制微小粒子特別是電子的行為。實際上，由於計算很快就變得極端複雜，因此，人們主要是應用各種粗略的“拇指規則”（rules-of-thumb），以便用量子力學術語進行合理的解釋。在這一水平以下，我們無須去冒險[5]。
至今仍有許多人企圖說明還原論是行不通的。他們通常先是採用相當正式的定義形式，進而說明這種類型的還原論是不真實的。他們忽略的一點是，還原論並非用一組低層次上的、固定的思想去解釋另一組高層次的、固定的思想。它並不是一個一成不變的過程，而是一個動態的相互作用過程。它隨著知識的發展，不斷修改兩個層次已有的觀念。“還原論”畢竟是推動物理學、化學和分子生物學發展的主要理論方法。它在很大程度上推動了現代科學的蓬勃發展。除非遇到強有力的實驗證據，需要我們改變態度，否則，繼續運用還原論就是唯一合理的方法。反對還原論的泛泛的哲學爭論是我們不希望看到的。
另外一個某些人喜歡的哲學論點是“還原論”中包含了“分類錯誤”。例如，20世紀20年代時他們說，把基因視為一種分子（現在我們應該說是配對分子中的一部分）是一種分類上的錯誤。基因是一回事，分子則是另外一回事。現在看來，這種反對意見是十分空洞的。[6]分類對於我們來說並非絕對的，只是人們的一種規定而已。歷史告訴我們，某種聽起來很合理的分類，有時也可能是錯誤的和會使人發生誤解的。回想一下古代和中世紀醫學上有關人體四種體液的分類（血液、黏液、黃膽汁和黑膽汁），我們就清楚了。
驚人的假說使人感到奇怪的第二個原因，是意識的本質。比如說，我們有一幅外部世界的生動的內部圖畫。如果把它僅僅看成神經元行為的另外一種描述方式，這看來也是一種分類錯誤。但是我們已經看到，這種論點並不總是可信的。
哲學家特別關心可感受特性問題，如怎樣解釋紅的程度和痛的程度。這是一個非常棘手的問題。它來自這樣一個事實：不管我們自己感受到的紅色多麼鮮明，都無法與其他人進行準確的交流，至少在通常情況下是這樣的。倘若你不能以確定的方式描述一個物體的特性，那麼當你使用還原論的術語解釋這些特性時，就可能遇到某些困難。當然這並不是說，在適當的時候無法向你解釋清楚你看紅色時的神經相關物[7]。換句話說，我們有可能說，只有你頭腦中一定的神經元和（或）分子以確定的方式活動時，你才能感受到紅色。這也許說明了，為什麼你能體驗到鮮明的顏色感覺。為何某種神經行為必定使你看到紅色，另一種神經行為使你看到藍色，而不是相反的情況。
即使得出結論說，我們不能解釋紅色的程度（因為你無法將你的紅色感覺準確地告訴我），這也並不意味著，你我看到的紅色是不同的。如果我們知道，你我大腦中的紅色神經相關物嚴格相同，我們就可以作出科學推論，你我在觀看紅色時具有同樣的感受。問題在於“嚴格”一詞。我們能有的精確程度，取決於我們對該過程的詳盡知曉。如果紅色的神經相關物主要依賴於我過去的經歷，而你我的經歷又大不相同，那麼我們就不能推斷出你我看到的紅色完全相同。
因此，可能有人做出結論，要想瞭解各種不同形式的意識（consciousness），我們首先就需要知道它們的神經相關物。
驚人的假說讓人感到奇怪的第三個原因，是我們無法否認“意志（will）是自由的”這種感覺。兩個相應的問題立刻就會產生：我們能夠發現表現為自由意志的事件的神經相關物嗎？我們的意志並不僅僅表現為自由的嗎？我相信，只要我們首先解決了意識問題（problem of awareness or consciousness），[8]再解釋自由意志就會比較容易了。（該問題將在附錄中用較長篇幅加以討論）
這一超常的神經機器（machine）是怎樣產生的呢？要理解大腦，非常重要的一點就是要懂得，大腦是在長期的進化過程中自然選擇的最終產物。大腦並非由工程師設計的，但它能在狹小的空間內靠消耗微不足道的能量來完成十分巧妙的工作。雙親遺傳給我們的基因經歷了千百萬年的進化，它受到我們遠古祖先生活經歷的深刻影響。這些基因以及在出生前由其引導的發育過程決定了大腦各部位的基本結構。我們已經知道，出生時的大腦並非白紙一張，而是一個複雜的結構，它的很多部分已經各就各位。經驗將會不斷調節這一大體確定的裝置，直到它能完成精細的工作。
進化並非一個徹底的設計者。確實，正如法國分子生物學家雅克布（Franccois Jacob）所說：“進化是一個修補匠。”[4]它主要通過一系列較小的步驟，根據從前已有的結構去構造。進化又是機會主義的。只要某一新裝置可以工作，即使工作方式很奇特，進化也會採用它。這就意味著，最有可能被進化選上的，是那些較容易地疊加到已有結構上的改變和改進。它的最終設計不會很徹底，而是一群相互作用的小配件的零散累加。令人奇怪的是，這種系統比直接針對某項任務設計的機器往往工作得更好。
成熟的大腦是自然和培育的共同產物，從語言方面就很容易認識到這一點。只有人類才具備流利地使用複雜語言的能力，而與我們有著最近親緣關係的類人猿，即使經過長期的訓練，它的語言也是很貧乏的。而且我們學得的實際語言也在很大程度上依賴於我們成長的環境和生活方式。
還需要說明兩個更具哲學意味的觀點。
第一個需要澄清的觀點是，大腦的許多行為是“突現”的，即這種行為並不存在於像一個個神經元那樣的各個部分之中。僅僅每個神經元的活動是說明不了什麼問題的。只有很多神經元的複雜相互作用才能完成如此神奇的工作。
突現（emergent）一詞具有雙重含義。首先它具有神秘的色彩。這就意味著，突現行為無論如何（哪怕在原理上）也不能理解為各個分離部分的組合行為。我發現很難說明這種想法指的是什麼。突現的科學含義（或者說至少我是這樣使用的）是指如下假設：即使整體行為不等同於每一部分的簡單疊加，但這種行為至少在原理上可以根據每一部分的本性和行為外加這些部分之間如何相互作用的知識去理解。
一個簡單的例子就是基礎化學中的有機化合物，比如苯。苯分子由對稱地排列在一個環上的六個碳原子以及環的外側與每個碳原子相連的氫原子組成。除了質量之外，苯分子的其他特性並非都是12個原子的簡單疊加。然而，只要瞭解各部分的相互作用機制，其化學反應和光譜吸收等特性都可以計算出來。當然，這需要量子力學告訴我們如何去做。奇怪的是，並沒有人會從“苯分子大於其各部分的總和”的說法中獲得神秘的滿足感。然而有很多人樂於用這樣的方式談論大腦。大腦如此複雜且因人而異，因此，我們也許永遠得不到某個特定大腦如何工作的詳細知識。但我們至少有希望瞭解，大腦如何通過很多部分的相互作用產生複雜的感覺和行為的普遍原理。
當然，也許還有某些重要的過程尚未被發現。但我懷疑，即使我們已經知道大腦某個部分的確切行為，在某些情況下，我們也無法立刻瞭解對它的解釋。因為其中可能包含了許多尚未闡明的新的概念和想法。但是我們並不像某些悲觀主義者那樣，認為我們的大腦生來就不能理解這些想法。如果這些困難確實存在，當我遇到它們時，我寧願正視它們。我們具有高度進化和發達的大腦，它使我們能夠順利地處理與日常生活緊密相關的很多概念。無論如何，受過訓練的大腦能夠把握許多超越我們日常經驗的現象，比如相對論和量子力學。這些思想是違反直覺的，但長期的實踐能使受過訓練的大腦正確地理解和熟練地處理這些現象。有關我們大腦的想法很可能具有同樣的基本特點。起初看起來它們似乎很陌生，但經過實踐我們也許能滿懷信心地操縱它們。
無論是大腦的各個組成部分，還是它們之間的相互作用，都沒有明顯的理由說明我們無法獲得這些知識。只是由於其涉及過程的極端複雜性和多樣性，我們的進展才如此緩慢。
第二個需要澄清的哲學難題涉及外部世界的真實性。我們大腦的進化結果主要適宜處理我們自身以及與周圍世界的相互作用。但這個世界是真實的嗎？這是一個由來已久的哲學問題。在這裡，我們不想被捲入由此引發的喋喋不休的爭論之中。我只想陳述一下我自己的研究假設：確實存在一個外部世界，它大體上不依賴於我們對它的觀察。我們也許永遠不能全面瞭解這個外部世界，但我們能夠通過我們的感覺和大腦的操作獲得外部世界某些方面的近似信息。如我們將在下文中看到的那樣，我們不可能意識到我們頭腦中所發生的一切，我們只能意識到大腦活動的某些方面。此外，無論是對外部世界本質的解釋還是對我們自身內省的解釋，這些過程都可能出現錯誤。我們可能以為，我們知道自己某項活動的動機，但至少在某些情況下很容易說明，我們實際上是在欺騙自己。