重回達(dá)爾文，尋覓心智研究的哥白尼革命
作者｜Pamela Lyon 譯者｜晏梁
校對｜eggriel 編輯｜楊銀燭
來源｜神經(jīng)現(xiàn)實(shí)（ID：neureality）
達(dá)爾文（Charles Darwin）在《物種起源》（1859）中描繪了一幅生命演化圖景的長卷。這幅長卷從生命的萌芽開始，沿著生理和心理，即身體和心靈，兩條基本的軸線展開。他寫道，所有生命（而不只是部分），在“肉體和心靈”方面都是通過自然選擇而發(fā)生演化的。達(dá)爾文預(yù)言，當(dāng)心理學(xué)接受這種自然觀時(shí)，心智科學(xué)“將會(huì)建立一個(gè)新的基礎(chǔ)之上”，即“每種心智能力”必然會(huì)隨著演化而得到發(fā)展。
達(dá)爾文猜測生命起源于單一的祖先“形式”，并推測它只有單個(gè)細(xì)胞。不久之后，德國、法國和美國的科學(xué)家們開始通過研究微生物來尋找其存在“心智能力”（感知、記憶、決策、學(xué)習(xí)）的證據(jù)。這三個(gè)小組的研究組長都注定會(huì)成就顯赫。阿爾弗雷德·比奈（Alfred Binet）是設(shè)計(jì)了第一個(gè)實(shí)用智力測驗(yàn)的心理學(xué)家，赫伯特·詹寧斯（Herbert Spencer Jennings）奠定了數(shù)學(xué)遺傳學(xué)（mathematical genetics）的基礎(chǔ)。這兩位組長根據(jù)自己的研究承認(rèn)達(dá)爾文是正確的：即使是微生物的行為也可以表明心智演化的存在，就像身體的演化那樣。然而，馬克斯·弗沃恩（Max Verworn），德國生理學(xué)界的巨擘，并不認(rèn)同這一觀點(diǎn)。
繼而，一場關(guān)于心智演化連續(xù)性的激烈爭論被觸發(fā)。這種連續(xù)性觀點(diǎn)認(rèn)為心智（人類意義上的“心靈”，其他動(dòng)物中的“認(rèn)知”）經(jīng)歷了數(shù)百萬年的發(fā)展和變化（實(shí)際上是數(shù)十億年）。這場爭論一直持續(xù)到今天。20世紀(jì)初期興起的行為/主義將行為作為唯一可接受的科學(xué)數(shù)據(jù)，并在此后幾十年里避免直接討論心靈從而削弱了這場爭論。當(dāng)“認(rèn)知革命”在世紀(jì)中期興起之后，支持不連續(xù)性的觀點(diǎn)便被牢牢地確立下來。人們的普遍共識(shí)是，在演化的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上（并且我們可能永遠(yuǎn)不知道是什么時(shí)候），認(rèn)知能力好像“噗”的一下就出現(xiàn)在一些動(dòng)物身上。而在此之前，作為除語言外唯一認(rèn)知指標(biāo)的行為，就應(yīng)該是完全天生的、機(jī)械式的、反射性的。盡管其看上去是由認(rèn)知驅(qū)動(dòng)的，但實(shí)際上并不是。直至目前，這仍然是主流觀點(diǎn)，并且完全基于人們“直覺上的”合理性。
- Song ? Kang -
哲學(xué)家丹尼爾·丹尼特（Daniel Dennett）是最早引用演化論的認(rèn)知哲學(xué)家之一，他將自然選擇稱為“達(dá)爾文的危險(xiǎn)想法”*，因?yàn)樗砻髟谧匀唤缰性O(shè)計(jì)的出現(xiàn)不需要設(shè)計(jì)者，不管是神靈還是其他。就像他的很多哲學(xué)家與科學(xué)家同事一樣，丹尼特不承認(rèn)心智演化的連續(xù)性。然而，我認(rèn)為達(dá)爾文這一被忽略的見解其實(shí)是他最激進(jìn)的想法。這個(gè)想法可能在認(rèn)知科學(xué)中引發(fā)徹底的哥白尼革命，并且改變我們看待世界的方式以及我們身處其中的位置。
*譯者注
Dennett, Daniel C. "Darwin's dangerous idea." The Sciences 35.3 (1995): 34-40.
哥白尼革命開啟了一次人類視角的轉(zhuǎn)變。1400年來，歐洲學(xué)者們一直抱持著普通人的觀點(diǎn)，認(rèn)為地球是天空圍繞旋轉(zhuǎn)的不動(dòng)點(diǎn)。托勒密的宇宙模型將太陽、月亮、恒星和其他行星放置在圍繞地球的嵌套水晶球中運(yùn)動(dòng)。1543年，哥白尼（Nicolaus Copernicus）發(fā)表了一個(gè)詳細(xì)的替代方案，用太陽取代了地球。我們的星球被罷黜了作為宇宙中心的地位，與其他天體“漫游者”一同圍繞太陽運(yùn)動(dòng)，而現(xiàn)代天文學(xué)也就此誕生。
同樣地，達(dá)爾文的激進(jìn)思想也廢黜了人類與其他大腦在（西方）認(rèn)知宇宙的“直覺顯然”的中心位置。而在這個(gè)位置，達(dá)爾文放上了一個(gè)不斷演化、具有認(rèn)知能力的生命，它在可預(yù)測和不可預(yù)測的變化條件下，努力生存和繁衍。從以智人（Homo sapiens）為參照的大腦中心論，到將生物學(xué)和生態(tài)學(xué)事實(shí)考慮在內(nèi)，這一視角的轉(zhuǎn)變具有深遠(yuǎn)的影響。其結(jié)果是為這一無法回避的自然現(xiàn)象帶來更精確有效的解釋，而這對理解我們怎樣成為人類以及成為人類意味著什么至關(guān)重要。
- Federica Bordoni -
認(rèn)知是什么？像很多其他心智概念一樣，人們也沒有在這一術(shù)語的定義上達(dá)成共識(shí)。這在130年前曾激怒過威廉·詹姆士（William James），此后也偶爾惹惱其他人。我是這么定義的：認(rèn)知包括生物體熟悉、評(píng)估、利用和逃避周圍環(huán)境特征的方法，以此來保障其生存繁衍。下面我從自己經(jīng)歷入手來闡述這一問題。
21年前，我還是一名做亞洲研究的博士生，我的研究集中在四個(gè)佛教命題上。我致力于將其納入到辯論性西方哲學(xué)和科學(xué)分析當(dāng)中。這些命題中隱含著一種非常復(fù)雜的佛教心智觀：心靈是什么、如何實(shí)現(xiàn)、它在無知條件下可以做什么、它經(jīng)過訓(xùn)練后可以做什么。我在當(dāng)時(shí)被稱為認(rèn)知科學(xué)（還只是獨(dú)一門時(shí)）的領(lǐng)域內(nèi)尋找西方文化中相應(yīng)的比較對象……但什么也沒找到。
除了四箱書和一部裝滿文章的筆記本電腦，我還收集了一些零散的、不一致的觀點(diǎn)和相關(guān)的一系列爭論，但這些都沒能為擁有心智，或心智在行為中的作用提供現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)上的解釋。正如神經(jīng)生物學(xué)家史蒂文·羅斯（Steven Rose）在1998年意識(shí)到的（并且什么都沒改變），神經(jīng)科學(xué)已經(jīng)產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)，但卻沒有理論可以用來解釋它們。在21世紀(jì)初的今天，我仍然對此感到難以置信，盡管這一問題依然存在。
那時(shí)的認(rèn)知科學(xué)被三個(gè)（幾十年前的）參考框架所統(tǒng)治，這幾個(gè)框架構(gòu)成了“認(rèn)知主義”范式的基礎(chǔ)：1）人腦；2）認(rèn)為大腦是一個(gè)計(jì)算機(jī)器的信念；3）“認(rèn)知是對表征的計(jì)算”的觀點(diǎn)。第三個(gè)信條固執(zhí)地拒絕簡單解釋，因?yàn)槠浜诵母拍钏殡S的含混性也進(jìn)入了該領(lǐng)域內(nèi)（就好像原本還需要更多）。這一觀點(diǎn)大致可以歸納如下：大腦中有一些可辨識(shí)的東西“代表”著世界的方方面面，就像是詞語在句子中的作用。這些信息由尚未被發(fā)現(xiàn)的算法“處理”，也就是我們所說的思考、計(jì)劃、決策等等。除了對表征的加工外，不存在其他心智活動(dòng)；認(rèn)知就是這種加工。
生物學(xué)和演化論，這兩個(gè)我認(rèn)為極為重要的視角，幾乎沒有一席之地；生理學(xué)、情緒和動(dòng)機(jī)也是一樣。那些認(rèn)為動(dòng)物行為研究對認(rèn)知科學(xué)有所幫助的研究者們，才剛剛開始在這一領(lǐng)域發(fā)表文章，并且也沒有受到同行們的歡迎。“具身”和“情景”（situated）認(rèn)知正在獲得關(guān)注，但更多是對理論顯著性的承認(rèn)，而非對整個(gè)連貫體系的認(rèn)可。還因?yàn)?span style="box-sizing: border-box;">缺少鑒別標(biāo)準(zhǔn)，生物學(xué)分類的任何特征都可能被當(dāng)成認(rèn)知。
但我仍然需要一個(gè)比較對象。我決定開始調(diào)查生物學(xué)，看它是否具有我認(rèn)為必須持有的答案。我選擇從生命之樹的根基——細(xì)菌開始，來看看它們是否具有能在某種程度上被稱作“認(rèn)知”的活動(dòng)；20年過去了，我仍然在這片沃土上尋覓。
受一位非傳統(tǒng)的澳大利亞生物學(xué)家所薦，我最初的理論導(dǎo)師是動(dòng)物學(xué)家雅各布·馮·尤克斯庫爾（Jakob von Uexküll）和神經(jīng)科學(xué)家翁貝托·馬圖拉納（Humberto Maturana）。馮·尤克斯庫爾的感覺世界（Umwelt）概念（1934年在英語中普及）讓我理解了生物體周圍世界的特殊性：生物體特有的諸種感覺構(gòu)造了其周圍的世界，并且生物體為這個(gè)世界中的元素賦予價(jià)值，而這個(gè)世界也會(huì)依賴于生物體的生存方式而發(fā)生演化。例如，二氧化碳濃度的升高會(huì)吸引蚊子尋找血液，但對多數(shù)人類來說則會(huì)導(dǎo)致短暫的呼吸困難、眩暈和輕微焦慮（就像疫情期間佩戴口罩的體驗(yàn)）。馬圖拉納的《認(rèn)知生物學(xué)》（Biology of Cognition，1970）使我意識(shí)到，與地球上其他任何物理系統(tǒng)相比，生命是多么奇特。
在馬圖拉納看來，生命是自生產(chǎn)的，而不僅僅是自組織或者自我維持。如果一架空客A380有著相同的能力，它就可以從環(huán)境中尋找、獲取燃料并將之轉(zhuǎn)化為物質(zhì)和能量來源，以及制造其在飛行過程中正常運(yùn)作（滑行、起飛、飛行、保持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、著陸）所需的各種組件。這還沒有談及繁殖。馬圖拉納對認(rèn)知的說明集中在生物體與環(huán)境持續(xù)交互的需要上，這種交互使其具有那樣不可思議的能力。對馬圖拉納來說，這一生物體和環(huán)境之間的“交互域”就是認(rèn)知，以至于“生命過程就是認(rèn)知過程”（原文斜體）。我已經(jīng)在細(xì)菌上滿意地確證了這一斷言。
認(rèn)知主義要求作為交互域的認(rèn)知發(fā)生不早于大腦的起源，而且很可能是在大腦起源很久之后才發(fā)生的。在馬圖拉納看來（他是一名神經(jīng)科學(xué)家），認(rèn)知交互域發(fā)端于單細(xì)胞生命。神經(jīng)結(jié)構(gòu)只是增加了認(rèn)知生物體和可利用環(huán)境的復(fù)雜性，但并不因此產(chǎn)生認(rèn)知。支持馬圖拉納觀點(diǎn)的證據(jù)正與日俱增。
- zaoeyo ( Xiaolin Zeng ) -
基礎(chǔ)認(rèn)知（basal cognition，研究不具有神經(jīng)或具有簡單神經(jīng)系統(tǒng)的生物體的認(rèn)知能力*）還是一個(gè)新生的研究領(lǐng)域。然而，已經(jīng)有證據(jù)表明**，在神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)前，即約5億至6.5億年前，演化就已經(jīng)被認(rèn)為是為認(rèn)知的能力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。感知、記憶、效價(jià)、學(xué)習(xí)、決策、預(yù)期、交流——所有這些原本被認(rèn)為是人類的特質(zhì)，都在各種各樣的生命中被發(fā)現(xiàn)，包括細(xì)菌、單細(xì)胞真核生物、植物、真菌、不具有神經(jīng)元的動(dòng)物、具有簡單神經(jīng)系統(tǒng)的動(dòng)物以及大腦。
*譯者注
*Lyon, Pamela, et al. "Reframing cognition: getting down to biological basics." Philosophical Transactions of the Royal Society B 376.1820 (2021): 20190750.
**Levin, Michael, et al. "Uncovering cognitive similarities and differences, conservation and innovation." Philosophical Transactions of the Royal Society B 376.1821 (2021): 20200458.
然而，再多關(guān)于基礎(chǔ)認(rèn)知的證據(jù)也不能說服一個(gè)頑固的神經(jīng)中心主義者。（你說的記憶、效價(jià)、決策是什么意思？這難道不就是一個(gè)定義問題嗎？）達(dá)爾文的激進(jìn)思想必須解決一些認(rèn)知主義解決不了的問題。哥白尼模型也是如此，直到日心說模型解決了托勒密模型所面對的不能預(yù)測或解釋的發(fā)現(xiàn)，它才成為一場革命。這需要第谷細(xì)致完善的天文學(xué)觀察，開普勒的行星運(yùn)動(dòng)定律，伽利略基于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡改進(jìn)后獲得的觀察所提出的理論，牛頓建立在前人工作（“巨人的肩膀”）基礎(chǔ)上的引力定律。這總共花費(fèi)了144年。
達(dá)爾文關(guān)于心智進(jìn)化連續(xù)性的理論比這更古老，但也更接近人類身份的本質(zhì)。畢竟，“智慧”就在我們物種的拉丁名中（“Homo sapiens”中的“sapiens”意為智慧）。擁有一個(gè)聰明的、理性的心智，被認(rèn)為是人類的定義特征。相比起一個(gè)以生命為中心的心理學(xué)，接受一個(gè)日心說的宇宙可就算不上什么了。但其實(shí)，我們或許并沒有選擇。
認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)要想理解大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理，必須克服它目前所面臨的幾個(gè)挑戰(zhàn)，而這是理解認(rèn)知能力何以從這些系統(tǒng)中產(chǎn)生的先決條件。下面概述了三個(gè)挑戰(zhàn)。在這三個(gè)例子中，我們需要的是更簡單的模型系統(tǒng)，以便幫助我們發(fā)現(xiàn)生物體與環(huán)境之間交互作用的驅(qū)動(dòng)因素，而這些發(fā)現(xiàn)可能意味著其背后存在更基本的原理，并且能夠在更復(fù)雜的生物體中進(jìn)行驗(yàn)證。
神經(jīng)科學(xué)面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)與大腦或神經(jīng)系統(tǒng)的“功能單元”有關(guān)。一個(gè)多世紀(jì)以來，單個(gè)神經(jīng)元一直是大腦活動(dòng)的結(jié)構(gòu)單元和功能單元。認(rèn)知科學(xué)的先驅(qū)者們將神經(jīng)元學(xué)說作為大腦假定的計(jì)算能力的基礎(chǔ)，每個(gè)神經(jīng)元被認(rèn)為是一個(gè)類似邏輯門的開關(guān)，可以將信息“數(shù)字化”（變成1或0）從而進(jìn)行“編碼”。單個(gè)神經(jīng)元被假定執(zhí)行復(fù)雜的編碼任務(wù)，包括空間中的地點(diǎn)/場所、朝向、位置；一項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)曾被授予此領(lǐng)域的研究*。
*譯者注
2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)被授予John O'Keefe、May-Britt Moser和Edvard I. Moser，獲獎(jiǎng)理由是“發(fā)現(xiàn)構(gòu)成大腦定位系統(tǒng)的細(xì)胞”。
但有兩個(gè)發(fā)現(xiàn)動(dòng)搖了這一說法。一個(gè)是人類大腦內(nèi)不同類型細(xì)胞的數(shù)量。最近的研究表明存在不少于75種不同的細(xì)胞*：24種興奮型、45種抑制型以及6種非神經(jīng)元型。它們有什么功能以及怎么交互仍然不清楚。另一個(gè)是現(xiàn)在已經(jīng)清楚的觀點(diǎn)，即神經(jīng)元群（集合、網(wǎng)絡(luò)和/或回路）更可能是功能活動(dòng)的單位。但更重要的是如何定義一個(gè)神經(jīng)元集合、網(wǎng)絡(luò)和/或回路，以及理解它們怎么形成和交互、它們隨時(shí)間推移的穩(wěn)定性、怎樣以及是否嵌套在層級(jí)中、怎樣產(chǎn)生行為。這些都是仍在進(jìn)行中的主要工作。
*譯者注
Hodge, Rebecca D., et al. "Conserved cell types with divergent features in human versus mouse cortex." Nature 573.7772 (2019): 61-68.
要理解神經(jīng)元回路的形成和功能，需要將生物體作為一個(gè)整體系統(tǒng)來考慮其行為。這就是為什么神經(jīng)科學(xué)家拉斐爾·尤斯特（Rafael Yuste）將水螅（Hydra vulgaris，一種具有已知最簡單神經(jīng)系統(tǒng)的淡水動(dòng)物）作為模式動(dòng)物來研究神經(jīng)元回路。這一決定收獲了豐厚的回報(bào)。當(dāng)這種微小動(dòng)物伸展觸手去捕獲食物，或者收縮成一個(gè)小球時(shí)，它的整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)同時(shí)被視頻成像*，這樣不同的神經(jīng)回路就會(huì)對應(yīng)到不同的行為上。得益于水螅的再生能力，研究者們通過對離體細(xì)胞再生的觀察，已經(jīng)識(shí)別出水螅從神經(jīng)元生長到全身多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整合的不同階段漸進(jìn)序列。然而，水螅行為的生態(tài)學(xué)意義仍然晦暗不明，要理解某些行為（對生物體）的意義還有很多工作要做。這將有助于進(jìn)一步闡明神經(jīng)活動(dòng)的動(dòng)態(tài)（生物學(xué)）邏輯。
*譯者注
https://www.youtube.com/watch?v=VA72wmRaF4A
細(xì)胞集群內(nèi)的協(xié)調(diào)活動(dòng)既需要認(rèn)知，同時(shí)也有可能構(gòu)成認(rèn)知——雖然說這一觀點(diǎn)的轉(zhuǎn)換并不容易與認(rèn)知主義的信條“對表征的計(jì)算”相一致，但這在生物學(xué)中已經(jīng)獲得了普遍支持。對于細(xì)菌（例如枯草芽孢桿菌[Bacillus subtilis]、黃色粘球菌[Myxococcus xanthus]）和阿米巴蟲（盤基網(wǎng)柄菌[Dictyostelium discoideum]）這類生物，研究者們已經(jīng)就由數(shù)千個(gè)相互作用的自主細(xì)胞協(xié)調(diào)的復(fù)雜行為進(jìn)行了很好的研究。在枯草芽孢桿菌菌群上，研究者們發(fā)現(xiàn)了借助于離子通道實(shí)現(xiàn)的長距離電信號(hào)傳遞（同樣也是神經(jīng)元電信號(hào)傳遞的機(jī)制），這為微生物幫助闡明與復(fù)雜動(dòng)物相關(guān)的認(rèn)知機(jī)制提供了“概念驗(yàn)證（proof of concept）”。這一研究結(jié)果也進(jìn)一步導(dǎo)致了原先未知的細(xì)菌集體行為的發(fā)現(xiàn)。這種集體行為類似于大腦活動(dòng)的某些認(rèn)知類型，包括記憶。對由電信號(hào)介導(dǎo)的細(xì)菌行為的研究才剛剛開始。
細(xì)菌信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白之間的網(wǎng)絡(luò)活性在25年前首次被描述。到今天，信號(hào)蛋白大型陣列的網(wǎng)絡(luò)特性已經(jīng)是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，這種特性常見于那些依賴鞭毛在化學(xué)梯度間定向移動(dòng)（趨化作用）的細(xì)菌。在高度保守的進(jìn)化過程中，這種結(jié)構(gòu)被比作“納米腦”并不夸張，因?yàn)?span style="color: rgb(0, 128, 255); box-sizing: border-box;">它以一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的模式工作，能夠處理大量信息，對環(huán)境中的微小變化保持高度敏感，它位于細(xì)胞的前端就像是細(xì)胞的“頭”，雖然這個(gè)頭會(huì)隨著細(xì)胞方向的改變而變換位置。
這些陣列所能處理的信息可能比我們預(yù)想的還要多。最近發(fā)現(xiàn)*，大腸桿菌（Escherichia coli）會(huì)拒絕垃圾食物，因?yàn)槟菚?huì)讓它們生長延緩。趨化作用（即趨向或遠(yuǎn)離某些狀態(tài)）是大腸桿菌最消耗能量的行為之一；但令人困惑的是，它們會(huì)放棄跟前的食物（即諺語中的“在手之鳥”）轉(zhuǎn)而在其他地方繼續(xù)尋找更有營養(yǎng)的——這種策略通常是有效的。秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans，一種具有小型腦的蠕蟲）也會(huì)這么做。如果它過去是以高質(zhì)量的食物為食，那么它也會(huì)舍棄低質(zhì)量的食物并期待找到更好的。這樣的發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)是相當(dāng)震驚的，因?yàn)?span style="color: rgb(0, 128, 255); box-sizing: border-box;">這種行為被認(rèn)為是需要一種“更高階”的決策能力。
*譯者注
Ni, Bin, et al. "Growth-rate dependent resource investment in bacterial motile behavior quantitatively follows potential benefit of chemotaxis." Proceedings of the National Academy of Sciences 117.1 (2020): 595-601.
- DEUZ Tapikid Tapis -
神經(jīng)科學(xué)面臨的第二個(gè)挑戰(zhàn)是由一個(gè)史詩般的科學(xué)成果帶來的，它揭示出了“令人震驚的失敗”。秀麗隱桿線蟲大腦的接線圖已經(jīng)完成了，這是一個(gè)起始于認(rèn)知主義鼎盛時(shí)期的項(xiàng)目*。線蟲的302個(gè)神經(jīng)元間的連接被繪制出來，并且定義了與大多數(shù)細(xì)胞類型相關(guān)的行為。然而，這一驚人的成就并沒有揭示出線蟲怎樣以及為什么會(huì)如此行動(dòng)——這原本是這項(xiàng)研究的目的。根據(jù)神經(jīng)科學(xué)家科里·巴格曼（Cori Bargmann）的說法，秀麗隱桿線蟲的研究“表明（神經(jīng)）接線圖并不是一套明確的指令，我們不可能直接閱讀它?！?span style="color: rgb(62, 62, 62);box-sizing: border-box;">這主要有兩個(gè)方面的原因。
*譯者注
2021年發(fā)表于Cell的文章。參考Taylor, Seth R., et al. "Molecular topography of an entire nervous system." Cell 184.16 (2021): 4329-4347.
首先，在更真實(shí)的生態(tài)條件下，生物體的行為方式有悖于以往通過基因敲除在特定神經(jīng)元（感覺、運(yùn)動(dòng)、整合）和特定行為（前進(jìn)、后退、進(jìn)食）之間建立的因果聯(lián)系。相反，單一行為可能由幾個(gè)不同的神經(jīng)回路引起，而一個(gè)回路可能會(huì)在不同情景中觸發(fā)不同、甚至相反的行為?？傊?，一個(gè)接線圖要比原來所設(shè)想的表示更多潛在的行為方式。
其次，環(huán)境和生物體的內(nèi)部狀態(tài)對行為的影響要比最初認(rèn)為的重要得多。環(huán)境和內(nèi)部狀態(tài)的信息被認(rèn)為由生物分子（神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽）進(jìn)行傳遞，盡管具體機(jī)制并不清楚。這些信號(hào)分子（大部分由神經(jīng)元自身產(chǎn)生）可以改變神經(jīng)元功能，從幾秒到幾分鐘、幾小時(shí)不等；可以與其他目標(biāo)（其他神經(jīng)元、肌肉細(xì)胞、腺體）作用；以及激活或抑制整個(gè)回路。秀麗隱桿線蟲會(huì)產(chǎn)生100多種這樣的分子。
在細(xì)菌和單細(xì)胞真核生物（相比于細(xì)菌有明確的細(xì)胞核）中，成千上萬個(gè)體間的協(xié)調(diào)活動(dòng)——相當(dāng)于多細(xì)胞水平的行為，也要借助于信號(hào)分子。這種現(xiàn)象被稱為群體感應(yīng)。群體感應(yīng)分子也被比作是激素，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^類似的機(jī)制來改變生物體的行為。就像動(dòng)物和植物當(dāng)中的激素那樣（神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽的活性沒有區(qū)別），微生物細(xì)胞產(chǎn)生的信號(hào)分子通過四種方式誘導(dǎo)行為改變：1）作用于產(chǎn)生信號(hào)分子的細(xì)胞內(nèi)部；2）通過細(xì)胞接觸作用于相鄰細(xì)胞；3）作用于細(xì)胞周圍區(qū)域；4）作用于遠(yuǎn)距離外的細(xì)胞。單細(xì)胞信號(hào)分子其實(shí)有很多，只是要遠(yuǎn)少于多細(xì)胞生物。
神經(jīng)科學(xué)面臨的第三個(gè)挑戰(zhàn)不是范式的失敗，而是來源于意料之外。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，認(rèn)知過程完全是反應(yīng)性的：外部世界的某物作用于生物體（輸入），導(dǎo)致其作出反應(yīng)（輸出）。這種輸入-輸出觀點(diǎn)正是認(rèn)知主義的基本思想。上世紀(jì)90年代，人們發(fā)現(xiàn)在缺乏外部刺激時(shí)，大腦也存在自發(fā)的、持續(xù)的活動(dòng)，這在最初被認(rèn)為是成像技術(shù)造成的偽跡，之后被看作是一個(gè)令人困惑的難題，現(xiàn)在則是一個(gè)主要的研究領(lǐng)域。默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)（default mode network）被定義為，大腦內(nèi)在清醒靜息狀態(tài)下活躍、在任務(wù)導(dǎo)向行為時(shí)不活躍的功能連接區(qū)域。黑猩猩和老鼠就表現(xiàn)出默認(rèn)模式活動(dòng)。在人類當(dāng)中，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)失調(diào)則與精神障礙有關(guān)。這也意味著它對認(rèn)知功能的重要性。
大腦內(nèi)的自發(fā)振蕩遠(yuǎn)不止默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)科學(xué)家尤里·布扎基（Gy?rgy Buzsáki）——他正在努力吸引人們對“大腦節(jié)律”的注意*，他認(rèn)為這種大腦活動(dòng)并不是系統(tǒng)噪音，相反它“實(shí)際上是我們認(rèn)知能力的來源”，并且可能是大腦對“神經(jīng)元信息的基本組織者”。自發(fā)低頻振蕩不僅在水螅上被檢測到，還存在于許多生物體上，包括植物、單細(xì)胞真核生物、細(xì)菌，以及多種動(dòng)物。如果這種振蕩是生命活動(dòng)的中心組織者——就像艾莉森·漢森（Alison Hanson，尤斯特實(shí)驗(yàn)室的駐院醫(yī)師）所猜想的那樣**，那么顯然，神經(jīng)元就不會(huì)是產(chǎn)生振蕩的必要條件。
*譯者注
*Buzsaki, Gyorgy. Rhythms of the Brain. Oxford university press, 2006.
**Hanson, Alison. "Spontaneous electrical low-frequency oscillations: a possible role in Hydra and all living systems." Philosophical Transactions of the Royal Society B 376.1820 (2021): 20190763.
振蕩是由細(xì)胞膜上的離子通道產(chǎn)生的，這種現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)遍及整個(gè)生命界。邁克爾·萊文（Michael Levin）的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)證明*，離子通道產(chǎn)生的生物電在動(dòng)物身體再生的“模式記憶（pattern memory）”中起著關(guān)鍵作用。無頭渦蟲可以再生大腦，蝌蚪可以再生尾巴，成年青蛙可以（借助誘導(dǎo)）再生功能型后肢，電刺激還可以讓一些部位長在它們不該在的地方——例如讓蠕蟲的第二個(gè)頭長在其尾巴的位置處。對萊文來說，采取一種務(wù)實(shí)的態(tài)度，接受即使組織中的細(xì)胞也繼承了其單細(xì)胞祖先的某些決策能力這一觀點(diǎn)——他稱之為“認(rèn)知透鏡（cognitive lens）”，可以為發(fā)育生物學(xué)、免疫學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、生物工程和人工智能領(lǐng)域等諸多領(lǐng)域帶來新的轉(zhuǎn)變。
*譯者注
*https://ase.tufts.edu/biology/labs/levin/research/index.htm
《從內(nèi)向外解析大腦》
我們需要的是視角的轉(zhuǎn)變。在《從內(nèi)向外解析大腦》（The Brain from Inside Out，2019）這本書中，布扎基認(rèn)為很多神經(jīng)科學(xué)面臨的困難問題根本上受制于“人類構(gòu)建的關(guān)于心/腦怎樣運(yùn)作的觀念”，這些根據(jù)幾千年來的哲學(xué)和科學(xué)猜想建立起來的觀念，現(xiàn)在則被用于解釋觀察到的大腦活動(dòng)。這就是他稱之為“由外而內(nèi)”的視角：“主流神經(jīng)科學(xué)的主導(dǎo)框架表明，大腦的任務(wù)就是感知和表征世界、處理信息，以及決定如何反應(yīng)……一種‘由外而內(nèi)’的方式”。這也是馬圖拉納所說的“觀察者依賴”，從觀察者的視角出發(fā)而不是被觀察的系統(tǒng)。自發(fā)活躍的大腦有其自身的邏輯，而對此我們幾乎一無所知。布扎基認(rèn)為，從系統(tǒng)的視角去解碼其產(chǎn)生活動(dòng)的邏輯（即“由內(nèi)而外”）應(yīng)該是神經(jīng)科學(xué)的主要任務(wù)，而不是將人類的猜想對應(yīng)到神經(jīng)元的觀察結(jié)果上。
我在15年前做了一個(gè)類似的區(qū)分。我把基于人類經(jīng)驗(yàn)和反思所形成觀念的認(rèn)知視角稱為人類啟始（anthropogenic）進(jìn)路，也就是布扎基說的“由外而內(nèi)”。盡管認(rèn)知主義斷言，認(rèn)知可以被不同的物理形式所實(shí)現(xiàn)（包括機(jī)器人），但這種方法仍然是人類啟始的，因?yàn)樗从谌祟惖乃銛?shù)能力。與之相反，我稱為生物啟始（biogenic）的進(jìn)路則將生物存在模式作為認(rèn)知的來源，這意味著“由內(nèi)而外”的視角*。
*譯者注
Lyon, Pamela. "The biogenic approach to cognition." Cognitive Processing 7.1 (2006): 11-29.
如果理解人類認(rèn)知是我們的目標(biāo)，那么這種生物啟始的進(jìn)路才是最有前景的方向，它會(huì)帶領(lǐng)我們超越現(xiàn)在這條蹣跚難行，又望不到頭的歧路。在過去70年間，大量公共和私人基金被投入其中，更不必說人們的才能、時(shí)間和精力，到如今我們本應(yīng)該獲悉更多關(guān)于認(rèn)知是什么、怎樣工作的理論知識(shí)，而不僅僅是來自于大腦活動(dòng)的簡單數(shù)據(jù)。想想自從上世紀(jì)50年代之后社會(huì)發(fā)生了多大的轉(zhuǎn)變。有多少教條已經(jīng)崩潰和廢止？在這么多領(lǐng)域中，我們學(xué)到了多少？
人類基因組計(jì)劃本應(yīng)該產(chǎn)生一個(gè)基因的“藍(lán)圖”，但當(dāng)?shù)谝环莶輬D在21年前發(fā)表的時(shí)候，我們意識(shí)到還有那么多是我們未知的。例如，有太多所謂的“垃圾DNA”確實(shí)是垃圾；人類與植物基因組有著驚人比例的重合；在我們的基因組中還攜帶著單細(xì)胞生物轉(zhuǎn)移來的基因。隨著整個(gè)基因組越來越多地被比較，我們發(fā)現(xiàn)在自己與植物所共享的基因中，有一些與動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)，也包括我們?nèi)祟?。此外，對人類生存最重要的系統(tǒng)之一，也就是在個(gè)體細(xì)胞層面自主運(yùn)作的免疫防御機(jī)制，同樣在大約數(shù)十億年前繼承自細(xì)菌或者其姐妹王國，古菌。事實(shí)證明*，記憶和學(xué)習(xí)的正常功能依賴于神經(jīng)元與免疫刺激因子（細(xì)胞因子）之間的相互作用。20世紀(jì)50年代（以及之后），大腦一直被認(rèn)為具有“免疫特權(quán)”；免疫系統(tǒng)不能監(jiān)視大腦。
*譯者注
Lyon, Pamela. "Stress in mind: a stress response hypothesis of cognitive evolution." Developing scaffolds in evolution, culture, and cognition. MIT Press, Cambridge (2013): 171-190.
然而，我們?nèi)匀粵]有很好地掌握認(rèn)知的基本原理：不同感覺是怎樣整合成一個(gè)世界的；記憶在哪里以及如何儲(chǔ)存，是否能保持穩(wěn)定，檢索如何改變記憶；如何做出決定，以及指揮身體行動(dòng)；如何評(píng)估效價(jià)。
效價(jià)是生物體為自身和/或周圍事物所處環(huán)境賦予的價(jià)值，如有利、危險(xiǎn)或中性。效價(jià)在情緒中的核心作用已經(jīng)被確立。正在形成的共識(shí)認(rèn)為，人類情緒從根本上參與了身體對其基本功能的調(diào)節(jié)。近50年來，我們已經(jīng)知道了細(xì)菌會(huì)朝向特定（有利）物質(zhì)移動(dòng)，并且設(shè)法躲避其他（有害）環(huán)境。理解細(xì)菌行為的效價(jià)機(jī)制，會(huì)有助于闡明在更復(fù)雜生物體中情緒是怎樣引起行為的嗎？除非我們對此開展研究，否則我們永遠(yuǎn)都不會(huì)知道。
- Maggie Chiang -
在《物種起源》的結(jié)尾，達(dá)爾文描繪了一個(gè)“樹木交錯(cuò)的河岸”（tangled bank）：在那里，演化進(jìn)程中的自然選擇法則，與當(dāng)前動(dòng)植物各不相同的行為方式，這兩個(gè)因素看似毫不相關(guān)，實(shí)則相互依賴，共同構(gòu)成了生命。達(dá)爾文認(rèn)為，所有生命在深層次上都是彼此相關(guān)的。我們現(xiàn)在以一種達(dá)爾文只能夠想象的方式認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，那是因?yàn)槲覀儞碛兄豢杀葦M的復(fù)雜工具，有著對進(jìn)化原理更為豐富的理解——包括發(fā)育可塑性、表觀遺傳、全基因組改變，以及單基因突變，是這些為自然選擇機(jī)制的奏效提供了遺傳變異。
“這種視角下的生命當(dāng)是偉大的。”達(dá)爾文這樣寫道，他說得沒錯(cuò)。我們現(xiàn)在可以從水仙花、蚯蚓、甚至細(xì)菌，還有黑猩猩身上看到我們自己，并且是以一種科學(xué)的方式來為此辯護(hù)，而不需要任何神秘的面紗或擬人化。我們有著共同的起源，共同的基因，我們通過共同的機(jī)制來親近這個(gè)被感知到的世界并為它賦予價(jià)值。我們都在以自己的方式努力生存，相互依賴，茁壯成長并繁衍生息（對其中一部分來說）。我們都生活在這座星球上，盡管它不是宇宙的中心，甚至太陽系也不是，但它是我們所有生命共同的家園。
是時(shí)候接受達(dá)爾文的激進(jìn)思想了，就像我們認(rèn)為自己的身體是從更簡單形式的身體演化而來一樣，我們的心靈也由更簡單的心靈演化而來。身體與心靈一同演化至今，并將繼續(xù)如此。
編輯｜小圭月
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