人性屬於一個科學議題，隨著新事實的不斷湧現，我們關於這一概念的理解也會發生改變。有時候，新的事實可能會表明，某些理論或許過於強調人類大腦中的先天結構了。例如，我們擁有的語言天賦可能並不涉及掌握名詞、動詞、形容詞和介詞，我們只是能夠區分一個詞是更像名詞還是更像動詞罷了。而另一些時候，我們可能會發現，某些理論對人類大腦的先天結構又過於忽略了。當前，沒有任何一種人格理論能夠解釋為何被分開撫養的一對同卵雙胞胎都會喜歡將橡皮筋綁在手腕上，或者總是在擁擠的電梯裡假裝打噴嚏。
另一個值得注意的問題是，大腦是如何運用我們通過感覺獲取到的信息的。我們在語言和社會互動方面的機制一旦被啟用，某些類型的學習或許僅僅是在記住將來可能有用的信息，如某個人的姓名或者一條新的法律條文內容。另一些類型的學習可能包括撥打電話、按動開關或者計算平均數，這些情況類似於儀器裝置就緒而輸入的參數未定，這時大腦就會搜尋出當前情境涉及的特定變量。還有一些類型的學習是使用常規環境提供給我們的，諸如地心引力、各種顏色以及視覺領域中的各種線條之類的信息來調整我們的感覺運動系統。同時，先天稟賦和後天教養之間還存在其他一些交互作用方式，兩者之間存在的大量交互作用使它們之間的界限變得日漸模糊。
本書基於的是這樣一種判斷：不管相關研究最終能精確到何種程度，人性都必然是普適的和複雜的。我想，我們應該有理由相信，人類大腦中存在著一系列用於推理和溝通的情感、動機和能力方面的組織結構，這些結構有著共同的邏輯，不會因文化不同而變化，既不可能被消除掉，也不可能對其進行再造，它們是在人類進化過程中通過自然選擇形成的，它們的一些最基本的構造以及某些變異是由基因組中的信息決定的。對人性這樣一個大致的判斷，意味著我們需要去接受當前和未來的一系列理論以及大量可預見的科學發現。
但這並不意味著我們要接受任何理論和研究發現。可以想像的是，科學家們可能會發現，沒有足夠的信息表明基因組中存在著明確負責先天神經活動的基因，或者他們會發現大腦中尚不存在能容納先天神經活動的機制。又或者，他們可能會發現，大腦中的物質都是有多種用途的，因此它能夠吸收感知器官輸入的任何形式的信息並對其進行組織，從而實現各種目標。前一種研究發現決定了先天組織不可能存在；而後一種發現則決定了先天組織沒有存在的必要。這些發現將使得人性這一概念受到質疑。與那些來自道德和政治領域對人性概念的質疑（亦即我將在本書後面的章節中討論的那些質疑）不同的是，上述這些質疑是從科學角度提出的。如果真有這樣一些發現的話，我覺得最好要先對它們進行一番仔細地審視。
本章關注的是三方面的科學進展，這些科學進展有時候會被認為消解了複雜人性存在的可能性。第一個方面的挑戰來自「人類基因組計劃」（Human Genome Project）。當人類的基因組序列在2001年被首次公佈出來時，遺傳學家們感到很詫異，因為基因的數目比他們之前預計的少了很多。統計出來的基因數目大概在3.4萬個左右，而之前估計的數目在5萬～10萬個之間。一些報刊的評論文章認為，基因的數目較少，意味著大腦不能承載太多的事物，因此，任何認為存在先天才能或者稟賦的說法都站不住腳，甚至還有人將這視作對自由意志的辯護：大腦這個機器越小，留給自由意志這個幽靈的空間就越大。
第二方面的挑戰來自用計算機模型來比擬神經網絡，進而對認知過程進行研究取得的一些發現。這些神經網絡模型在解釋大腦如何掌握它所接收的信息的統計模式方面非常成功。一些來自認知科學中的聯結主義學派的模型構建者認為，一般的神經網絡就能解釋人類所有的認知活動，基本，或者說根本不存在特定的負責某種先天特定能力（如社會性推理和語言）的神經網絡。在第2章中，我們提到了聯結主義的奠基人戴維·魯姆哈特和詹姆斯·麥克蘭德，他們認為，人類之所以比老鼠聰明，只是因為人腦中有著更多的聯絡皮層，並且人類的環境中包含著能夠將其組織起來的文化。
第三個方面的挑戰來自對神經系統可塑性的研究。這些研究考察了胎兒和嬰幼兒大腦的發展機制，以及動物的大腦在學習記錄這些經驗時的作用方式。神經科學家最近的研究已經揭示出了大腦在進行學習、實踐和處理獲得的感官信息的變化方式。從這些發現引申出來的一種觀念可以被稱為極端可塑論。按照這種觀念，大腦皮層（負責感知、思維、言語和記憶功能的呈螺旋狀的大腦灰質）屬於一種多變物質，它可以隨著環境和要求的改變而發生無限可能的變化。如此一來，空空如也的白板就變成了可塑板。
聯結主義和極端可塑論在西極學派的認知科學家中間非常盛行，他們否認大腦如同一塊白板，卻試圖將先天的大腦組織結構限定在注意與記憶偏差之內。無論是對於神經科學家還是對於企業家來說，極端可塑論都具有確切無疑的吸引力，因為神經科學家們想要強調他們的研究領域對於教育和社會政策的重要性，而企業家們則急於出售那些促進嬰兒發育、治療學習困難或是延緩衰老的商品。在科學領域之外，這三方面的研究進展也受到了不少人文學科領域學者的青睞，這些人試圖抵制生物學對人文領域的侵蝕。可以說，基因組數目的縮水、聯結主義以及極端可塑性理論是「白板說」最後的救命稻草。
本章的主旨在於，闡明上述這些主張並不是「白板說」的辯詞，而是「白板說」的衍生物。包括一些科學家在內的不少人都抱有先入為主的看法，認為大腦不可能有什麼先天的組織結構，或是過於簡單地認為，如果大腦中存在先天的組織結構，那麼這種結構又是如何在基因中進行編碼，並在大腦中得以發展的呢？因此，他們會選擇性地看待有關證據，有時甚至達到了莫名其妙的地步。
從一開始我就認為，「白板說」的這幾種新理論非常令人難以置信，事實上，這些理論幾乎沒有邏輯條理。大腦裡一無所有，那麼它就什麼也產生不了，因此大腦的複雜性必然有其出處。它不可能僅僅來自環境，因為擁有大腦的關鍵之處在於它會實現某些特定的目標，而環境無法告訴我們這些目標應該是什麼。特定的環境會促使有機體能夠修築水壩，依據星象而遷徙，通過舞動和叫聲來吸引雌性的注意，用腺體在樹木上做標記，寫十四行詩，等等。對於某個種族而言，某句話可能寓意著逃走的警告；而對於另外一個種族來說，這句話可能很新奇，會被新納入他們的語音體系中；而對於其他的種族而言，他們又可能會把這句話作為語法分析的對象。因為，信息本身並不能告訴你應該怎麼做。
同樣，大腦組織也並非什麼可以使人類個體獲得某種實用能力的妖魔鬼怪。它只是一種生理機制，一種能夠按照特定的方式將輸入轉化為輸出的物質組合。那種認為單一的普通物質可以做到深入洞察、控制手部活動、吸引伴侶、養育孩子、躲避捕食者和戰勝獵物等一系列活動，而無須分化為特定的具體用途的看法並不可信。與其認為大腦之所以能夠解決這些問題是因為它的「可塑性」，還不如說大腦是通過魔法來解決這些問題的。
在本章中，我還會對那些反對人性概念的最新科學發現進行深入的檢驗。從其自身來看，這些發現都非常重要，即使它並不支持之前得出的一些過於誇張的結論。對「白板說」的這些救命稻草進行評估後，我們就能準確地總結出反對「白板說」的科學論據。
基因重要，環境也重要
人類的基因組通常被視為人類這個物種的精華所在，因此，在2001年人類基因組序列被公佈出來後，評論者們蜂擁而至的場景也就毫不奇怪了，他們紛紛運用它來對人類的各種事件進行科學的闡釋。克雷格·文特爾（Craig Venter）[5]的公司塞萊拉曾經與一家公共事業機構在基因序列的研究方面展開競爭，文特爾在一次新聞發佈會上提出，基因數目比預期的要少。他說：「我們擁有的基因數目並不足以證明生物決定論是正確的，人類的多樣性並非是由我們的遺傳密碼決定的，我們所處的環境才是關鍵所在。」在英國，《衛報》將這一言論作為了頭條新聞：「……已經發現了人類行為的秘密所在。決定我們行為的，是環境而不是基因。」另一家英國報紙的社論這樣寫道：「看上去，我們原有的自由應當遠遠超出了目前已經獲得的自由。這一發現也會讓左派感覺很欣慰，因為他們認為不論出身如何，每個人都有著巨大的潛力。然而，它斥責了右派對統治階級和原罪的偏愛。」
所有的一切都源自於3.4萬這樣一個數目！如此一來就產生一個問題：基因的數目究竟要達到多少才能夠證明人類的豐富多樣性是由我們的基因密碼決定的？才能證明我們未來所能獲得的自由將少於我們現在所擁有的？才能證明右派是對的而左派是錯的？是5萬個還是15萬個？或者反過來，如果研究結果表明人類的基因數目是2萬，這能否表明我們原本應該更加自由？或者說環境的作用應該更大？又或者左派會更加感到欣慰？事實上，沒有人知道這些數字意味著什麼。沒有人知道要多少個基因才能構成大腦的一個功能單元，構成一個通用的學習模式，或者構成介於這兩者之間的任何事物—更不用說原罪或是統治階級的優越性了。因為目前尚無法知曉基因是如何構建出大腦的，因此，人類基因組中的基因數目只是一個數字而已。
如果你對此不以為然，那麼就請思考一下秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）的例子吧。這種小線蟲擁有約1.8萬個基因，按照那些基因組評論家們的邏輯，它的自由、多樣性和潛能應該是人類的兩倍。而事實上，這種線蟲只有在顯微鏡下才能看清楚，它由959個細胞構成，嚴格地遵循基因程序而發展為一個神經系統，這個神經系統由302個神經元依照固定的線路圖構成。就其行為而言，它的進食、交配、趨近或逃避特定的氣味等活動也很有限。單就這些，就可以使我們顯而易見地認識到，人類的自由和行動的多樣性源於我們所具有的複雜的生物學構造，而並非某種單一的構造。
因此，真正神奇的是人類擁有的細胞數以百萬億計，神經細胞數以千億計，但我們真正需要的基因數目只是蛔蟲這樣低級生物的兩倍。許多生物學家認為，人類基因的統計數目可能被低估了。基因組中的基因數目只能是粗略的估算；就現階段來說，它們的確切數目尚無法統計出來。基因估算程序尋找的是DNA中那些與已知基因相似的基因序列，以及那些具有足夠活性、能夠參與到蛋白質形成過程中的基因序列。那些人類獨有的基因或者僅在形成胎兒的大腦時具有活性的基因（這些都是與人性最相關的一些基因）以及其他一些不易察覺的基因可能沒有被納入到估算範圍中。當前有一些不同的看法，認為人類的基因數目應該是5.7萬個或者7.5萬個，甚至是12萬個。然而，即便是人類擁有的基因數目是蛔蟲的6倍，而不是2倍，這依然是一個難解之謎。
許多對此感到迷惑不解的生物學家並沒有得出結論說，人類沒有我們之前想像的那麼複雜。相反，他們認為，基因組中的基因數目與有機體的複雜程度並沒有什麼關係。基因與生理構造並不是一一對應的，並不是說一個有機體有2萬個基因，它就有2萬個生理構造，或者說一個有機體有3萬個基因，它就有3萬個生理構造。基因構成了特定的蛋白質，其中某些種類的蛋白質形成了有機體的肉體和體液。但其他一些種類的蛋白質則可能會開啟或者關閉基因的功能、增加或者抑制它們的活性，或者將其他蛋白質分解或合成新的化合物。詹姆斯·沃森指出，過去我們總在直觀上認為，特定數目的基因負責特定的功能，而現在，這種看法應該有所調整了：「想像一下，如果你觀看的是一出有3萬名演員參與的戲劇，最後你可能就會糊塗了。」
通過基因間的交互作用，一種有機體被構建的過程可能比另一種有著和它一樣基因數目的有機體的構建過程要複雜得多。對一個簡單的有機體來說，許多基因共同構建成了一種蛋白質，並且這種蛋白質形成了該有機體的組成部分。對一個複雜的有機體來說，一個基因可能開啟了另一個基因的功能，並由此又激發了第三個基因的活性（但這只有在第四個基因具有活性的情況下才行得通），而第三個基因又關閉了第一個基因的功能（但這只是在第五個基因不具有活性的情況下才可以），如此等等。這實際上描繪了在基因數目一定的情況下，如何構造出更為複雜的有機體的方法。這樣一來，有機體的複雜程度不僅取決於基因的數目，而且還取決於用方框-箭形圖描繪的基因之間互相作用的複雜程度。增加一個基因，並不意味著僅僅是增加了一個成分，還意味著基因之間互相作用的方式也將成倍增加，因此，有機體的複雜性取決於活性基因和非活性基因可能的聯結方式。遺傳學家讓-米歇爾·克萊威利（Jean-Michel Claverie）認為，可以將基因數目作為2（活性基因與非活性基因）的乘方的指數，從而估算出有機體的複雜程度。按照這種方法計算的話，人類基因組的複雜程度就不是蛔蟲的2倍，而是它的216 000倍（計算出來的數字有4 800位。）
基因的數目並不能反映出基因組的複雜程度，這可能還有另外兩個原因。一個原因是，一種基因可能不止會參與一種蛋白質的合成，而會參與幾種蛋白質的合成。就像在雜誌的文章中插入廣告一樣，一個基因通常被分解成DNA上的幾個片段，負責蛋白質片段的編碼（編碼序列），而DNA上那些不參與蛋白質片段編碼的片段（基因內區）則插入到了這些片段中間。因此，一個基因的片段可以按照多種方式結合起來。一個由A、B、C、D四種編碼序列構成的基因，可以按照ABC、ABD、ACD等方式合成蛋白質—每個基因可以合成10種不同的蛋白質。與簡單的有機體相比，複雜的有機體中更可能出現這樣的合成方式。
第二個原因是，這3.4萬個基因只佔人類基因組的3%。人類基因的其他部分，還包括並不負責蛋白質編碼的DNA以及可以被看成「垃圾」的DNA。但正如一位生物學家最近指出的那樣，「『垃圾DNA』這個詞暴露了我們的無知」。不負責編碼的DNA的規模、排列以及構成內容會對激發其周圍基因的活性，從而合成蛋白質的方式產生巨大影響。基因組那些不負責編碼的區域的數百萬個基本構成部分包含的信息，是決定人類個體特殊性的因素之一，也超過了3.4萬個基因包含的信息。
因此，儘管存在一些奇怪的看法（認為人幾乎和蠕蟲一樣簡單），但人類的基因組完全能夠構建出複雜的大腦。當然，「人類的複雜多樣性並不是由我們的遺傳編碼決定的」，但我們並不需要借助於基因的概念來說明這一點—我們早就知道，一個在日本長大的孩子會說日語，同樣的，如果這個孩子在英國長大的話，就會說英語。我們在本書的其他章節中還會討論這一問題：為了構建某種道德立場，科學發現被篡改得面目全非，而這種道德立場借助於其他理論基礎原本是可以更容易建立起來的。
聯結主義
關於「白板說」的第二種科學辯護來自聯結主義，該理論認為，大腦就像計算機中的人工神經網絡，可以掌握各類統計模式。
認知科學家認為，組成大腦指令系統的一些基本過程（比如，對聯結的儲存和提取，對各要素的排序，注意聚焦，等等）通過大腦中緊密交織的神經細胞（大腦細胞）網絡而得以執行。那麼問題在於，某種類型的神經網絡在經由環境塑造之後，能否解釋人類所有的心理活動？或者說是由基因組形成了不同的神經網絡，以符合諸如語言、視覺、道德、恐懼、性慾和直覺心理學等特定領域的需要？當然，聯結主義者是不會信奉「白板說」的，但是他們卻信奉最可靠的機械論學說，即他們認為大腦是一個通用學習裝置。
神經網絡究竟是什麼呢？聯結主義者使用這一概念，指代的並非是大腦中真實的神經回路，而是作為一種隱喻，指代基於神經元和神經線路的計算機程序。在最常見的理論取向中，「神經細胞」攜帶的信息活躍程度高低不一。它們的活動水平標誌著客觀世界的某種單一特徵的存在或不存在（或者說是強烈程度和確信程度）。這些特徵可能是某種顏色，或者是一條具有一定傾斜度的線條，或者是字母表中的某個字母，又或者是某種動物擁有四條腿的特性。
神經網絡可以表示不同的概念，這主要取決於神經網絡中哪些神經細胞處於激活狀態。如果與「黃色」「飛行物」「歌唱」這些概念相對應的神經細胞處於激活狀態，那麼神經網絡就會聯想到「金絲雀」；如果與「銀色」「飛行物」「轟鳴聲」這些概念相對應的細胞處於激活狀態，那麼神經網絡就會聯想到「飛機」。人工神經網絡是按照這種方式進行運算的：神經細胞通過類似於突觸的結點與其他神經細胞發生聯繫。每一個神經細胞都會對來自其他神經細胞的輸入信息進行運算，並相應地改變其活動水平。神經網絡通過信息輸入來改變細胞之間的聯結強度，從而掌握相關信息。聯結的強度決定了負責信息輸入的神經細胞激活或抑制那些負責信息輸出的神經細胞的可能性。
聯結主義的神經網絡之所以能夠學會對各類事物進行運算，主要有賴於神經細胞代表的是什麼，它們之間是如何具有先天性聯繫的，經過訓練之後這些聯結會發生怎樣的變化。如果任何一種事物都與其他事物存在聯繫，那麼神經網絡就會將一系列事物所有特性之間的聯繫都納入其中。例如，在給出了關於許多鳥類的特徵描述之後，神經網絡就能夠做出假定，具有歌唱特徵的事物往往能夠飛翔，有羽毛而又能飛翔的事物往往會歌唱，或者既會歌唱又會飛翔的事物往往長有羽毛。如果一個神經網絡中的輸入層面與輸出層面發生聯繫，它就能夠掌握兩種觀念之間存在的聯繫，比如，小型軟體飛行物是動物，而大型金屬飛行物是飛行器。如果該神經網絡的信息輸出層面將信息反饋到了前面的信息輸入層面，那麼神經網絡就會按照既定次序做出標記，比如構成單詞的某些發音。
神經網絡模型的吸引人之處在於，這些網絡能夠自動地將已有的聯繫推廣應用到類似的新項目上。如果某個神經網絡已經從訓練當中得知，老虎食用「Frosted Flakes」（一種著名的穀類食物品牌），那麼它就會總結出，獅子也食用「Frosted Flakes」，因為「食用Frosted Flakes」並沒有和「老虎」聯結起來，而是與「吼叫」「長有腮須」等更為簡化的特徵聯結在了一起，而這些特徵同時也構成了關於「獅子」的表徵。與洛克、大衛·休謨（David Hume）及密爾等人擁護的聯結主義學派一樣，聯結主義學派也聲稱，這種類化正是智慧的關鍵所在。如果情況果真如此，那麼經過嚴格訓練的其他類別的神經網絡也就可以對人類智慧進行解釋了。
計算機模型建構者往往將他們的模型用於一些簡單化的遊戲問題上，以此來證明這些模型大體上是有用的。於是，就引申出這樣一個問題：這些模型能否「按比例擴大」，以使其能夠解決一些更具現實性的問題？或者，像懷疑論者說的那樣，這些模型建構者是在「上樹撈月亮」。在此，我們發現了聯結主義存在的問題。在閱讀一長串詞語或者學習各種關於動物的固定看法等一些限定性的問題上，簡單的聯結主義網絡能夠展示出超凡的記憶能力和概括能力。然而，在模擬那些更接近現實生活的人類智慧的特徵方面，比如，理解語句或者對生命體進行推理，聯結主義網絡顯然具有局限性。
人類並非只是隨意地將彼此之間具有相似性的事物聯繫起來，也不是單純地將經常出現在一起的事物聯繫起來。相反，人類大腦擁有聯合智能，能夠形成各種理論假設：例如，關於事物的真實情況是怎樣的，對哪些人做了什麼事情，時間、地點和原因是什麼，等等。這些都依賴於一個複雜的運算體系，其複雜程度遠遠超過了通用聯結主義神經網絡中神經細胞間紛亂複雜的聯結。該運算體系還需要具備像規則、變量、命題、目標狀態和不同類型的數據結構等類型的邏輯構建，並將它們組織成一個更大的系統。包括蓋瑞·馬庫斯（Gary Marcus）、馬文·明斯基（Marvin Minsky）[6]、西摩·佩珀特（Seymour Papert）、傑瑞·福多、芝諾·派利夏恩（Zenon Pylyshyn）、約翰·安德森（John Anderson）、湯姆·貝弗（Tom Bever）、羅伯特·哈德利（Robert Hadley）在內的不少認知科學家都證明了這一點。同樣認同這一點的還有一些不在聯結主義學派之列的神經網絡模型的提出者，比如，約翰·赫梅爾（John Hummel）、洛肯德拉·夏斯特裡（Lokendra Shastri）、保羅·斯莫倫斯基（Paul Smolensky）。對於聯結主義的局限性，我曾經在一些學術性文章和通俗讀物中都進行過詳細闡述，這裡對我自己的部分觀點僅作簡要說明。
在《心智探奇》（How the Mind Works）[7]中有這樣一個章節，叫作「聯結漿糊」（Connectoplasm），其中我列舉了一些簡單的邏輯關係，這些邏輯關係暗含在我們對一個完整思想（比如某句話的含義）的理解背後，卻很難用通用的網絡模型進行表徵。第一種能力是對某個種類和某個個體之間的區別做出鑒別的能力：作為通稱的鴨子和某個特定的鴨子。這兩者之間具有一些共同特徵（如游泳、嘎嘎叫、有羽毛等），而在標準的聯結主義模型當中，它們同樣是由一些活躍的單元序列所表徵的，但人們卻很清楚這兩者之間的區別。
第二種能力是綜合，即能夠形成一種複雜的新思想的能力。所謂新思想，並非只是將簡單想法合併起來，而且還包含它們之間的各種關係。比如，「貓捉老鼠」就不能通過對「貓」「老鼠」「捕捉」這樣的單元進行逐一激活的方式來獲得。
第三種能力是量化邏輯（或者說對變量的綁定）：比如，對「一直在捉弄一部分人」和「有時候會捉弄所有的人」進行區分。如果沒有像「x」「y」「括號」這樣的運算替代符號以及像「對所有的x來說都成立」這樣的陳述，那麼網絡模型也無法告訴你這兩者之間的差別。
第四種能力是遞推：將一種思想嵌入另一種思想中，這樣一來，我們不僅能夠接納「艾維斯還活著」這樣的想法，而且還可以接納「《國家問詢者》報道說艾維斯還活著」這樣的想法，或者可以接納「一些人認為《國家問詢者》報道說艾維斯還活著」這樣的想法，或者「令人驚奇的是，一些人認為《國家問詢者》報道說艾維斯還活著」的想法，如此，等等。聯結主義網絡將會對這些命題進行疊加，因此也就混淆了它們使用的各種主語和謂語。
最後一種令人費解的能力，是我們能夠做出直接的而不是含糊不清的推理：比如，我們會知道鮑勃·迪倫（Bob Dylan）是一位祖父，儘管他看上去不像一個祖父，或者知道地鼠不屬於齧齒類動物，儘管它們看上去很像老鼠。如果什麼也沒有，只有一小簇的神經細胞來代表客體的特性，而且也沒有對規則、變量、定義進行界定，那麼神經網絡只有借助於固定的模式，而在面對一些非典型案例時，它就會感到很困惑。
在《語詞和規則》（Words and Rules）一書中，我對一種單一的語言現象進行了細緻研究，並將其作為個案來檢測聯結網絡在解釋語言實質方面的能力。這種語言現象就是將詞語或者隻言片語組合從而形成新的詞語搭配。人們不只是記住一些語言片段，而且還能夠創造出新的語言。比如，一個很簡單的例子就是英語中的過去式。像「to spam」或者「to snarf」這樣一些既定的新詞，人們無須翻詞典來查看它們的過去式是怎樣的，他們本能地就會知道這些詞的過去式是「spammed」和「snarfed」。個體在2歲左右就具備了合成新詞的能力，這個時期的兒童會不斷地運用那些不規則動詞的過去式後綴，比如「We hold the baby rabbits」（我們捉住了小兔子）和「Horton heard a Who」（霍頓認識無名氏）。
很顯然，要解釋這種能力，需要借助於大腦中的兩種運算操作。像「held」和「heard」這樣的一些被儲存在記憶中的不規則詞語，用的時候需要從大腦提取，就同其他的詞語一樣。像「walk-walked」這樣的規則形式可以通過語法規則的心理描述（mental version），即「在動詞後面加上『ed』」來生成。即使個體失憶，他依然會使用這條規則。當遇到的詞語不熟悉或者其過去式沒有儲存在記憶中時，就會運用到這一規則。比如，對於「to spam」，當兒童不能夠回想起像「head」這樣的不規則形式，而又需要一定的方式來標示出它的時態時，兒童就會運用這一規則。將某個後綴與動詞結合起來只是關於人類重要能力的一個簡單例子：將詞語和短語結合起來形成新的句子用來表達新的思想。這是第3章中介紹的認知革命的新觀點之一，它是對我在前面討論中提到的聯結主義的一種邏輯層面的挑戰。
聯結主義者曾經用過去式作為他們的試驗場，以此來考證能否在不使用規則和不把大腦活動過程劃分為記憶系統和語法合併系統的情況下，對這一體現人類創造性的範本進行複製。有一系列的計算機模型都試圖用簡單的聯結網絡模型來生成過去式。這些網絡通常是把動詞中的聲音和過去式中的聲音聯繫起來：如，「am」和「ammed」聯繫起來，「ing」和「ung」聯繫起來，等等。這些模型通過類比就可生成新的形式，正如從老虎類化到獅子一樣：掌握了「crammed」，模型就可以猜測出「spammed」；掌握了「folded」，模型就會生成「holded」。
然而，人類講話的能力遠不止會從聲音聯想到聲音，因此這些模型不可能完全做到與人類相仿。之所以如此，是由於這些網絡模型缺乏解決邏輯關係問題的機制。多數模型在面對那些發音不同於已知詞語的新詞時，都會感到很困惑，因而它們不可能通過類比產生新詞。比如，假定碰見一個新詞「flig」，多數模型並不會像人類那樣聯想到「frilged」，相反，其會聯想到一個非常奇怪的混合「freezled」。這主要是因為，這些模型並沒有設置變量，如代數中的x或者語法中的「動詞」，不管對某一範疇的屬性的熟悉程度如何，對於該範疇中的任何元素來說，這些變量都是適用的。正是這種配置使得人們可以進行明確的而不是含糊不清的推理。網絡模型只能讓一部分發音與另一部分發音聯繫，因此，當遇到一個陌生的動詞時，由於其發音與以往習得的任何詞語的發音都不同，它們就會從網絡中搜索最為相似的發音，並把這些發音拼湊在一起。
同樣，這些網絡模型也不能對那些有著相同發音但過去式不一樣的動詞加以區分，比如「ring the bell-rang the bell」（搖鈴）和「ring the city-ringed the city」（環繞城市）。這主要是由於標準模型表徵的只是聲音，它們並不清楚那些需要進行不同變形的動詞之間在語法上的差異。這裡最關鍵的區別在於：像「ring」這樣簡單的詞根表示的意思是「發生共振」（其過去式為「rang」），而由名詞「ring」衍生而來的比較複雜的動詞代表的是「環繞」（過去式為「ringed」）的意思。為了記錄這些差別，一種語言使用系統必須配置有分組數據結構（比如「由名詞ring轉化來的動詞」），而不僅僅是各個基本單元的簡單合併。
然而，另一個問題是，聯結主義網絡模型對那些輸入的統計資料進行了嚴密的追蹤：以確定對每一種發音模式而言，它們可能會存在多少個動詞形式。這就使得它們不能對這樣一種現象做出解釋：兒童發現了過去式的「-ed」規則之後，就開始出現諸如「holded」或「heared」之類的錯誤。聯結主義網絡模型提出者只有通過頻繁、持續地輸入規則動詞（由此向網絡灌入「-ed」規則）才能引發類似的錯誤，而這種方式完全脫離了兒童的經驗。最後，來自認知神經科學的大量證據表明，語法組合（包括規則動詞在內）和詞彙查找（包括不規則動詞在內）在大腦內是由不同的系統分別進行處理的，而不是由某個單一聯想網絡進行處理的。
問題並不在於，神經網絡模型能否理解句子的含義，或者是能否完成語法結合的任務。它們最好不具備這種能力，因為那種認為思維屬於一種神經系統運算形式的觀念蘊含的意思是：某種神經網絡能夠對大腦所做的一切進行複製。問題在於這樣一種觀念：只要進行充分練習，人類就可以使用通用模型去從事任何活動。許多模型提出者都對網絡模型進行了加強和翻新，或者是將這些模型合併到了那些更加複雜、更加強大的系統當中。他們認為，可以由一些大塊的神經網絡硬件專門用來負責那些像「動詞」或者「命題」這樣的抽像符號，而將一些其他機制（比如同步發射模式）聯結在類似於創作型和複述型的符號結構中。模型提出者們還認為，存在一系列負責詞語、英語後綴，負責關鍵語法特徵的神經細胞。他們還認為，存在一種可以在記憶中提取不規則形式的網絡，和另一種能夠合併動詞與後綴的網絡，兩者共同建構成了混合系統。
一個由擴大的子網絡構建而成的系統可以逃脫所有的批評。但這樣一來，我們討論的對象就不再是某種通用的神經網絡模型了，而是變成了某種複雜的系統，它天生就是為了完成某項人們擅長的任務的。在童話故事《石頭湯》中，一個流浪漢借用了一位婦女的廚房，宣稱要用石頭做湯。但他一步一步地請求婦女給予他越來越多的原料來調和湯的味道，最終，他借助這位婦女提供的材料做出了一鍋豐盛的湯。那些認為不需要任何先天事物就能從通用的神經網絡中構建出智力的聯結主義模型支持者，與故事中流浪漢的行為如出一轍。使神經網絡變得更為智慧的設計選項還包括對大腦中的先天結構進行建模，這樣就能明白每一個神經細胞會對什麼東西做出反應，它們如何聯結在一起，什麼樣的神經網絡會併入更高一級的系統之中，以及以什麼方式併入等問題。
這些設計通常是經過模型提出者們精挑細選的，就如同發明者在裝有晶體管和二極管的盒子內細緻地搜尋那樣。然而在真正的人腦中，那些構造是通過自然選擇演化而來的。當然，一些神經網絡的模型構造是從對自然選擇的模擬過程演化而來的。唯一可行的解釋是，以往學習的某些情節會使得神經網絡處於一種準備狀態，從而能夠進行當前的學習活動。不過問題在於，引發初始學習過程的神經網絡必然是先天就被劃分好了的。
因此，那些認為神經網絡可以用統計學習來替代心理結構的流言是不真實的。簡單的通用網絡並不能達到人類思維和言語的最基本要求；複雜且經過分化的網絡只是一鍋石頭湯，其中大量有意義的工作都是圍繞著如何設置網絡內部的先天神經線路進行的。一旦認識到這一點，神經網絡模型就成了複雜人性論不可或缺的一個補充，而不是替代物。神經網絡模型消除了基本認知步驟和大腦生理活動之間的溝壑，從而在生物學與文化之間的解釋鏈條上發揮著重要的紐帶作用。
神經系統的可塑性
從其形成歷史來看，神經科學大部分時間都面臨著一種尷尬：大腦似乎在每一個具體方面都是先天分化好了的。就身體而言，我們可以看到個體生活經驗帶來的諸多影響：比如，皮膚是棕褐色的或者蒼白的，是結了硬繭或者柔軟的，是骨瘦如柴、臃腫不堪又或是輪廓分明的。然而，在大腦中並不會發現這樣的烙印。那麼，肯定是我們的描述存在一些問題。人們通過學習可以獲得大量的知識—掌握他們自己的語言、文化、技術和事實資料等。同樣，一個750兆的基因組不可能對大腦中數百萬億的聯結進行逐個分化。大腦必定是以某種我們不知道的方式發生著變化，以應對外部環境輸入的信息。那麼唯一的問題就是，大腦是如何發生變化的？
現在我們終於開始探討大腦是如何發生變化的了。神經系統的可塑性是科學家們研究的熱點問題。幾乎每週都能看到與之相關的研究成果。這些成果揭示了大腦在子宮中的分化過程以及個體出生後大腦適應外部環境的方式。儘管在這數十年間並沒有人真正弄清楚過大腦中究竟發生了什麼變化，但關於大腦可塑性的發現對天性與教養之爭起到了推波助瀾的作用，這並不奇怪。一些人將大腦的可塑性描述成了可以擴展人類潛能的一個徵兆，認為可以通過利用大腦潛能來對兒童教養方式、教育、醫療和老齡化等問題進行改革。
而且，還有一些宣言聲稱，大腦的可塑性證明了大腦不可能具有任何重要的先天性組織。傑弗瑞·艾爾曼以及由西極學派的聯結主義者組成的研究小組在《關於天性的再思考》一書中寫道：「以不同的方式去思考不同事情（比如語言、人類和物體等）的傾向性或許只能作為捕捉人們注意力的工具在大腦中實現，從而確保有機體能夠接收到在後續學習開始之前必須輸入的特定大量經驗。」理論神經科學家史蒂芬·誇茲（Stephen Quartz）和特倫斯·謝諾沃斯基（Terrence Sejnowski）在一份「建構主義宣言」中寫道：「儘管大腦皮層並非一塊白板……然而在生命早期階段，大腦皮層在很大程度上近似於一塊白板，因而那些天賦論看起來令人難以置信。」
毫無疑問，神經發育和大腦可塑性成為了人類知識新領域的重要組成部分。一組線性的DNA序列是如何負責如此錯綜複雜，使我們能夠思考、感知和學習的三維器官裝配的呢？這是一個令人難以想像的問題，它吸引著神經科學家為之進行了數十年的探索，此外，它還證明了那種認為我們正在到達「科學終點」的看法是錯誤的。
這些研究發現本身很有吸引力，同時也頗具挑釁意味。眾所周知，大腦皮層（表層灰質）可以被劃分成不同的功能區。一些區域代表特定身體部分的功能；另一些區域代表視野或聲音方面的功能；還有一些區域則側重於代表言語或思維。現在我們知道，經過學習和訓練之後，這些區域之間的界限可能會發生改變。但這並非意味著大腦組織能夠生長或萎縮，只是意味著如果用電極對大腦皮層進行探測或者用掃瞄儀進行監測的話，可以發現腦區之間的界限會有所變動，而界限就是大腦功能停止和功能開啟的地方。例如，對於小提琴演奏者而言，他們的大腦皮層中代表左手手指功能的區域就有所擴展。神經科學家們觀察後發現，如果使用諸如識別圖形或者注意某個空間位置之類的簡單任務來對一個人或者一隻猴子進行訓練，大腦中的部分皮層區域，甚至是某些單個的神經細胞可以被確定是在執行該項任務。
當人們喪失某種感知或者身體部位的功能時，在新任務中大腦組織的重新分配就會表現得尤為明顯。先天性盲人會運用他們的視覺皮層閱讀盲文。先天性聾人會運用他們的聽覺皮層來進行手勢語言的加工。截肢者會使用之前負責失去肢體功能的腦區來負責身體其他部分的功能。年幼的兒童在經歷腦損傷後，甚至是在大腦左半球（成年人的這個區域是負責言語和邏輯推理的）完全切除之後，他們長大之後仍可以表現的相對比較正常，而對於經歷同樣遭遇的成年人來說，這種損傷則可能導致癱瘓。所有這些例證都表明，大腦組織在感知和認知加工中的分配並不是永久性的，也並不是建立在顱骨內的大腦組織精確定位基礎上的，而取決於大腦本身的信息加工方式。
當大腦尚在子宮裡孕育時，我們就可以看到大腦組織的這種動態分配。並非像工廠裡裝配電腦那樣，完成裝配之後還需要進行首次啟動，大腦在被塑造的過程中本身就是動態的，而且這些活動本身又參與了大腦的塑造過程。有關貓科動物和其他哺乳動物的實驗發現，如果在胚胎發育過程中大腦的化學活性被抑制，最終就可能會導致嚴重的畸形。
而且，大腦皮層的不同區域之所以會出現不同的發育狀況，還取決於它們接收輸入信息的不同。在一項精細設計的實驗中，神經科學家米甘卡·蘇爾（MrigankaSur）將雪貂的大腦進行了精密的「重組」，使來自眼睛的信號傳送到其主要的聽覺皮層，也就是通常是用來接收來自耳朵信號的大腦區域。接下來當他用電極探測聽覺皮層時，他發現，該區域的許多活動功能與視覺皮層相類似。視野內的地點、位置就好像一幅圖畫那樣在聽覺皮層被呈現了出來，單個神經元會對特定空間方位和運動方向的線條做出反應，這與正常的視覺皮層中的神經元相類似。雪貂甚至還能夠運用它們被重組的大腦來接近某些物體，而這些物體只能通過視覺途徑探測到。輸入到感知覺皮層的信息必然參與到這樣一種整合過程中：視覺輸入使得聽覺皮層的部分功能類似於視覺皮層。
這些研究發現究竟意味著什麼呢？它們是否表明，正如詞典中關於「可塑性」的定義解釋的那樣，大腦是「可以被塑形、被鑄造、被模塑或者被雕琢的」？在本章的後半部分，我將向你證明答案絕非如此。關於大腦如何因經驗而發生改變的研究成果並沒有證明學習的影響力遠遠超出了我們的想像，或者是外界輸入的信息能夠對大腦進行明顯的重塑，或者基因並不能決定大腦的形狀。事實上，有關大腦可塑性的論證遠沒有它們乍看起來那樣激進：我們假定的那些具有可塑性的大腦皮層區域，在功能上幾乎與它們在發生改變之前完全等同。而且，關於大腦發育的最新研究結果駁斥了那種認為大腦具有很強可塑性的觀點。現在，我們就來對這些觀點進行依次審視。
實際情況是，我們在學習時大腦發生的變化並非像一部分人聲稱的那樣，屬於一項革命性的研究發現，對天性與教養之爭或者人類潛能具有重大意義。19世紀，德米特裡·卡拉馬佐夫在牢房裡反覆琢磨著這件事：思維來源於神經尾部的顫動，而不是來源於某種非實體的靈魂，當時他已經做出了這一推斷。如果思維和行動是大腦生理活動的產物，並且思維和活動會受到經驗的影響，那麼經驗就必然會在大腦的生理結構上留下痕跡。
因此，並不存在諸如經驗、學習和訓練是否會影響大腦之類的科學問題，即便稍微瞭解一些科學常識的人也會知道，它們肯定會對大腦產生影響。會拉小提琴的人，他們的大腦不同於那些不會拉小提琴的人，還有那些使用手勢語言或盲文的人，他們的大腦也不同於那些具有語言或閱讀能力的人，這些都不足為奇。當你被介紹給一位陌生人，或者當你聽到一些閒言碎語，當你觀看奧斯卡電影時，又或者當你擦拭高爾夫球桿時，你的大腦都在發生變化。簡而言之，無論何時，經驗都會在大腦中留下痕跡。
唯一的問題在於，學習是如何對大腦產生影響的。難道記憶就儲存在蛋白序列裡，或儲存在新的神經細胞或者突觸裡，或儲存於原有突觸的能量改變之中嗎？當人們學會某種新的技能時，記憶是否只是儲存在專門負責技能學習的器官當中（比如，小腦和腦基底核）呢？或者，同時它也會對大腦皮層的功能進行調節？靈敏度的提高是取決於更多大腦皮層的參與，還是取決於在既定面積的大腦皮層中更為密切的神經突觸的參與？這些都屬於重要的科學議題，然而，對人們能否學習或者能夠在多大程度上進行學習的問題，這些議題並沒有給出任何解釋。我們已經知道，接受過訓練的小提琴演奏者要比那些初學者演奏得更好，否則我們最初就不會用掃瞄儀對他們的大腦進行掃瞄了。神經系統的可塑性僅僅是學習和發展的另一種表述，它們被置於不同的分析水平上進行了描述。
這些原本是顯而易見的事情，但目前任何有關學習的陳詞濫調都可以披上神經科學術語的外衣，並被視為一種偉大的科學啟示。《紐約時報》的頭版頭條新聞曾有過這樣的報道：「一位精神病學家認為，談話治療能夠改變病人的大腦結構。」我希望如此，否則這位精神病學家就是在欺騙她的病人了。「通過對環境的操控可以改變一個兒童的大腦發育方式，」兒科神經病學家哈里·丘加尼（Harry Chugani）在接受《波士頓環球報》採訪時說，「一個生活在充滿攻擊、暴力或者缺乏刺激環境中的兒童，將會在他的大腦聯結和行為當中體現出來。」的確如此。如果環境能夠從根本上影響兒童的成長，那麼它必然會通過改變大腦中的聯結來實現這一點。
《教育技術與社會》雜誌的一期專刊就旨在「考察學習者大腦中學習活動發生的確切位置，教育技術應該基於它們對學生大腦產生的影響來進行設計和評價」。該刊特邀編輯（一位生物學家）並沒有指出其他可能，比如，學習可能發生在一些諸如胰腺之類的其他身體器官當中，或者發生在某種非物質的靈魂中。甚至神經科學領域的某些教授曾一度聲稱，只有對那些「機器中的幽靈」的信奉者們而言，這些「研究發現」才會成為新聞：「科學家已經發現，大腦內部的聯結是可以發生改變的……你有能力改變大腦內部神經末端的聯結。」這是一件好事，因為如果不是這樣的話，我們可能會成為永久的健忘者。
這位神經科學家是一家「運用大腦研究技術來研製一些旨在促進人們學習和表現的產品」的公司主管人員。還有許多類似的新公司都懷有這樣一種雄心壯志。一位咨詢師說道：「如果能夠得到適當的重視和培養，人類將具有無限的創造力。」他向顧客講授如何繪製出「與他們的神經模式相匹配的圖表」的觀點。一位表示滿意的顧客說：「年齡越大，大腦當中形成的聯結和聯繫就越多，因此大腦中就會儲存更多的信息。我們要做的就是去利用它。」許多人都對神經科學倡導者倡導的一些缺乏證據基礎的公開聲明堅信不疑，如經常變換開車回家的路線能夠延遲衰老帶來的影響。於是，隨後就出現了一批銷售天才，他們意識到滑輪、球類以及其他玩具能夠「提供視覺和觸覺方面的刺激」，能夠「鼓勵人們進行運動和追擊」，這些都是一項聲勢浩大的「基於大腦」的兒童教養和教育運動的一部分，我們將在後面關於兒童的章節裡再次談到這一運動。
這些公司正是利用了人們對「機器中的幽靈」的信仰，暗示影響大腦的任何一種學習形式（可以推斷，這種形式是相對於那些不會對大腦產生影響的學習形式而言的）的作用都將會是意想不到的真實、深遠和強大。然而，這純屬誤解。所有的學習都會對大腦產生影響。當科學家研究出學習如何影響大腦時，這毫無疑問十分令人振奮，但它並不會使學習本身變得更為廣泛和深遠。
對於神經系統可塑性的第二種誤解，可以追溯到那種認為頭腦中的任何事物都源於感覺的觀念。在被廣為宣揚的有關大腦皮層可塑性的研究中，探討的主要都是初級感覺皮層，即首先接收感官（經由丘腦和其他皮層下器官）信號的灰質塊。使用可塑性來支持「白板說」的作者們認為，如果初級感覺皮層具有可塑性，那麼大腦的其他部分必然會更具可塑性，因為心靈是在感覺經驗的基礎上建立起來的。比如，一位神經科學家認為，蘇爾的重組實驗「向近年來強調基因力量的觀點發起了挑戰，並且將促使人們重新考慮環境因素在塑造正常的大腦組織方面的作用」。
然而，如果大腦是一個由許多構件組成的複雜器官，那麼道德就不會應運而生了。初級感覺皮層並不是心理活動產生的基礎，而只是大腦當中的一個小配件，恰巧在感覺分析最初階段專門負責特定的信號加工。我們假定，初級感覺皮層的形狀並不固定，它的結構完全由外界輸入的信息決定。這是否就意味著整個大腦沒有形狀，而且其所有的結構都源於外部信息的輸入呢？但事實絕非如此。舉例來說，初級感覺皮層只是錯綜複雜的龐大系統的一部分。
隨著大腦不斷發育，不同系列的基因會在不同的大腦區域裡被激活。大腦的儲存機制一應俱全，可以將神經元聯結起來，其中還包括那些通過吸引或排斥軸突（形成神經纖維）從而接近目標的分子，以及那些將軸突黏合或隔離開的分子。對不同種類的哺乳動物而言，大腦皮層區域的數目、大小以及聯結程度也有所差異；人類和其他靈長類動物在這些方面也存在差別。這些差別是由進化過程中基因方面的變化導致的，而這些進化過程也剛剛為我們所認識。例如，遺傳學家最近發現，人類大腦的發育過程中激活的基因序列和黑猩猩大腦發育過程中激活的基因序列並不相同。
在顯微鏡下，大腦皮層的不同區域看起來幾乎是相同的，這一情境使我們難以弄清楚大腦是否有可能分化出了負責不同任務的不同皮層。然而，由於大腦是一個信息加工系統，因此這並不能說明什麼。無論CD儲存的內容是什麼，它們表面的顯微孔看上去都是一樣的。同樣，對那些不懂的外行來說，不同書本上的字符串看上去也沒有什麼差別。在一個攜帶有信息的媒介上面，其內容取決於基本元素的組合模式（比如，大腦中的信息就取決於微型神經線路的具體情況），而不是取決於它們的物理表象。
而且，大腦皮層本身並不等同於整個大腦。皮層褶皺下隱藏的是其他一些大腦器官，人性的重要內容正是由這些器官驅動的。這些器官包括：海馬，它可以鞏固記憶並支撐我們的心理地圖；杏仁核，它可以賦予我們的經驗以特定的情感色彩；丘腦下部，它激發著我們的性慾和其他慾望。即使許多神經科學家深受大腦皮層可塑性的影響，他們仍指出，皮層下結構的可塑性極其微小。這並非屬於解剖學上的一個小瑕疵。一些評論者特別指出，神經可塑性證明了進化心理學的錯誤性，他們認為，大腦皮層的可塑性說明，大腦不支持進化過程中的特化現象。然而，進化心理學中的大部分主張都是關於恐懼、性慾、愛和攻擊之類的內驅力的，它們絕大部分存在於皮層下的神經線路中。簡要來講就是，不管哪一種理論，但凡人類先天形成的能力都必須通過某種皮層和皮層下網絡才能得以實現，而不是由某一塊單獨的感覺皮層決定的。
關於大腦的另一個基本問題也因為近年來人們對可塑性的狂熱追逐而被忽略了。神經活動在大腦發育過程中起著至關重要的作用，但這樣的研究發現並沒有證明學習在大腦形成過程中起關鍵作用，也沒有證明基因不能決定大腦的形成。
有關神經發育的研究往往局限於天性與教養的說法，但如果將其作為發展生物學方面的問題（即一個由單一細胞構成的球體是如何分化成了一個功能完好的器官）來考慮的話，我們的研究就會得到有富有成效的發現。但如果這麼做的話，研究者就需要抵制他們頭腦當中的那些聯結主義的傳統觀點。初級感覺皮層並不是大腦中最穩定的部分，一系列經驗通過它之後只會變得更具可塑性。相反，初級感覺皮層可能算得上是大腦中極易受信息輸入影響的部位了，這些信息輸入使得大腦有了適當的發展。
在大腦的裝配過程中，不可能存在一幅完整的基因藍圖，原因有二。第一個原因是，一種基因不可能會預測到環境（包括由基因組中的其他基因構成的環境）中的每一處細節。它必須分化出一個明確的適應性發展程序，以確保有機體作為一個整體，能夠在營養、其他基因、生命週期中的生長速度以及物理和社會環境等條件發生變異的情況下正常運作。那麼，這就需要關於有機體其他構成部分的發展模式的反饋信息。
以身體發育為例，構建起股骨形狀的基因並不能夠確定其上面的杵的形狀，因為杵必須與盆骨中的髖臼相聯結，而髖臼的形成過程又受到基因、營養、年齡和其他偶然因素的影響。因此，當胎兒在子宮裡踢腿的時候，杵臼會不斷地調整各自的形狀，以便更好地圍繞彼此進行轉動（我們知道這一點，是因為實驗當中的動物都會發育出粗大變形的關節並因此導致癱瘓）。同樣，構成眼睛晶狀體的基因並不會知道視網膜在多遠的位置上，或者構成視網膜的基因並不知道晶狀體在多遠的位置上。
因此，嬰兒的大腦當中配置了一個反饋環路，這個回路可以利用視網膜上的圖形清晰度作為信號來減緩或加速眼球的生理發育。這些都是關於「可塑性」很好的案例，不過這些可塑性物質的隱喻卻容易令人誤解。這些機制被設計出來並不是為了讓不同的環境去塑造不同的器官。恰恰相反：這些機制需要確保能夠產生一個恆定不變的器官，並且這個器官能夠勝任其職責，而不論環境怎樣變化。
與身體一樣，大腦也必須利用反饋回路來將其自身塑造成一個工作系統。這一點在感覺區域尤為明顯，因為這一區域必須要應對不斷增長的感覺器官。單就這一原因而言，我們也能預料到，大腦活動在其自身發育過程中也起到了一定的作用，儘管其最終形態與股骨和眼球一樣，在某種意義上具有一定的遺傳性。目前，這一切是怎樣發生的在一定程度上仍是一個謎，但我們已經知道，神經刺激的模式能夠引發基因的表達，並且一種基因也可以引發其他基因的表達。既然每個大腦細胞都包含有一個完整的遺傳程序，那麼從原理上來講，之所以存在這樣一種裝置，是為了產生神經活動以引發任何不同區域內的某種先天構成的神經回路的發育。如果事實真的如此，大腦活動就不會對大腦形狀進行塑造；相反，大腦活動只是會告知基因組某個神經回路應該到達大腦的哪一部位。
因此，即使是一個徹頭徹尾的天賦論者也不一定會相信，在顱骨中的「GPS」的協調作用下，大腦本身會不斷地進行分化，這一分化過程遵循著這樣一個原則：如果是位於左鬢角和左耳之間，那麼就會成為一個言語回路（恐懼回路或面孔識別回路）。在正在發育的大腦的某些部位，某種發展程序可能會被一些混合在一起的刺激源、神經放電模式、化學環境以及其他信號激活，其最終結果是形成某種才能。對於不同的人而言，這種才能在大腦中的位置也各不相同。總之，大腦屬於一個運算器官，而且只要信息流模式相同，同一運算就可能發生在不同的位置上。就好比在你的計算機上，某個文件或程序可能會位於不同的存儲部位，或者被分別存儲在不同的分區或磁盤內，但每次它都會以相同的方式運行。我們無須驚訝的是，正在發育的大腦為了符合各種運算需要，至少會對神經中樞資源進行動態分配。
大腦的發育不可能取決於一個完整的基因藍圖的第二個原因是，基因組的資源非常有限。在進化過程中，基因總是在不斷發生變異，通過自然選擇就可以逐漸將那些不好的基因淘汰掉。大多數進化論生物學家認為，自然選擇只能支撐這麼大一個基因組。這意味著，如此複雜的大腦中的基因算法必須進行最大限度的壓縮，以便能夠更好地與大腦的發育和功能保持一致。儘管在大腦當中有一大半基因組要麼起主要作用，要麼完全不起作用，但這並不足以詳細描述大腦內部的聯結圖。
大腦的發展程序必須是富有策略性的。比如，將眼睛中的每一個軸突（輸出神經纖維）都以有條不紊的方式與大腦聯結起來。眼睛的臨近點必然會與大腦的臨近點之間發生聯結（一種被稱作地形圖的排列），與兩眼相對應的位置最終在大腦裡也會非常接近，但並不會混雜在一起。
哺乳類動物的大腦能夠用更明智的方式對這些聯結進行規劃，而不是為每一個軸突在基因上安排一個特定位置。神經生物學家卡拉·沙茨（Carla Shatz）在有關貓的大腦發育的研究中發現，通過每隻眼睛的腦電波先是朝向一個方向運動，然後又轉到其他方向去了。這就意味著，一隻眼睛中相鄰的神經元可能會在同一個時間內向四周產生電沖，因為它們常常會被同一個波陣面所擊中。不過，對於那些位於不同眼睛當中的軸突或者位於同一隻眼睛當中的距離較遠的軸突而言，它們的活動就不會產生關聯，因為一條腦電波如果掠過一個軸突，它將會錯過另一個軸突。正如在球迷們從不同的方向形成「人浪」時，你僅僅知道在某個時間某人會站起來（因為同時站起來的那些人必定是坐在一起的），在這種情況下，你能夠重新勾畫出球場的座位分佈圖。同樣地，大腦通過監聽哪些位置的輸入神經元同時產生了電沖，也能夠重構兩隻眼睛的空間分佈。
最早由心理學家唐納德·赫布（Donald Hebb）提出的神經網絡中的學習法則之一便是，「同步放電的神經元會產生聯結；活動不同步的神經元不會發生聯繫」。當電波在視網膜上發生數天或者數周的交叉時，視丘下部就會將自身組成不同的層面，每個層面都來自一隻眼睛，同時，相鄰的神經元對應著視網膜上的相應部位。從理論上講，大腦皮層能夠以類似的方式對它的聯結進行處理。
另外一個問題是，到底是大腦的哪些部位在運用這種自動安裝技能呢？視覺系統似乎並不需要這種技能來生成形態學方面的聯結組織，而是在基因的直接控制作用下生成了一個粗略的地形圖。一部分神經科學家認為，在使地形圖更加精細化的過程中或者在對來自兩隻眼睛的輸入信息進行整合時，「同步放電的神經元緊密連在一起」這種技能或許仍然派得上用場。當然，這一觀點也受到了質疑，不過，我們可以假定它是正確的，然後看它到底意味著什麼。
從理論上說，「同步放電的神經元緊密連在一起」這種方法可以通過眼球對外部世界的凝視來實現。外部世界存在著線條和邊角，會同時對視網膜上的臨近部位產生刺激，這樣就給大腦提供了信息，以便形成一個規則的地圖或對其進行微調。不過，在沙茨關於貓的例子中，「同步放電的神經元緊密連在一起」是在沒有任何外部環境信息輸入的情況下起作用的。在動物的眼睛能夠睜開以前，以及在桿體和錐體相互銜接並開始發揮作用之前，視覺系統是在漆黑的子宮裡發育起來的。在視覺大腦中樞必須進行自我聯結的過程中，視網膜電波就在視網膜組織內部生成了。也就是說，眼睛生成了一個測試圖樣，大腦利用它完成了自身的裝配過程。
在通常情況下，眼部軸突會攜帶一些與外部環境相關的事物的信息，然而，這種發展程序會命令那些軸突負責攜帶一些信息，以洞察某些來自同一隻眼睛或者同一隻眼睛的同一個部位的神經元。當我看到有線電視裝配工找出地下室中的哪根電線通往樓上特定房間時，我感覺可以用它做一個近似的類比。裝配工在臥室裡的電線終端接上了一個被稱作「單塊效果器」的音頻發生器，然後到樓下聽取裝在牆體內部的電線束中每根電線的信號。儘管這些電線是用來往樓上傳遞電視信號而不是往樓下傳遞測試音的，但在裝配的過程中，這些電線也起到了往樓下傳遞測試音的作用，因為一種信息通道可以服務於兩種目的。這一類比的寓意在於，「大腦發育取決於大腦活動」這一研究發現並沒有表現學習或經驗方面的任何問題，這僅僅是表明，大腦在自我聯結的過程中運用了其自身的信息傳遞能力。
「同步放電的神經元緊密聯結在一起」這樣的策略，解決了一種特定的神經通路問題：將感覺器官的表面與大腦皮層中的類地圖表徵聯結起來。這種問題不僅僅存在於視覺系統，也存在於其他的空間感覺系統中，比如觸覺。因為覆蓋一片初級視覺皮層（以接收來自二維的視網膜表面的信息）這一問題就類似於覆蓋一片初級體覺皮層（以接收來自二維的皮膚表面的信息）。甚至聽覺系統也可能會使用這種技術，因為表示不同聲音頻率（簡單來說就是間距）的信息輸入發生在內耳裡單維的隔膜處，而且大腦會用它處理視覺和觸覺中的空間信息的方式來處理聽覺中的音高。
不過在其他大腦皮層區域，這種策略可能會失靈。例如，嗅覺系統以另一種完全不同的技術進行自我聯結。不像視覺、聽覺和觸覺，當它們到達感覺皮層時都會按照相應位置進行排序，而當嗅覺到達感覺皮層時，各種味道都混合在了一起，並且是按照構成它們的化合物成分進行分析的，每一種嗅覺都是由鼻子當中不同類型的感受器進行探測的。每一個感受器都與一個神經元發生聯結，這個神經元能夠把感受器探測到的信號傳遞到大腦，當將這些軸突聯結至大腦中相應位置時，基因組確實會針對不同的軸突使用不同的基因，所有的基因數目多達上千種。這種方式極大地節省了基因。由每個基因產生的蛋白質都會被使用兩次：一次是在鼻子裡，作為一種感受器來探測空氣中的化學物質；第二次是在大腦中，在對應的軸突末端作為一種探測器將這種氣味引導至嗅球中的適當位置。
另外一些大腦區域在聯結問題方面也是各不相同的。比如延髓，它能夠產生吞嚥反射以及其他一些固定的活動模式；又如杏仁核，它主要負責恐懼和其他一些情緒；再如腹內側額葉，它主要參與社會推斷過程。對於感覺地圖以及其他一些只是再現冗余重複的外部世界信息或者大腦其他部位的結構而言（比如，用於視覺、觸覺和聽覺的初級感覺皮層），「同步放電的神經元緊密連在一起」的策略或許算得上是一種比較理想的方法了。不過其他一些涉及諸如味覺、吞嚥、逃避危險或者結交朋友之類的功能區域，必然需要通過更為複雜的技術來進行聯結。這僅僅是對於我在本章開頭所提的基本觀點的一種推理：環境並不會告知有機體的不同部位，以及有機體的目標是什麼。
極端可塑論把初級感覺皮層中發現的可塑性作為了一種隱喻，來說明大腦的其他部位發生了什麼。這兩章的最終結果表明，這並不是一個很確切的隱喻。如果感覺皮層的可塑性可以代表整體心理狀態的可塑性，那麼關於我們自身或他人身上的不足之處就很容易改變了。舉一個完全不同於視覺的例子，如性取向。多數男性同性戀者的荷爾蒙首次發生變化，亦即預示著他們的青春期到來之時，他們會從其他男性身上感受到一種激動人心的吸引力。誰也不清楚為何一些男孩子成為同性戀者，基因、產前激素或其他一些生物因素和偶然因素都有可能導致同性戀，但我個人認為，導致同性戀的因素並不像導致異性戀的因素那樣多。
在過去，社會的包容性不太強，一些痛苦的同性戀者只好去求助於心理醫生，希望醫生能夠幫助自己改變性取向。即便在今天，仍有一些宗教群體會迫使他們當中的同性戀者去「選擇」異性戀人。在這一過程中，他們對同性戀者採用了不少欺騙手段—精神分析、捏造罪行以及條件反射等技術，這些技術都運用了「彼此激發，彼此結合」這一無懈可擊的邏輯（比如，在激發起同性戀者的性慾的同時，讓他們去注意《花花公子》雜誌中的折頁）。但這些技術後來均以失敗告終。儘管有少數不確定的特例（這些人可能進行了有意識的自我控制，而不是性取向真正發生了改變），但大多數同性戀者的性取向並不能靠經驗而改變。大腦的某些部位是沒有可塑性的，而且有關感覺皮層如何進行聯結的研究成果並不會改變這一事實。
當大腦經歷了我們稱為「可塑性」的變化時，它到底在做什麼呢？一位評論者認為，「基督的大腦等價物可以將水變成酒」，並認為這是對那些主張進化使大腦各個部位獲得了負責不同任務的專門化功能理論的反證。那些不相信奇跡的人對此提出質疑了。神經組織並不是一種有魔力的物質，它們不能根據需要以各種形式呈現，相反，它只是一種遵循因果定律的機械裝置。當我們仔細審視那些有關可塑性的典型例子時會發現，那些變化根本就不是什麼奇跡。在每個案例中，發生變化的大腦皮層與它們改變之前相比，在功能上並沒有很大的差異。
關於可塑性的多數例證都涉及初級感覺皮層重新劃分區域的問題。與被截斷或不能活動的手指功能相關聯的腦區可能會被與其相鄰的手指借用，或者要擴展與某個靈活的手指有關的腦區的功能範圍，就必須犧牲其臨近區域的功能。大腦對外部信息輸入進行重新評估的能力非常強大，但那種由替代皮層完成的信息加工並沒有實質性變化，大腦皮層仍然會對皮膚表層以及聯結點處的信息進行加工。不管對它們進行怎樣的刺激，有關一根手指或視野部分的象徵意義都不可能無限放大，而且大腦本身固有的聯結也會起到一定的限製作用。
對盲人來說，他們的視覺皮層被盲文借用會怎樣呢？乍一看，就好像發生了真正的質變。但或許並非如此。我們並沒有看到大腦皮層的哪一處空白點被某種天賦借用了。有關視覺皮層在解剖結構方面的功能運用，盲人閱讀盲文和正常人閱讀之間可能沒什麼兩樣。
神經解剖學家早已弄清楚了，有多少從眼睛給大腦皮層傳遞信息的神經纖維，就有多少從其他腦區給視覺皮層傳遞信息的神經纖維。這種雙向的聯結方式有多種用途。它們可能會把注意力集中在視野當中的一部分，或者將視覺與其他感覺之間進行協調，或者給圖像分區，或者使用心理表象（即在頭腦想像當中浮現事物圖像的能力）。也許盲人僅僅是運用這些預先設置好的雙向的聯結來閱讀盲文。當他們觸摸這些盲文時，他們可能只是對這一行行的凸點進行了「想像」，就好像一個眼睛被蒙住的人也可以對放在他手上的物體進行想像一樣，當然盲人的速度要快得多。
已有研究證明，盲人具有的心理圖像—或許只是視覺圖像—包含著一定的空間信息。視覺皮層非常適合盲文閱讀中所需的心理運算。對視力正常的人而言，眼睛可以對景物進行掃視，為視網膜中央窩（即視網膜的高分辨率中心）提供更為詳細的信息。這一點類似於盲人在一行盲文上不斷移動手指，給指尖上高分辨率的皮膚提供詳細信息。因此，盲人的視覺系統功能在很大程度上與視力正常的人一樣，儘管他們缺乏來自眼睛的信息輸入。對觸覺世界進行長年累月的想像練習以及對盲文具體信息的關注，都有助於視覺皮層充分利用來自大腦其他部位的先天性信息輸入。
對聾啞人來說也同樣如此。某種感覺不僅是轉移到先前被閒置的區域，而是接管了對相應神經回路的控制。勞拉·佩蒂托及其同事經過研究發現，聾啞人利用顳葉上回（臨近初級聽覺皮層的一個區域）來識別手語當中的手勢成分，就如同聽力正常的人利用同一位置來加工口語當中的語音一樣。同時他們還發現，聾啞人使用側前額葉從記憶當中提取手勢，就像聽力正常的人用它從記憶當中提取語詞一樣。這些現象應該不足為奇。
正如語言學家早已知道的那樣，手語的組織形式與口語非常相似。它們使用詞彙、語法，以及將無意義的手勢合併成有意義的信號的語音規則，正如口語當中的語音規則，將無意義的發音合併成有意義的詞語一樣。而且，口語在一定程度上是模式化的：詞語和規則的表徵可以根據將它們與耳朵和嘴巴聯結在一起的輸入-輸出系統來加以區分。佩蒂托及其同事們認可的最簡單的解釋是：對手語使用者來說，他們大腦中特定的皮質區域專門負責語言（詞語和規則），而不負責語言本身。聾人大腦中的這些區域的作用和聽力正常的人是一樣的。
讓我們回過頭來重新審視那種最令人驚訝的可塑性：雪貂的大腦被重新進行了聯結，它的眼睛為丘腦和大腦皮層的聽覺區域提供信息輸入，使得這些區域的功能與丘腦和大腦皮層的視覺區域一樣。但是，即使在這種情況下，水也沒有變成酒。蘇爾和他的同事們注意到，重新定向的信息輸入並沒有改變聽覺腦幹的真正聯結，而只是改變了突觸的強度模式。由此他們也發現，新生成的聽覺腦幹和正常視覺腦幹之間存在許多差異。聽覺腦幹中的視野表徵更加模糊和混亂，因為該處的腦組織適宜於聽覺分析而不適宜於視覺分析。例如，左-右方向的視野圖像要比上-下方向的視野圖像更為精確。這是由於左-右方向的圖像映在聽覺皮層的中軸線上，對正常動物而言，這代表的是不同的聲音頻率，並由此獲得來自內耳的信息輸入，然後按照頻率對這些輸入信息進行精確處理。但上-下方向的圖像會垂直映在聽覺皮層的中軸線上，這種情況下通常會獲得大量的相同頻率的信息輸入。同時，蘇爾還注意到，初級聽覺皮層和其他用於聽覺的腦區之間的聯結並沒有被新的信息輸入所改變。
因此，信息輸入模式會對一塊感覺皮層做出調適，使之與該信息輸入相嚙合，但這僅僅局限於聯結已經存在的情況下。蘇爾認為，雪貂聽覺皮層的神經線路在經過重新佈置之後之所以能夠加工視覺信息，是因為特定的信號處理方式同樣可以用於處理那些未經加工的感覺輸入，不管它們是視覺的、聽覺的還是觸覺的。
根據這種觀點，感覺丘腦或皮層有一種功能是完成特定信息輸入的模式化操作，而與它們屬於哪種形式的信息輸入（視覺、聽覺或觸覺）無關；當然，具體類型的感覺輸入會提供一些被傳輸和加工的基礎信息……如果中樞聽覺構造的正常組織形式沒有被聽覺信息輸入改變，或者至少是沒有發生明顯的變化，那麼我們就可以假定，一些類似於實驗中在雪貂身上觀察到的視覺信息輸入操作，對正常的雪貂來說，也同樣可以通過聽覺途徑來完成。也就是說，這些動物的視覺信息輸入被誘發至聽覺通道，為我們提供了另一扇不同的窗口，從中我們可以看到某些類似於正常個體聽覺丘腦和皮層方面的功能運作方式。
那種認為聽覺皮層天生就適合分析視覺輸入信息的觀點並不牽強附會。我認為，聽覺當中的頻率（音高）發揮了類似於空間視覺的諸多功能。大腦會使用不同的強度去處理各種音高，就如同它們是處於不同位置上的物體一樣。同時，大腦處理音高階差的方式與它處理空間中物體運動的方式相一致。這就意味著，某些對視覺方面所進行的分析可能與對聲音方面所進行的分析一樣，至少可以在一定程度上估算出，這些分析都使用了相似類型的神經線路。來自耳朵的信息輸入代表的是不同的頻率；而來自眼睛的信息輸入代表的是不同位置的地點。感覺皮層當中的神經元（無論是視覺的還是聽覺的）可以接收來自鄰近的輸入纖維傳遞的信息，並從中提取出簡單化的模式。因此，聽覺皮層當中的神經元通常會探測滑音是上升還是下降，是混合音還是純音，並能夠分辨來自不同方位的聲音。但對於大腦神經線路被重新聯結的雪貂來說，聽覺皮層中的神經元卻能自動探測到一定傾斜度的線條、地點以及運動方向等。
這並不是說，初級聽覺皮層可以處理來自大腦外部的視覺信息輸入。大腦皮層仍然會調整突觸之間的聯結，以更好地適應信息輸入模式。重新進行了神經聯結的雪貂就是一個極為典型的例證，它表明，發育過程中的感覺皮層會進行自我組織並成為功能良好的系統。然而，其他有關可塑性的例子並沒有證明來自感官的信息輸入能夠使一個無固定形狀的大腦變得無所不能。大腦皮層具有先天性結構，這樣它就能夠進行特定的運算。在許多有關「可塑性」的例證中，或許還隱含著使信息輸入與這種先天結構相吻合的前提。
任何看過探索頻道（Discovery Chanel）的人，都會看到有關小牛羚或者小斑馬剛剛出生的記錄片段，它們搖晃不定地站立一到兩分鐘之後，就可以歡快地走到媽媽身邊，它們在感覺、力度以及運動控制方面簡直運用自如。這種情況出現得如此之快，以至於模式化的經驗還來不及對它們的大腦進行組織，因此必然存在一定的遺傳機制來促進個體出生之前大腦方面的塑造。在可塑性還沒有廣為人知的時候，神經科學家就已經注意到了這一點。
戴維·休布爾（David Hubel）和托斯坦·維瑟爾（Torsten Wiesel）關於視覺系統發展的早期研究表明，猴子大腦中的微型線路在其出生之時就已經基本完成了。他們最為著名的實驗證明了，在某個生長發育的關鍵期，貓的視覺系統是可以被經驗改變的（比如，在黑暗的圓筒中餵養或者縫上其中一隻眼睛）。但這一論證也僅僅是表明，要維持視覺系統的功能，並且在動物的成長過程中對其進行再調節，經驗是必不可少的。而他們並沒有證明，在大腦開始聯結時，經驗是不可或缺的。
我們粗略地知道在基因的引導下大腦是如何進行自我組織的，甚至在大腦皮層形成之前，用於構成不同腦區的神經元就被組織成了一個「原型圖」。構成原型圖的每個區域都由具有不同特性的神經元，吸引不同輸入纖維的分子機制和不同的信息輸入反應模式構成。軸突被許多溶解在周圍液體當中或依附於臨近細胞膈膜上的分子吸附或排斥。同時，不同序列的基因表現在不同的皮層發育部位。神經生物學家勞倫斯·卡茨（Lawrence Katz）曾哀歎道：「彼此激發彼此結合」已經成為了阻礙神經生物學家考察這些遺傳機制如何盡其所能地發揮作用的「教條」。
不過這一趨勢正在轉變，最新研究結果正在逐步闡明，在沒有任何感官信息的情況下的大腦自我組織機制。在被《科學》雜誌稱作「異端邪說」的實驗當中，卡茨的研究小組將正處於成長階段的雪貂的一隻或者兩隻眼睛去除掉，剝奪了其通向視覺皮層的任何信息輸入。然而，這只雪貂的視覺皮層最終卻擁有來自雙眼的標準聯結分佈。
利用基因技術繁殖出來的老鼠也為我們提供了一些十分重要的線索，因為只破壞某一種基因比破壞神經元或者切割大腦的傳統技術要更為精確。有一個研究小組繁殖出一隻老鼠，它的神經突觸聯結完全被阻斷，神經元之間不能相互發送信號。它的大腦發育完全正常，具有完整的皮層結構、神經纖維路徑以及出現在適當位置的突觸。而在出生之後，該老鼠的大腦很快就退化了，這再次證明，相對於大腦在聯結方面的功能，神經活動的維持大腦方面的功能或許更為重要。另一個研究小組繁殖出了一隻丘腦失去功能的老鼠，它的整個大腦皮質的信息輸入都喪失了。然而，它的大腦皮質卻分化成了正常的皮層和分區，每一部分都是由不同序列的基因造就的。而在第三種研究中，科研人員繁殖出的老鼠缺失了一種引導分子漸變的基因，這種分子會通過激發其他某些特定位置的基因來促進大腦的形成。這種缺失的基因會導致很大的差異：大腦皮層區域之間的界限會嚴重扭曲。這些在被損害老鼠身上進行的實驗表明，在皮層的組織結構形成方面，基因或許比神經活動更為重要。毫無疑問，神經活動起著一定的作用，這主要取決於動物種類、所處的發展階段以及在大腦中的部位，但它僅僅是大腦的一種能力，而不是決定大腦結構的根源。
那麼對於人類而言又會怎樣呢？我們可以回過頭來想一下有關雙胞胎的一項研究。該研究證明了大腦皮層在解剖學上的差異，尤其是不同皮層區域的灰質總量是受基因控制的，類似的，還存在著智力以及其他心理特質方面的差異。關於人類大腦可塑性的例證並沒有排除重要的基因組織。在關於人類和猴子可塑性的例子中被引用最為廣泛的是，與某個被切除的或者失去知覺的身體部位相對應的大腦皮層有可能會重新與其他身體部位發生聯結。然而，信息輸入通道一旦建立就會改變大腦，這一事實並不意味著信息輸入一開始就起著塑造大腦的作用。許多截肢者都會體驗到幻肢的存在：對失去的肢體產生一種非常逼真、細緻的幻覺。令人吃驚的是，在天生就失去某個肢體的人當中，有相當一部分人也會產生這種古怪的體驗。他們能夠描繪出幻肢的組織結構（例如，他們能夠感覺到根本不存在的腳上有多少個腳趾），甚至還能感覺到在交談的時候用他們虛幻的手來打手勢。有一個女孩竟然能夠利用虛幻的手指做算術題！心理學家羅納德·梅爾扎克（Ronald Melzack）查閱了大量此類案例，她認為，大腦具有一個先天性的「神經矩陣」，分佈在幾個不同的皮層及皮層下區域，能夠用來表徵身體的各個部位。
認為人類大腦具有無限可塑性的看法也源自這樣一些例證：兒童在早期大腦受到損傷之後，往往能夠得以恢復。然而，大腦性麻痺現象（由大腦畸形或早期腦損傷導致的運動控制和語言方面的終身殘疾）證明，即使是兒童，其大腦可塑性也是有一定限度的。關於人類擁有完全可塑性的一個最著名的例證是，即使一些兒童在嬰兒時期通過外科手術將一個大腦半球切除，他們長大之後仍相對正常。但這或許只屬於個例，它源自這樣一個事實：靈長類動物的大腦基本上是一個左右對稱的器官。人類大腦不對稱性的典型特徵（左半球主要負責語言，右半球主要負責空間注意以及一些情緒情感）是基於對稱性設計這一基礎的。如果大腦兩半球被基因設定了幾乎完全相同的能力，同時還被設定了一些細微的偏差，這些偏差使得每個大腦半球專門負責某些特定的能力，而其他能力則會逐步衰退，這也許並不會令人驚訝。當其中一個大腦半球不存在時，另一個大腦半球則需要將其所有的潛能充分發揮出來。
如果兒童的大腦兩半球都有一部分皮層受到損傷，由此導致沒有任何一個半球可以接替另外一個半球的功能的話，將會出現什麼情況呢？如果大腦皮層區域之間可以相互替換，具有可塑性且會受到輸入信息的影響，那麼未受損害的大腦部位就應該能夠接替受損害部位的功能。這個孩子可能會有些反應遲鈍，因為他只能使用較少的大腦組織，不過他應該可以逐步發展出比較完善的人類能力。但事實似乎並非如此。數十年前，神經生物學家對一個男孩進行了研究，由於暫時性的腦缺氧導致這個男孩大腦左半球的標準語言區域和該區域在大腦右半球的鏡像受到了損傷。儘管遭受這一創傷時，這個男孩剛剛出生10天，但他長大之後卻成了一個在語言和理解方面存在永久性障礙的殘疾兒童。
與許多兒科神經病理學的研究一樣，該案例並不完全科學。不過有關另外兩種心理機能的一些新近研究證明，嬰兒大腦的可塑性可能並沒有人們想像的那樣強大。心理學家瑪莎·法拉（Martha Farah）及其合作者對一個16歲的男孩進行了研究，該男孩在僅出生一天時就患了腦膜炎，並因此導致視覺皮層以及兩側大腦顳葉底部受損。如果一個人在成年期受到這種損傷，就會喪失識別面孔的能力，同時也很難對動物進行識別，儘管他們通常能夠識別詞語、工具、傢俱以及其他形狀的物體。這個男孩完全符合上述症狀。雖然他長大之後具有正常的口語能力，卻完全不能進行面孔識別。他甚至不能識別出他最喜愛的電視劇《海岸救生隊》（Baywatch）當中的演員的照片，儘管在之前一年半時間內，他每天都會觀看一個小時的這個節目。由於大腦內部缺乏適當的聯結，即使在長達16年的面孔觀察後，並且擁有可利用的大腦皮層，也沒能讓他獲得人類最基本的依靠視覺來辨別他人的能力。