理解大脑系统的三个角度
理解大脑系统的三个角度
- 导言
大脑是一个特别让人着迷的东西，充满了神秘感，在我看来，神秘的一个重要原因，就是大脑真的太复杂了！这种复杂，首先体现在大脑结构上，然后就是大脑与我们精神世界、以及行为功能之间的关联。
人类自从发现大脑和精神、行为有所关联之后，探索大脑的脚步就从未停止过。我们一直在试图搞明白，大脑不同的部位和结构，都有哪些具体的功能。除此之外，还有一个非常重要的方面，就是我们如何看待和理解大脑这套系统。
在理解大脑系统的过程中，我发现，有这么三种关于大脑运作的理论，很有分享给大家的价值。因为这三种理论，分别给了我们三个看待大脑系统的角度，它们彼此之间虽然不同，却又有着相关性，特别利于我们，用比较简单的框架，去理解大脑这个复杂的东西，也有利于我们后续理解升级大脑的思路。
本节课程，我会从「三脑一体论」、「左脑与右脑」、「上脑与下脑」三个角度，来带你看看，我们该如何理解大脑这个系统。
- 三脑一体论：爬虫脑、古脑与新脑
在第三讲中，我曾经讲过大脑地图，说大脑分成额叶、颞叶、枕叶、顶叶等等这几个脑叶。实际上，这些脑叶也只是大脑的一部分而已，它们是大脑最表皮的那一层，也就是大脑皮层。大脑皮层其实也被称为「新皮层」，与之相对的，还有比较「旧」的部分。
所谓新旧，实际上是从演化——或者说是进化的角度来看的。「新」指的是，在距离我们更近的时期、新出现的一些结构；「旧」指的是更古老、更久远之前就出现的结构。要知道，我们的大脑并不是一个完全崭新的存在，它既包含着我们最新的脑演化成果，也包含着我们古老祖先大脑的精华。这就是「三脑一体论」的基本看法。
「三脑一体」的理论，是在 60 年代，由一位在美国耶鲁医学院和美国国立卫生研究院工作的神经科学家提出来的，这个科学家叫做保罗 · 麦克林（Paul a），他认为脊椎动物的大脑包含三个部分：爬虫脑、古哺乳动物脑和新哺乳动物脑，简称「爬虫脑、古脑与新脑」。
爬虫脑，是由我们大脑最深层的基本结构组成，与一些本能行为——比如攻击、支配有关；古脑，包含了大脑所谓的「边缘系统」中的一些结构，像是杏仁核、海马体、扣带回等，和动机、情感以及繁衍行为有关；新脑，就是我们最外层的脑皮层结构，主要负责一些高级认知功能，比如语言、计划、预测和抽象思维等等。
需要特别强调一点的是，保罗 · 麦克林提出的这个三体脑模型，其实并不算准确，他的这个理论，代表的是那个年代人类对大脑的认知。他对大脑中一些结构和功能的理解，现在看来是不准确的。更重要的是，还记得咱们在上一讲中讲到的脑系统吗？当代脑科学对脑的理解，其中一个重要的升级，就是认识到了脑的系统性、整体性和连接性，脑功能是由大脑不同部位连成的脑网络来实现的，这一点各位一定要谨记哦。所以，保罗 · 麦克林这种比较割裂的理解方式，其实是有很大问题的。
可是，我为什么还要冒着可能被同行嘲笑的风险，把这个理论拿出来讲呢？因为我觉得这个理论的基本思路，很适合给刚刚入门、想要理解大脑的你。咱们可以去其糟粕，取其精华。对我来说，这个三体脑模型的启发之处在于，你可以把大脑对世界的理解，分成三个层面看待。第一个层面是感知觉的层面，就是所谓的「爬虫脑」，它是我们接收这个世界信息最直接、最基本的层面；第二个「古脑」，是情绪和情感的层面，它帮我们把最直接基本的信息，提炼出一个好或坏的基本态度；第三个「新脑」，是认知与整合的层面，它能够帮助我们运用信息，进行更复杂的精细思考、计划和决策，并作出响应行为。我们的大脑和精神世界，就是这三个层面彼此交融互动，最终整合出来的。
虽然有一些专业人士会认为，「三脑一体论」过于简单粗暴，但是简单的好处在于，大家更容易理解，而且更容易应用。其实，在我们生活中的很多时候，人们做出的反应，可以说就是对应了三脑中不同脑的反应。
我有个朋友是一位编剧，我们经常一起讨论电影艺术及脑科学与心理学之间的关联，对于「三脑一体论」，他特别有感触，还在知乎上用这套理论回答过电影领域的问题。比如，有一个问题是：「为什么很多电影、书籍里，要成为盖世英雄，就要放下感情和情欲？」他说电影里的英雄之所以成为英雄，是因为电影的整个过程，向观众展示了，他们是如何被爬虫脑和古脑的恐惧与情感欲望牢笼困住以后，依靠新脑突破出来，然后做出了让我们这些普通人敬佩的选择和行为，最终成为了英雄。
作为一名研究大脑的科研人员，我深受启发的一点是，电影故事的要义，在于制造出一个让读者和观众信以为真的世界来。什么才是一个让人信以为真的世界？或许是一个需要我们三脑共同参与的世界。我们在前一讲中提到，我们所认为的世界，实际上是由我们的大脑重建出来的。但是在大多数情况下，我们几乎不会怀疑这个世界的真实性和生活的真实性，我们坚信着我们的喜悦、悲伤、焦虑、激动是真实存在的。就像你玩一个游戏，如果没有规则、没有输赢、没有情绪起伏、没有 game over ，那这个游戏似乎也没什么意思了。
或许，这就是人类三脑之间的博弈，或者说，是大脑对我们的「欺骗」，当你深陷在自己的人生故事中、无法自拔的时候，也许「三脑一体论」会冒出来帮助你，让你意识到，是哪个部分的大脑在和你说话，然后倾听到它的真意。
- 左脑与右脑：关于大脑偏侧化
除了三脑一体论之外，我还有两个理论想分享给大家，首先是关于左脑与右脑的。
在上一讲的课程中，我留了一道思考题，问题就是，大脑为何要分成左右半球？不知道大家的思考结果是什么。
其实，关于大脑左右半球的研究，在脑科学的探索中从未停止过，这些研究主要集中在左右半球的相同与不同之处上。按照科学的审美，对称是一件很美妙的事情，所有打破了对称性的存在，其实都会让我们一愣，然后情不自禁地研究下去。
大脑也是如此，虽然左脑右脑看起来是对称的，但是它们实际承载的功能，真的不能算是对称。我们之前讲过，左右脑之间有一个高速信息桥梁，不停地在给两边交换信息，所以平常人们很难搞清楚，在左边大脑发现的信息是否真的来源于左脑。
在这个方面，脑疾病的病人做出过特别巨大的贡献。因为研究发现，损伤在左脑和右脑对称部位、所造成的结果和症状，居然完全不一样。比如，就是因为有这类病人作为研究参考，科学家们才发现，原来大脑重要的语言区在左半球。
还有一类病人，也对我们理解大脑做出了巨大贡献，他们就是「割裂脑」病人。所谓的割裂脑病人，就是他们的大脑左右半球之间的桥梁——胼胝体，被切断了。最初，这个手术是为了防止癫痫病人，大脑一侧半球癫痫灶的异常放电，波及到另一侧的半球，从而引起严重痉挛。你可以想象，对于割裂脑病人来说，他们大脑的左右半球是完全被孤立起来的，互相之间也无法交换信息。虽然这些病人进行了割裂脑手术以后，日常生活貌似没有受到影响，但是，脑科学家们却从中发现了奥秘。
科学家们通过我们之前讲到的左右视野的方法，让外部刺激只呈现给一侧大脑，因为两侧大脑无法沟通，所以病人对刺激做出的反应，只可能是这一侧大脑加工的结果。通过这样的研究方法，大家发现，原来左右脑的功能真的有所不同。比如，当你把一张画有钥匙的图片，呈现给病人的左脑时，病人可以说出「钥匙」；而当你把这张图片呈现给病人的右脑时，他们说自己什么也没看见，然而左手却会从桌上的一堆物品中挑出一把钥匙。
借由脑科学家在割裂脑病人身上的发现，人们理解到大脑的一个很重要的特质，就是大脑的左右半球存在着功能不对称性，我们称之为「大脑功能的偏侧化」。最早进行这方面先驱工作的美国脑科学家 Roger Serry 也因此获得了 1981 年的诺贝尔生理与医学奖。
到今天，研究者们对大脑偏侧化的探索依旧没有停止，大家经常能发现，对于某一种信息，大脑往往有一侧会格外的有所响应。而即使是同样的刺激，大脑左右半球也会从中抽取不同的信息来处理，比如，从感知觉来说，左脑更倾向于处理空间和时间上比较局部、比较细节性的信息，而右脑则倾向于处理空间与时间上更有具体性、更宏观的信息。
举个例子，比如有这样一张图片，上面是一排大雁，组成了一个「一」字型。同样一张照片，你的左脑顶叶加工到的是一只一只大雁，你的右脑顶叶加工到的则是一条横线。多亏了我们的胼胝体，让左右脑把信息交换了一下，我们才看到了大雁组成的一条线。
再比如，当我们听到「苹果」这个词的时候，你的左脑颞叶加工的是「」「ig」「g」「uo」这些音节，你的右脑颞叶加工到了二声、三声这样的声调，然后左右脑把信息一交换，我们就听到了「苹果」。
- 上脑与下脑
说完了左脑与右脑的分工，我们来聊聊上脑与下脑。这个视角很有意思，是曾在美国哈佛大学和斯坦福大学担任心理学教授的斯蒂芬·科斯林提出的。
简单地说，他认为，我们的大脑皮层，以外侧裂作为一条分界线，可以分为上脑和下脑。上脑包括顶叶和大部分额叶，下脑包括颞叶和枕叶。他提出，上脑是拟定和实施计划的，包括如何移动别的东西以及如何运动我们自己的身体，而下脑是对世界的输入信息进行分类和说明的，二者需要共同协作。
比如，上脑要利用下脑发来的信息制定计划。你走在街上，对面来了一个人。你的下脑看到了这个人，并且认出来这是你的好朋友，你回忆起来他还欠你 100 块钱。于是，下脑把这个信息发送给上脑，同时还告诉上脑，你肚子饿了。结果，上脑做出了一个决定，让他请你吃饭吧！然后，上脑和下脑就一起帮你走向你的朋友，伸手把他拦了下来。
除了上下脑的分工合作以外，科斯林还认为，我们每个人在依赖或者运用上下脑系统这件事上，是有程度差异的。他提出了我们可能有四种不同的认知模式，分别对应于我们对上脑下脑的高低运用程度。这四种认知模式分别为：同时高度运用上脑与下脑的「行动者模式」、高上脑低下脑的「刺激者模式」、低上脑高下脑的「感知者模式」、同时低上脑与低下脑的「适应者模式」。
科斯林认为，我们每个人都有一个主导的认知用脑模式，但这并不是说其他几种模式我们就不用了。在遇到不同情境的时候，我们会选用不同的模式。关于这些认知模式的细节，我们在这一讲中先不涉及，在之后的课程中再做具体讨论。
- 总结
在这节课程中，我简介了三个理解大脑的思路：第一个是三脑一体的思路，也就是从爬虫脑、古脑、新脑的角度，从感知、情绪、认知的角度看待大脑；第二个是左脑和右脑的思路，我介绍了割裂脑的病人和大脑偏侧化的发现，让你了解了大脑功能的左右不对称性；第三个则是上脑和下脑的思路，以及由依赖程度不同，所划分出来的四种认知模式。
在所有这些思路中，请大家不要忘记，大脑不同区域之间既有分工又有合作。正是因为这种有分工的互相协作，能够帮我们更好理解，大脑是如何影响我们的思维、情绪、感受和行为，以及它是如何作用于我们的社交生活、影响我们与他人之间关系的。
我们下一节再见~
- 导言
我们这一讲的主题是，大脑也有鄙视链？请大家注意我的语气，我提出来的是一个疑问句。一般来说，一旦谈起人类和其他生物的比较，有些人很容易产生一种想法，就是「大脑之间会不会有个鄙视链」？人脑是不是地球上最聪明的大脑？
对于我个人来说，我不是很喜欢「鄙视链」这样的概念，这种说法，可以说是人类为了所谓的「自尊」而搞出来的东西。
但我很喜欢大脑和脑科学的一点就是，当你去看不同生物的大脑和它们的智能时，越看你越发现，脑是多么的神奇！这个大千世界以及各种各样的生物，又是多么的奇特和奇妙哇。这一节，我们就来聊聊人脑与其他生物大脑上的差别。
- 人脑的特性
如果将人类的大脑与其他动物相比，你觉得人脑最大的不同是什么？一个很直觉的反应可能是「人脑比较大」。但是仔细一想你就会发现，这个特点是站不住脚的，因为地球上有很多体型体重都比我们大得多的哺乳类动物。比如大象、鲸鱼，它们那么庞大的身躯，难不成大脑只有葡萄干那么小吗？显然是不可能的。
根据统计，人脑平均质量约为 1.3 公斤，不到 3 斤。但是非洲象的大脑有 4.2 公斤，鲸鱼的大脑也可以达到 9 公斤，它们的脑都比人脑更重更大。
那么，还有人可能会说，既然这样，应该把这个生物的体重也算上，计算一下大脑占身体的比重，我们不比绝对质量，比相对重量，这样人类的大脑就有优势了吧？确实，人类的大脑重量大约是体重的 2 % ，非洲象只有 0.1%，蓝鲸和抹香鲸甚至都掉到 % 以下去了。
可是，计算了相对比例以后，又有一批生物排到前面来了，那就是啮齿类动物。刚才我们说，人类的大脑占体重的 2% 左右，但是有些鼠类的脑，可以占到它们体重的 10%。所以，电影《疯狂动物城》里的黑帮老大被设定为一只啮齿类动物，可以说是非常合适啦。开个玩笑。
虽然在这些最显而易见的指标上，不太容易看出，人脑有什么特性。但是如果你把哺乳类动物的大脑都摆在面前，从鸭嘴兽、到袋鼠这种有袋类，再到鼠类、猫、狗，再到恒河猴、黑猩猩、人类，还有鲸鱼海豚这种海洋哺乳类动物，你用肉眼就可以发现，这些大脑之间有着特别明显的差别。
从外观上来看，鸭嘴兽还有鼠类，这种动物的脑皮层是比较光滑的；到了猫、狗，再到灵长类的黑猩猩，尤其是到了人类以后，大脑的表面看起来就非常崎岖，充满了我们之前说过的脑皮层的褶皱。
事实上，有研究者比较过不同动物之间脑皮层里的神经元数量，结果发现，人类的脑皮层拥有最多的神经元，也就是我们第一讲中讲过的 亿个左右。尽管非洲象的大脑质量比我们大许多，但是它脑皮层里的神经元和我们人类差不多，也是 1000 亿个左右。
将你的大脑皮层想象成一张巨大的白纸。当大脑皮层里的神经元数量暴增，但头颅的容积并没有暴增的时候，怎样才能将这张巨大的白纸，塞进有限的空间里呢？当然是揉成一团了。
基本上，人类和许多动物大脑皮层的褶皱，就是起到了这样的作用。褶皱，使得有限空间内的表层面积增加了，可以容纳的神经元数量也就增多了。
- 智能的代价
在上一讲中，我们提到，大脑皮层也被称为新皮层，人脑的新皮层是非常发达的。在 2007 年，美国的两个科学家就提出了一个关于皮层和智能之间关系的理论，叫做「顶叶-额叶整合理论」。
这个理论认为，人类的智能，和大脑皮层几个脑叶中的一些重点区域，所组成的脑灰质和脑白质网络，有着密切关系。到了 2012 年，有一个研究团队进一步在 《当代生物学》，也就是《 Curret Biology 》这个期刊杂志上，发表了一个大规模的脑研究。
这个研究，是专门来看一个人大脑皮层的褶皱程度，和他的认知能力之间，到底有没有关联。他们扫描了 440 个健康的成年人，以及 662 名健康儿童的大脑图像，还给他们每个人都做了一系列认知能力测试。然后，他们分析计算了大脑各个区域的褶皱程度，将这个褶皱程度和认知能力做关联。结果发现，在之前那个「顶叶-额叶整合理论」里提到的脑区，褶皱程度越高，认知能力越强。
为什么大脑褶皱对人类的智能这么重要呢？其根源并不在皮层褶皱本身，而是在于它背后所代表的东西。在 2005 年，有两位德国科学家发表了一篇研究论文，叫做《脑与智能的演化》。他们比较了好几种动物的大脑和它们的智能，其中也包括人类，然后他们提出，我们人类的智能可能和我们比较强大的 IPC 能力有关。
什么是 IPC 能力呢？就是 iformatio roceig caacity，意思是信息加工的能力，简称 IPC。他们认为，人类和其他大多数哺乳类动物相比，脑皮层的表面积增加了，神经元的数量变多，这导致皮层里的神经元密度增加，神经元和神经元之间的距离减小了。所以，人脑的神经元彼此之间距离更近，传递信息的速度也就更快了。
但是，人脑有了这么高的 IPC 能力，其实也是要付出代价的。
从能量消耗的角度看，人脑这个器官只占体重的不到 2% ，但却要消耗总代谢能量的 20% ，远远超出其他器官。
从性价比的角度看，通过「三体脑论」，我们知道，人类最外层的「新脑」，也就是新皮层，是最为发达的，但是这部分新脑其实和我们直接的生存关系是最微弱的。爬虫脑和古脑涉及到的脑区中，有的直接关乎于呼吸、心跳等中枢，当它们出现问题时，才是最威胁人类生命的时刻。比如，医院的神经外科经常会收治脑出血的病人，如果这个病人的出血点在新脑，也就是最外面的脑皮层，那最多也就是手麻、偏瘫；但如果出血点在脑干，也就是爬虫脑和古脑的区域，这样的病人很多都会陷入昏迷，甚至需要上呼吸机。所以，如果从生存的角度看，爬虫脑和古脑是我们的必需品，新脑则是我们生存的奢侈品。
我们的整个大脑就像是一辆特别耗油的车，养护的能量成本也特别高，这对我们的生存提出了更高的挑战。
首先，我们会面临食物方面的挑战，因为我们要养这个耗油的大脑，就需要给它补充营养；其次，我们人类在出生的时候，婴儿大脑并不是发育完全的，因为如果发育完成，这个头部就过于庞大，无法顺利通过母亲的产道，所以人类婴儿在出生以后，生活不能自理，需要一个漫长的、被成年人照料的时期，那么，在这个时期，婴儿的存活、照料，以及照料者的食物获取，就是一个挑战了。
- 社会脑假说
在 1988 年，英国利物浦大学的教授 Roi Duar 就发表了一篇论文，提出了一个理论，叫「社会脑假说」。
他认为，包括人类在内的灵长类动物，之所以拥有新皮层相对比较发达的大脑，是为了尽可能适应我们在社交方面的认知需求。
所谓社交需求，包括了我们所有的社会行为、语言、人与人之间的合作、形成社会族群等等。而这些社交行为，就能较好地解决我们，因为要养护这个大脑，所面临的挑战。
比如，一个人寻找食物的效率比较低下，大家就可以搭帮结伙、共享食物资源的信息，今天你帮了我，明天我帮你；比如，照料婴儿的母亲无法外出觅食，婴儿的其他亲属、和团体内的其他成员就可以帮助这位母亲寻找食物，等等。
Duar 进一步认为，我们的大脑既然是为了适应这种社交需求，它就会有一个最佳工作范围，比如说，普通人脑能维持得较为稳定的社会关系的数目是多少呢？根据在一些原始部落里的调查研究，他提出了 100-200 这个稳定社会关系的数字，也就是说，他认为，我们的大脑能够比较好的 hold 住的人际关系，最多也就是差不多 150 个人左右，比较稳定的社会族群人数最多也就是 150 个人。再多了，大家就只是泛泛之交，有时候可能连名字都想不起来了。
Duar 教授提出的这个「社会脑假说」有着巨大的影响力，尤其是在近些年，随着互联网和社交媒体的兴起，有很多人都在好奇，人类互相交往的方式早已经和原始部落那个年代非常不同了，我们的大脑难道还是只能 hold 住 150 个人吗？
于是，在 2011 年，美国印第安纳大学的一组科学家，用 Twitter 的用户数据做了一个研究，结果他们发现，用户在 Twitter 上维持着比较活跃互动关系的人数，依然还是 Duar 所说的 100-200 人范围。
紧接着，在 2012 年，又有一组英国的科学家，他们想考察一下，人们在互联网上社交的好友，是否和他们的大脑特质有关联。于是，他们找来 120 多名大学生，不光扫描了他们的大脑，还记下了他们的 Faceook 账号，以及他们分别在 Faceook 上有多少个好友，还有其他各种数据。结果发现，一个人的在线社交网络越大，他的大脑，在被认为和「社会认知与关联记忆」有关的脑区里的灰质密度就越高。这二者之间是相互关联的。
- 总结
回顾一下，在这节课的开始，我们先把人脑和其他动物的大脑进行了一些比较，发现人脑在形态和质量上，虽然不算绝对值的最大，但却是信息处理能力最快最强的之一。我们的脑有着很高的 IPC ，也就是高度的信息处理能力，这主要体现在我们大脑的新皮层上。
但是随之而来的，是能量消耗方面的巨大代价。那我们还要这个奢侈的大脑干什么呢？「社会脑」的假说应运而生，它提醒了我们，人类大脑一个很重要的功能就是社会功能，我们可以通过社交和社群，解决大脑高耗油等一系列的问题。
我们人类正是因为具有这种团结在一起的能力，以及有这样一个特别适应社会功能和认知的大脑，才形成了团体、社群，有了语言，有了文字，有了文明。
- 互动
结合刚刚讲到的研究和发现，你可以想象一下，在这个新时代，我们有了互联网、社交媒体，还有了人工智能。这些高科技，和我们在原始部落里，面对真实世界的人类进行社交时，又有哪些不同？出现了哪些新的现象？而这些，又对我们的大脑和认知提出了哪些新挑战？
我们会在大脑社交的课程中，进一步讨论这个话题。
好啦，咱们下一讲见~