FOUR “我是誰”“從哪裡來”“到哪裡去”
“我是誰”“從哪裡來”“到哪裡去”。
面對這三個問題，物理學家、哲學家和文學家可能都有自己的看法。
咱別說虛的，不如來看看神經科學的解釋：你的個人意識從何而來？大腦是如何感知時間的？你又是如何知道自己“從哪裡來”“到哪裡去”的？
意識從哪裡來？
難易程度
Je pense,
donc je suis。我思故我在。
——笛卡兒
其實，我很少看關於神經科學的科普書，這次在整理文稿時，專門看了一下市面上的科普書，有一本關於意識的書籍我很喜歡，叫《貪婪的大腦》（The
Ravenous Brain）。在書的開頭，作者丹尼爾·博爾講述了他自己的故事：他的父親在他大學畢業前幾周得了輕度中風，雖然是輕度，但在其大腦的這一個小小的血塊就會導致很多認知和行為的變化。在中風後，一名思維敏銳的成年人可能會變成一個行為古怪的孩子，譬如突然對某一種小零食感興趣，連續幾天只吃零食，其他什麼也不肯吃。再譬如，只會注意到視野中左邊的事物，對右邊的事物視而不見。如果你認真地從這本書的開頭開始看，現在應該就知道了：他父親的中風導致了視覺皮層的損傷，進而導致了盲視。
坐在父親的病床邊，我深深感到那些深奧的哲學論點與現實是如此不相容——錯得太離譜了，甚至到了讓人反感的地步。我旁邊躺著一個我深愛的人，僅僅由於大腦內的一個小血塊使意識受到了嚴重損傷，導致他的身份特徵都被剝奪了。意識當然是物質性的！
當然，這裡並不是說“意識是非物質的”哲學觀點是錯誤的，而是想用這個例子來解釋為什麼神經科學家會對意識這麼感興趣。
1996年，澳大利亞哲學家和認知科學家David Chalmers（大衛·查默斯）將意識相關的問題，總結壓縮成一個概念，叫“the
Hard Problem”（是的，你沒看錯，就叫“難題”），並將這個問題定義為“如何從神經科學角度來解釋意識的形態”65。而這裡的“形態”是指“事物在時空中的排序”。但由於空間、時間和事物，這三個概念本身在科學和哲學領域就很難準確定義和解釋，這個“難題”在現階段是無解的。我完全沒有學過哲學，對這個領域所知甚少，這裡我就不再深入意識在哲學上的討論了。神經科學和哲學有非常多的交接領域，感興趣的可以去查神經哲學（neurophilosophy）。
對神經科學家來說，這麼多年來，最有趣的一個發現就是，很多很多大腦功能是在我們無意識的時候進行的，譬如每一刻你在呼吸，心臟在跳動，但很多時候你可能並沒有意識到，大腦一直在控制調節這些生存的基本功能。當你做夢的時候，可能出現自我意識扭曲，譬如你是從一個第三者的角度來觀察自己的，而對這種毛骨悚然的情況並無意識……對我所研究的聽覺來說，即使人在高強度地做其他事情，並沒有意識到自己環境中的聲音，但大腦聽到了，並可以下意識地做出很多反應，甚至重述。
說到這裡，我們就很好奇，那“意識”是由哪些神經細胞，或是在大腦的哪些區域形成的呢？我們在尋找的不會是一個地方，也不會僅僅是一小撮神經，科學家應該尋找一個能夠產生某種特定意識感的最小集合的大腦區域/神經細胞，這個集合叫作意識相關神經區（neural correlates of consciousness，以下簡寫為NCC）。
雖然從哲學上來看“意識從哪裡來”在現階段是無解的，但是通過瞭解NCC，我們能夠向答案更進一步。
很多神經科學家認為，NCC應該處於細胞級別，也就是說我們應該尋找的是大腦中最小的單位的集合。要麼是某種專門負責意識產生的細胞散佈在大腦各處，要麼就是已經被發現負責其他認知功能的各種神經細胞，在某種情況下起著產生意識的作用，或是還有其他的可能。
那神經科學家該怎麼研究這個看不見摸不著，我們人類又不容易控制的認知能力呢？
首先，睡眠是關鍵。要是想“意識到什麼”，大腦必須在一個比較高的興奮狀態（或說覺醒狀態，arousal），無論是醒著的時候還是在快速眼動睡眠（大多數人經歷的栩栩如生的夢境都是在這期間發生）中。通過一些睡眠和清醒時的腦成像比較，發現多個位於丘腦（thalamus）、中腦（midbrain）和橋腦（pons）的神經核，是在任何有清醒意識的狀態下都會啟動的區域66。
不過，過去的二三十年，意識神經科學的研究還是主要針對視覺意識的。比較經典也最著名的這方面的實驗例子為多穩態知覺（multistable
perception），例如納克方塊（Necker cube）67。如下圖，左邊的簡筆劃是有歧義的，會給人錯覺，不知哪一面才是立方體的正面，或者說，我們看它的角度是略微俯視（右上）還是略仰視（右下）。
同時，科學家也通過對一些曾由大腦創傷導致一些認知功能出現問題的病患進行與意識相關的腦成像研究。譬如，把一個事物放在桌面上，患者卻說看不見，但如果朝他眼睛來一拳頭，患者卻很靈敏地避開了，說明他能看到，但沒有意識到。
另外一個比較廣為人知的有趣實驗就是由心理學家Gordon Gallup（戈登·蓋洛普）在1970年設計提出的鏡子測試，專門用來測試嬰兒和動物的自我意識（或說，知道“自己”的存在）68。結果發現8個月大的嬰兒就有了自我意識。而在動物之中，成年的黑猩猩、海豚以及章魚也有自我意識。
雖然到現在我們對意識的物質性還無法完全理解，但從神經科學的角度來看，意識肯定是物質性的。它雖然看不見摸不著，卻是因為大腦中實實在在的物質影響產生。如果親愛的笛卡兒大神活到今日，不知他會怎樣感歎呢？Our
brain is smarter than us（我們的大腦比我們更聰明）。
人腦中形成意識的必備區域。如果兩個腦半球在圖中任何一個標出的區域出現了損傷，就會導致完全喪失某一方面的意識。更為重要的是，這些區域也必須和大腦其他部位之間的聯繫保證完整正常，否則會導致某一種認知功能障礙（如視覺，視而不見）
思考時，腦海裡的那個聲音是怎麼產生的？
難易程度
思考先於語言。
——伊藤計畫《屍者的帝國》
你是什麼時候注意到自己在思考的呢？雖然思考並非“不開口的自言自語”，但如果你特別注意思考的過程，不難發現，腦海裡似乎有一個聲音，而這個聲音承載著你的思緒。在學術中，這個思考的聲音叫“inner
speech”，直譯就是“內心的演講”。
那腦海裡說話的聲音本身是不是“思考”？不是的。根據第一個研究它的俄羅斯心理學家Lev Vygotsky（利維·維穀斯基）的概念，在腦海裡說話是將語言作為自己與自己的溝通方式，換句話說，語言只是一個思考的媒介。而聽到的那個聲音，只是思考的一種展現形式。反過來思考，還沒學會語言的嬰兒會思考；天生耳聾、又不會手語或是任何一種口語的成年人類，也是會思考的；動物們也會思考。那麼他們是怎麼“思考”的時候“不在心中說話”的呢？
另一個有趣之處則在於，我們無法不將這個“內心的演講”和“說出來的演講（overt speech）”相比較。換句話說，腦海裡那個聲音和我們與他人交流用的語言之間有怎樣的關係呢？譬如，“內心的演講”和“自言自語”有多類似呢？
眾多研究人員和研究認為，“腦海裡說話”和“把話說出來”兩種過程是基本一樣的，活躍的大腦區域也是一致的，只是在活躍強度上，前者沒有後者強烈，且沒有將組織好的語言發送到運動皮層去動嘴皮子（以及咽喉、舌頭、肺等等）這一步。
除了“說”，我也能聽到我腦海中的聲音。有科學家認為“內心的演講”的作用在於，當你在說話的時候，腦海裡的聲音就像起著“預告提示”作用，減少了很多你對自己的聲音的敏感度。這樣你的聽覺系統才會“避近就遠”地注意外界的聲音，即使對你的耳朵來說，你自己的聲音非常洪亮。
但如果我已經想過“這句話”，為什麼我還要“說給自己聽”呢？這豈不是很浪費時間和大腦的效率？這一點我們實際上並不是非常明確。現在大致認為“說給自己聽”對以下四個重要的認知活動有明顯的優化作用（或說是個強有力的助攻），譬如說能夠加強自我存在感，對智力的進化發展也有幫助，還能夠對記憶的存儲和提取，甚至對數學能力有好的影響69。
腦中那個聲音是我的聲音嗎？
這一點我們並不是很確定。但是，你腦海中的聲音是有你的口音的。
要研究這一點，還比較曲折，畢竟我們還沒有辦法通過腦成像來看這個人是新加坡口音還是美國口音。在使用英語的國家中，擁有不同口音的人，在閱讀時，眼球運動的軌跡和節奏會有些不同。譬如說來自英國北部和南部的人，在讀“玻璃（glass）”這個詞時，擁有北部口音的人，母音發音時間較短，而南方人的母音發音較長。當他們被要求在腦海裡朗讀時，眼球在這些詞上所停留的時間就會有不同。通過比較擁有不同口音志願者的閱讀習慣，會發現，閱讀時在心裡默念，也會有口音的特徵。這從側面顯示出，在腦海裡的那個聲音和你的聲音是相似的70。
H.M.是誰？
難易程度
H. M.（全名亨利·古斯塔·莫萊森，Henry Gustav Molaison）是世界上最有名的病人。
雖然手術成功治好了他的癲癇，卻留下了永久的後遺症：順行性遺忘症。有這樣的健忘症的患者，在手術之後不能再形成新的記憶，但他還記得很多手術前的事情，譬如他來自哪裡、父母是誰，甚至小時候的經歷也記得，但如果記憶比較久遠，他就無法想起細節了。
這個病例讓我們對神奇的記憶有了管中窺豹的機會：海馬體在學習和記憶的生成過程中起著關鍵性作用！
雖然這次手術嚴重影響他的記憶，但他的智商、語言能力、運動能力等並未受到影響。譬如說，讓他學一種新的運動，如高爾夫球。通過訓練，他可以學會揮杆等運動動作（因為他的小腦沒有問題），但無論教他多少遍規則，即使每次他都能完全理解，但過幾分鐘就會忘記。
他在世的時候，因為個人資訊要被嚴密地保護起來，負責研究他的兩位首席科學家Brenda Milner（布藍達·米爾納）和Suzanne
Corkin（蘇珊娜·科金）也被稱為“看守人”。這兩位科學家在他術後的50多年裡，幾乎每日與他相見，卻每次都要重新自我介紹——因為H.M.基本上連個數字都記不住，甚至記不住被要求記過一個數字。
從27歲開始，他就是一名職業病人。在術後55年中，一直接受著不計其數的實驗，幫助科學家更多地理解海馬區在人類記憶的生成和儲存系統中的作用。我們現在對人類記憶的知識很多都基於對他的研究。世界上所有的醫學生都會學到他的病例，而直到2008年，他去世之後，他的名字才被公諸於眾——Henry Molaison（亨利·莫萊森）。（你可以去網上搜，他顏值還挺高的。）
他去世後，大腦受到了和愛因斯坦大腦一樣的待遇，在去世一周年那天，經過了整整三天的有史以來最為精密的解剖和死後分析。我是在他的大腦解剖手術過去後一年開始的本科學習，我記得當我們在學“記憶”那一課的時候，恰好他的幾個切片（不知是真的還是只是拷貝）被送到倫敦來展覽，恰好在學校隔壁，那天我們的課後作業就是去觀摩他的大腦。
也正是因為他，海馬體成為最有名也是過去五十年研究最為密集的大腦區域。
你腦海裡能浮現出初戀的模樣嗎？
難易程度
閉上眼，回想一下，初戀的他/她長什麼樣子？在你的想像中，那個“圖片”清晰嗎？
要是不能回想起來，說不定是得了“幻象可視缺失症”呢。
大多數人會覺得，這葫蘆裡賣的什麼藥，這有什麼難的，我甚至可以回憶起小學時每個同班同學的樣子呢。但令人驚訝的是，有人就真的做不到，而且研究顯示，比例高達五十分之一！簡直太悲哀了有沒有。（如果你的初戀是美好的話，是悲哀；如果不怎麼美好，嗯哼，實際上忘記也挺好的。）
有中文媒體翻譯這個“在腦海中看得見”的能力，叫心眼（mind's eye），那麼心眼盲了的人就無法在腦海中視覺化影像，這個症狀才被正式記錄下來，被稱為aphantasia（幻想，白日夢）。現在還沒有看到有中文翻譯，這個詞來自希臘詞語phantasia（φαντασία，幻象），哲學家亞里斯多德用它來描述腦海裡浮現的影像，這詞前面加了個a變成aphantasia，就是沒有這個能力的意思。我姑且將它翻譯為“幻象可視缺失症”。
關於這個症狀的研究報告首次刊登在2015年6月的學術週刊《大腦皮層》上面72。2005年，一名65歲的退休建築工頭M.X.專程去英國埃克斯特大學醫學院找到了神經科學家Adam
Zeman（亞當·澤曼），他告訴Zeman，在一個小的外科手術之後，他驚覺自己無法再在腦海裡呈現影像了。
在此之前，沒有任何書面資料記錄相似的症狀（就是現在，維琪百寇里也還沒有這個疾病的資訊）。隨後，M.X.接受了一系列記憶力和視覺檢查。
首先，他的記憶力並沒有問題，而且和同齡人相比，他算是記憶力好的，而且他的問題解決能力也很優秀。其次，當要求M.X.識別名人的臉（很標準的視覺測試）時，他的大腦活躍部位和常人相同；但當給M.X.名人的名字，然後讓他回憶這個名人的長相，相應區域卻並沒有被啟動。但更有趣的是，M.X.卻能夠回答一些我們本以為會需要能夠呈現影像的問題，譬如，英國前首相布雷爾的眼睛顏色，他住的房間裡有多少扇窗子。
“這很奇怪也很難解釋，我的腦海裡想像不出來我的房間的樣子，即使早上我才從房間裡出來。”M.X.說，“但我就是知道事實，我知道窗戶在哪裡。”
2010年通過媒體的幫助，在5年裡，神經科學家們聯繫到了20多名已經有相同症狀的人，但重要的區別是，這20多名都是天生如此，而M.X.本來是可以呈現影像的，但因為手術失去了這個能力。
先不說這個疾病到底是否會對患者有任何影響，或是對我們進一步瞭解視覺、記憶、想像、規劃未來有多大的幫助，最不可思議的地方是（至少對我來說），這麼久了，我們居然才知道有這樣的症狀，而且它壓根不算多麼稀有（2%）。想想都不可思議，神經科學裡討論這個“心智成像”多少年了，我之前在很多篇專欄裡也常提到這個東西，我們一直都直接假設它為“每個人出廠設置都有的能力”，而有這個能力的大多數人，也壓根不會意識到這個能力有多特別，就好像思考時腦海裡能夠聽到一個聲音一樣。要不是因為那位病患做手術後發現不能再視幻象了，這個症狀根本就不會引起我們的注意。
這裡不得不再次提到“腦海裡的聲音”[或專業一點講叫inner speech，（腦海）裡面的演講。]當我們思考的時候，都像是自己在和自己陳述或者討論，和這裡我們說到的，在腦海裡呈現視覺影像有異曲同工之妙。那麼會不會有人在思考時，沒有那個聲音呢？那他們的“思考”是如何呈現的呢？
我看到這個症狀的時候，第一個反應是，可憐的娃兒，這些人豈不是從小學起，做幾何題目就從來畫不出輔助線？最後一道幾何壓軸題他們怎麼做啊？他們怎麼做夢呢？
等等，扯遠了，我們還是回到這個“幻象可視缺失症”來吧。
其中一位志願者，來自加拿大的25歲小哥說，他是在4年前和女朋友聊天時發現自己的症狀的。他當時對女朋友記得某個人一年前的穿著而感到很驚訝，他女友說：“可以在腦海裡浮現那個人穿著什麼衣服的影像啊。”他說：“我沒懂她在說什麼。”後來他發現認識的人都能夠在腦海裡呈現影像，就被這酷炫的“腦內投影儀”深深震驚了。
開始我覺得沒有這個投影儀可能也沒什麼大不了，大不了就是做幾何壓軸題的時候沒法畫輔助線嘛。但之後看到這位加拿大小哥說了一段話讓我印象很深刻。
當知道其他人能在大腦中看到圖像時，令他感覺難受的是，自從他的母親去世後，他們之前的回憶對他來說幾乎不可能追憶，雖然他記住了他們一起做的事情，但是從未有圖像，在7年之後的今天，他幾乎已經記不得她的樣子了。而母親的樣子卻還存在於其他人的腦海裡。
如果你真的覺得自己也有這個症狀，並想與相關科學家聯繫，請（英文）發郵件至：a.zeman@exeter.ac.uk（Dr Adam Zeman）。
睡著時，大腦在做什麼？
難易程度
起初，科學家一直以為，睡眠時的大腦是沒有活動的，基本處於“宕機”的狀態。
第一個研究睡眠的人叫Eugene Aserinsky（尤金·阿塞林斯基）。1953年，當他在芝加哥大學讀研究生的時候，為了測試一下新到的腦電圖器械，晚上他把器械帶回家。那天晚上他的寶貝兒子沒有得到睡前故事，反而是滿頭貼滿了電極，並這樣進入了夢鄉。在排除了器械故障的可能之後，Aserinsky意外地發現，睡眠時大腦還是一個不夜城！
隨後他和他的導師發現，當我們在熟睡的時候，大腦會進入一個叫快速眼動睡眠期（rapid eye
movement sleep，簡稱REM），一整個晚上，可能會進入這個狀態好幾次。這個狀態非常有趣，因為，這個狀態下的大腦腦電波看起來更像是醒著。在這個狀態下，你的全身都不能活動（除了眼球和呼吸系統的肌肉），大腦中又會出現各種各樣非常精細的幻象，也就是“夢”。除了這個狀態，剩餘的睡眠時間你都處於非快速眼動睡眠（即非REM睡眠）。整個睡眠時間中，REM占大概25%，非REM占75%。從非REM到REM再回到非REM，這就算是一個完整的睡眠迴圈，大概需要90分鐘。也就是說，一般情況下，成年人需要一個半小時到兩個小時來完成一個完整的睡眠迴圈。
與非REM相比，REM狀態下，眼球運動加快、心跳加快（大概每分鐘多10次）、呼吸加快，男性還會出現陰莖勃起的狀態。（友情提示：喂喂，不希望看完這個回答，有些求知欲強的女青年大半夜不睡覺，拿著小探燈通過觀察男友/老公的××來記錄他的REM睡眠狀態哦……睡眠中勃起並不等於進入REM狀態了，也有可能是……）
那REM睡眠時大腦到底在做什麼呢？很多神經科學家認為REM睡眠，或有可能“夢”本身，在記憶中起著很重要的作用。現在還沒有絕對的結論，但有很多研究發現REM睡眠會使人在做一些視覺、聽覺任務時表現（包括反應速度、準確率）明顯更好。其中，最早、最有影響力的，要數以色列神經科學家Avi
Karni（阿維·卡尼針）在《科學》上發表的一項研究73：志願者被要求去識別螢幕上閃現的一條短線的方向。這個視覺任務很難，因為短線出現的速度非常快。每人需要做兩次測試，分為四組：
A.第一次和第二次測試之間沒有睡眠：第二次測試結果比第一次好。
B.頭天晚上做一次測試，睡覺之後，早晨再做一次測試：早晨測試結果明顯比A組的第二次測試好（說明睡眠對測試有幫助）。
C.頭天晚上做一次測試，睡覺之後，早晨再做一次測試，但REM睡眠狀態會被打斷：早晨測試結果沒有任何進步（也就是說比中間不睡覺還糟糕）。
D.頭天晚上做一次測試，睡覺之後，早晨再做一次測試，但非REM睡眠狀態會被打斷：早晨測試結果最好，比不打斷的睡眠還好。
這個結果實在是有趣。也就是說，①睡眠能幫助任務表現；②千萬不要打斷REM睡眠；③但打斷非REM睡眠任務會表現更好。
這裡不得不提一下“睡眠中學習”。在20世紀美蘇冷戰期間，有非常多的這方面的研究，但後來都被證實是無效的。實際上神經科學的各類權威教科書也是這樣強調的。大概3年前，《自然》有篇研究發現了反例。最近也出了些新的研究，證明有些聲音人在睡夢中是可以學習的。這個比較複雜，有機會需要另辟一篇細講，暫且不談。
好了，咱們來到最無聊的部分——睡眠的神經機制。直到20世紀40年代，我們都一直以為睡眠是一個被動狀態，或者說“如果打斷正常的大腦感知活動，就會睡著”。這是個誤區。
現在我們知道，睡眠實際上是一個非常活躍的過程，需要很多大腦區域共同合作來完成睡眠的迴圈。之前有謠言說什麼晚上11點是肝臟的清潔時間、早上4點是皮膚的什麼的，不知是誰寫的，但現在科學還沒找到任何證據。當然，有很多研究能證明睡眠和內分泌很有關係，但沒有這樣準確的時間表。當然，毫無疑問，睡眠和日常的身體健康密切相關，譬如與免疫系統也有直接關係。最好的例子就是，很多傳染性疾病——譬如說流感——的症狀就是頭沉犯困，這是因為在得了這些疾病之後，血液和大腦的腦脊液中混有各種各樣的化學物質，譬如說腺苷（adenosine），這是一種抑制性神經傳導物，有促進睡眠的作用。
總的來說，睡覺就像孔方兄，沒有它不行，有它卻不能太多（太多了也有問題，譬如說所謂“每天要保證8小時睡眠”也不知道是什麼時候傳出來的。沒有科學證據證明8小時最好），最好也不要在錯誤的時間有它（譬如你本來晚上就有些失眠，你還巴巴地白天去睡覺，那你就等著晚上看著天花板思考人生吧）。
為什麼會做夢？
難易程度
我很喜歡做夢的感覺，它是個很奇特的感知。我做夢的時候往往都知道自己是在做夢，而且會下意識地去記住夢的細節。醒來後記下來，有時啼笑皆非，有時覺得很有深意，給生活帶來不少趣味，但我一直非常困惑，人為什麼要做夢呢？
研究做夢的學問叫oneirology（夢學），涉及心理學、神經科學、哲學甚至文學。但從亞里斯多德時期到19～20世紀的精神分析學家（如神叨叨的佛洛德），最後到1953年發現快速眼球運動現象之後，有關oneirology的神經科學研究一直沒有停止過。
那，為什麼要做夢呢？生理的起因是什麼？從進化角度上講又有什麼故事？科學家（以及偽科學家們，哼哼）已經提出了不少理論，都有些道理，也都有問題。我這裡總結一下現有的十大“為什麼做夢”的理論和假設。
一、滿足你現實的願望或欲望（wish fulfillment）
好吧……學心理學的勿噴。但必須得說的是，佛洛德大叔的“願望滿足”算是大眾所知最有名的夢境分析理論了。西格蒙德·佛洛德是個心理分析學家。他分析了幾百名他的病人的夢，然後得出了結論：你在夢中完成現實中的願望和欲望。無論是怎樣的夢，驚悚或是美好的，都是在直接或符號代表性地完成你潛意識中的強烈欲望。
舉一個極端一點的例子，你和一個朋友最近有些矛盾。有一天你做夢，就會夢到有人告訴你他出事故了或者你看到他被很恐怖地吊起來……雖然你根本沒想到通過讓他死來解決問題，但你的潛意識只是顯示出你的一個願望：你有點煩他，不想看到他。這個願望你可能壓根沒有意識到。
佛洛德的這個理論在通過夢境分析來解決病人的心理問題上屢試不爽。但這個理論是不符合達爾文進化論的，很多科學家並不認為這就是做夢的原因。（我也同意。這個理論只能說夢境像鏡子一樣，或多或少顯示了你的潛意識裡的所思所想，但並不是夢的根源。）
二、只是在你睡覺的時候，神經細胞們隨意地鬧了一下：夢就是個沒意義的副作用
你困了，躺在床上呼呼地睡著了，神經細胞們卻沒有睡覺這麼一說。所以大老闆睡了，神經細胞們就隨意了。隨意的意思是，它們並沒有啥特殊任務要傳遞，但就是有的沒的啟動一小下，開個小差。於是，這便是另一個蠻流行的理論：夢實際上就是一個沒什麼意義的大腦活動，是腦幹和邊緣系統（limbicsystem，是主管情緒、感知和記憶的大腦系統）的神經細胞們無意義的活動的副作用而已。這個理論叫“啟動-合成模型（activation-synthesis
model）”，是精神病學家Allan Hobson（艾倫·霍布森）和Robert
McClarley（羅伯特·麥克拉利）在1977年提出並完善的74。說多了你估計也不想聽，簡單地說就是在睡覺的時候，這些神經回路啟動了，產生了一些隨機的神經信號，而大腦合成這些混亂的信號，並嘗試著主觀地去理解它們，結果就導致了各種奇奇怪怪的夢。
這個理論最有趣的地方在於，它似乎解釋了為什麼我們人類老是喜歡用講故事的方式來理解這個混沌的宇宙。
如果夢真的是大腦嘗試理解我們的大腦邊緣系統所產生的一些隨機任意的神經信號，那我們給予宇宙的種種“故事”就好像是白日夢一樣。這就是我們理解、認識宇宙的方式。而這種方式是正確的嗎？是真正客觀的嗎？這就值得考慮了。當我們大腦的硬體有致命缺陷時，我們所認識的邏輯和客觀又是什麼呢？
Hobson是這麼解釋的：
夢是我們人類最具有創意性的意識狀態。它是混沌、隨機的認知元素的結合體，它產生了一種新的資訊形式：創意（或說新想法）。即使很多，甚至說大多數的這些新想法都是沒啥意義的，但如果有那麼幾個是真的有用的，那麼我們用來做夢的時間就沒有浪費。
那也可以說，在一定程度上，夢是有意義的，有些夢裡的創意是能幫助到我們的現實生活的。但這是萬分之一、還是億分之一呢？說不定我們醒來就忘了。
三、夢就是記憶從短期存儲到長期存儲時留下的一閃而過的倩影……
2005年，張傑（音譯）在一份線上論文75中闡述了他對夢的原因的理解。張傑的這個模型主要和記憶模型很有關係。他認為無論是醒著還是睡著，我們的大腦都在持續地儲存記憶。但夢像是個暫時倉儲，在睡著的時候，我們把記憶從短期存儲區域，“搬運”到長期存儲的區域。而這些記憶便在我們的腦海裡，一閃而過，而夢便是這些記憶留下的影子罷了。
四、做夢是在鞏固我們學過的東西
根據長期的經驗和科學測試，“睡眠有助於記憶”一直是為人所知的。哈佛醫學院的副教授Robert Stickgold（羅伯特·斯蒂克戈德）通過研究99名志願者發現，午睡時如果做夢，會讓人的記憶力增強數倍76，這一點和前面張傑的理論相似。這給“夢起著鞏固記憶的作用”提供了理論基礎。
兩年後，一個關於精神創傷後的睡眠研究給這個理論提供了一定的支持77。這個研究發現，在經歷創傷後，如果馬上就去睡覺，精神創傷將會更嚴重，而對創傷的記憶也更加深刻。所以，這個研究建議，當發生事故後，應該讓受害者醒著，並不斷和他們交談數個小時，即使他們的確很難過，但在創傷後保持清醒，避免睡眠，將會有效地避免創傷記憶的鞏固。
這個發現倒是非常有實用價值。以前遇到非常不愉快的事情，總是想著哭也沒有用，回去悶頭睡一覺就好了。從這個研究的結果來看，這樣反而不好。事情發生後，應該快點把難過的情緒發洩出來，不要讓創傷的記憶通過其他的方式無聲無息地加深。
五、記憶的定期清理系統
1983年，Francis Crick（法蘭西斯·克裡克）和Graeme Mitchison（格雷姆·米奇森）在《自然》上發表了個短文78，闡述了一個新的關於夢形成原因的猜測，叫“逆向學習理論”（聽起來好像初高中補習班老師教的記憶法）。他們認為，做夢是為了將在白天建立起來的一些無用、不想要的神經連接去掉。換句話，夢就是記憶的定期清理系統。定期刪除一些不重要、無用的記憶，把位置空給更重要的記憶。一句話，我們做夢就是為了忘記它。這符合夢的五大特性之一：夢是很難記住的。做了夢，反而不能記住它，就好像過了一遍就是為了刪掉它一樣。聽起來就像是資料庫一樣，事實上，這個猜想就是受到了電腦的啟發。不過，這不一定是真正的原因。
不知有沒有人注意到第一作者Francis Crick這個名字有些眼熟，沒錯，這一位元就是發現DNA結構的兩人之一，是英國歷史上最傑出的科學家之一。剛看到這篇文章時還以為是重名呢，沒想到真是他。
六、裝死？
到了最近，對於夢的作用的解釋的畫風變得越來越難以預料。2012年，一位瑞典科學家Ionnanis Tsoukalas（隆納尼斯·索卡拉斯）認為人類做夢和動物們裝死有相似之處，所以人類睡眠時就等同於其他動物的一個常見的防禦反射“強制僵直”（tonic
immobility，也可叫緊張性不動，實際上就是裝死的學術說法）79。而裝死是一種躲避捕獵者的原始方式，當威脅出現時，就會引起“戰或逃（fight or flight）”的反射性反應，而在實際情況下，聰明的動物的反應是“戰、逃或裝死（fight, flight or faint）”。如果“睡覺時做夢”等於“裝死”，那麼“睡覺時做夢”=“活命的一種原始方法”，因此“睡覺時做夢”是一個進化優勢。
七、危機模擬器
我看到這個理論的時候，笑了。說實話，虧得還有人想出這個理論。唉，人類想給夢找個理由，也是蠻拼的呢。
這個理論認為，夢實際上是一場演習，危機情況的類比。白天的時候呢，生活環境比較惡劣，每天出門都有可能突然跳一個熊貓出來把你先祖給啃了，所以為了活命，能利用睡眠時間不斷鞏固學習，在大腦中自動演習危機情況的先祖們，才能一直活下來。
哇，這個技能簡直是牛×。這個技能今天必須有啊，白天學一章，晚上睡覺時候在腦袋裡做套複習題，第二天都不用鞏固過關了，直接第二章接著。有此等神技，必成學神。嗯，這的確是個進化優勢呢……
腦洞大開，夢裡有個大喇叭使勁喊：“這只是演習，這只是演習！趙思家你莫要慌！這只是演習！群眾演員請按秩序去領盒飯！”
但如此美好的理論，有個大bug：沒法解釋為啥很多時候，我的夢裡就只是在吃肥腸粉啊……啊，餓了……
八、少年，做夢是在鍛煉你解決問題的能力
看到樓上的流言，哈佛醫學院的一位叫Deirdre Barrett（迪爾·巴瑞特）的妹子，立馬跟帖，說做夢是在鍛煉現在青少年最要緊的能力——解決問題的能力（problem solving）80！看到這裡，我瞬間感覺回到了五年前寫大學申請文書的日子了：“我不僅學術品德兼優，還有傑出的解決問題的能力，blah blah blah……”這個理由倒是符合達爾文的進化論。但是，未免太冠冕堂皇。
九、達爾文進化論：夢就是一種想法的自然選擇
心理學家Richard Coutts（理查·庫次）認為，“夢，是創意的自然選擇”81。換句話說，人的大腦不斷思考，有各種各樣蛋疼和雖然看起來蛋疼但仔細想想可能還挺靠譜的想法，而夢，就是個試煉場，是想法們的自然選擇叢林——只有最好的想法能脫穎而出。這和樓上那個鍛煉解決問題的假像有些相似，不過聽起來倒是稍微要靠譜些。夢最大的一個特點就是，它極具情緒化，往往有很強烈的情緒：擔憂、恐懼、難過……而夢，可能就是一種教育方式，教會我們，在哪些情況下，我們應該有怎樣的情緒、如何表現。這正好解釋了為什麼做完夢之後醒來，我們更傾向於感受到負面的情緒，如難過、悵然……
十、自我調節？負面的情緒變成符號？
1996年，Ernest Hartmann（厄内斯特·哈特曼），一位專業研究睡眠疾病的教授，提出了一個和樓上較為相反的理論：夢的作用並不是激進地去選擇強調那些強烈的情緒或最有利的想法，而是個自我治癒的過程82。夢中，我們把一些情緒和一些符號聯繫起來，然後把這些情緒淡化，留在我們的成長經歷中，這樣我們就不會一直在情緒激動、心情起伏的狀態下。這也是一種進化優勢：先祖們通過這樣定期的自我治癒，從各類創傷中堅強地生活、進化到今天。
不管你覺得哪個理論更有道理，反正這些都只是假設而已，說不定這些原因都不是，也有可能都是。所以問題還是沒有解決：夢到底是一個自然進化的必然結果，還是一個神秘的意外之物？
無論怎麼說，我們都在自圓其說，就像是在做夢一樣。
真的可以睡覺時學習嗎？
難易程度
在哆啦A夢的道具裡，小時候我最想要的就是“學習睡衣”83了。有了這個道具，即使是在睡覺時，也能邊睡覺邊學習，還可以完成作業。當然咯，我貌似沒有野比世修那麼好的玄孫，送個藍胖子來給我改變人生。我只能自食其力，用知識改變命運了。
人的一生中有至少三分之一的時間在睡覺。如果能將這些時間運用起來，用來學習那實在是太好了。那睡眠學習法到底有沒有效呢？
面對這樣的流言，最好先知道它從何而來。20世紀初，一名美國的商人AloisSaliger（阿洛伊斯·薩利傑）發明了一個叫“心靈電話（Psycho-Phone）”的機器。這個機器實際上就是個答錄機，買回家後，你錄下“我很美”“我一定會成功”這樣帶有自我暗示的話語，然後在你睡覺的時候整夜播放。廣告中說，自然睡眠和催眠是一樣的，所以睡眠中聽到這樣的暗示會特別容易接收。《盜夢空間》的即視感有沒有！
之後在冷戰時期，這個沒有被驗證有效，但對於政治環境非常有意義的理論，便被大肆宣傳開來。所以美國軍方讓美國的一所智庫——蘭德公司——去驗證這是否有效，結果被一系列腦電圖研究給否定了，當時的兩位研究人員Charles
Simon（查理斯·西蒙）和Williman
Emmons（埃蒙斯·威廉芒）在報告中陳述，睡眠學習是“不現實，且不大可能的”84。即使是成功學習到了部分資訊，這一部分的資訊也是在志願者快要醒的時候。所以，“睡眠學習法”從此被科學家認為僅是商人和政治家的宣傳手段罷了。
但是，也不能武斷地說，睡眠對於學習沒有任何作用。一系列的研究已經發現，睡夢會鞏固記憶。拿最近的實驗來舉個例子，2014年，瑞士的科學家發現，在睡夢中聽已經學過的新詞彙可以幫助溫習。他們找來將近70名從沒有學過荷蘭語的德國人，讓這些志願者在小睡之前學習120個荷蘭單詞（音訊），學完後立馬去睡，並在睡覺過程中播放之前學過的單詞的音訊。結果發現，即使志願者並不知道睡覺時聽到了哪些詞，在睡眠中溫習過的詞明顯有更高的準確率。
那有沒有可能在睡夢時學習新知識呢？有的，但是現在發現只能學習非常簡單的知識。在2012年，來自以色列魏茨曼科學研究所85的科學家在《自然·神經科學》上發表了這項發現，這是有史以來第一個發現在睡眠中能夠學習新資訊的研究。他們在志願者睡著之後，在空氣中釋放特殊的氣味（有的香噴噴，有的臭烘烘），同時播放一個極其簡單的純音86。其中一個純音播放時，會伴隨著香噴噴的氣味，而另一個聲音播放時，會伴隨著臭烘烘的氣味。
當我們聞到好聞的味道時，會下意識地增大吸氣量；而聞到臭烘烘的氣味時，吸氣量相對較少。科學家發現，即使在睡覺時，志願者也有相同的反應。更有意思的是，在停止釋放氣味之後，僅僅播放聲音也會引起相同的吸氣反應，和香噴噴的氣味有關的聲音會引起更多的吸氣動作，好似志願者知道聲音和氣味有關一樣。這一反應在志願者醒來之後也依舊未變。
這一定讓你想起了心理學上那只著名的狗狗——巴甫洛夫的狗。那是古典制約（也就是條件反射）最著名的例子。在這裡，狗狗換成了人，香腸換成了氣味，鈴聲換成了純音。這個實驗證明了，人在睡覺的時候，可以學習這樣非常簡單的條件反射。
最近，又有實驗發現，睡眠中我們可能還能做到更加複雜的事情，譬如判斷聽到的詞彙的類別87。譬如說，你聽到的詞是動物（馬）還是物體（書）？這個實驗也是設計得非常巧妙。來自法國巴黎的科學家Sid
Kouider（熙德·庫韋德爾）和他的團隊，先讓醒著的志願者做詞彙分類：聽到和動物相關的詞就伸出左手按左邊的按鈕，如果聽到與物體相關的詞就伸出右手去按右邊的按鈕。整個實驗過程用腦電圖記錄下來。因為左手的運動是由右半腦負責，而右手的運動是由左半腦控制，所以通過腦電圖可以清晰地看到，當人聽到動物相關的詞有伸左手的反應時，腦電圖的右側更加活躍，而聽到物體相關的詞時，恰好相反。
接著，這些志願者開始小睡，在熟睡之後，科學家們又播放新的一組詞彙，也是有動物和物體。
通過腦電圖，可以清晰地看到，熟睡著的志願者在聽到動物相關的詞時，右半腦更加活躍，一如在用左手去按按鈕一般；而聽到物體相關的詞時，左半腦更加活躍——就好像在睡覺時大腦還是在下意識地做之前的實驗任務一般。這說明，在熟睡時，人是能夠分別詞彙的詞義的，甚至能做睡前所做的相關的運動行為。
雖然這些睡眠實驗聽起來還挺簡潔的，但真正實施起來非常辛苦。與Kouider一起實施實驗的博士生Thomas Andrillon（湯瑪斯·安得利昂）年初來我們實驗室交流訪問，給我們講了很多做實驗過程中的困難。在志願者睡眠的過程中，科學家要一直盯著腦電圖，記錄下志願者進入不同睡眠階段的準確時間，並掐好時間播放聲音。
實驗之後的分析過程也是頗為心酸，畢竟醒著和睡著的腦電波是很不一樣的。但這些辛苦還是值得的。
不過話又說回來，即使這些實驗給我等懶人帶來了溫暖的曙光，我還是不太建議你在考試前那晚整晚給自己迴圈播放英語單詞。在實驗室裡，環境、聲音音量、每個人的睡眠情況都被精密地監控著。如果因為一晚上都聽著單詞而影響了睡眠，那絕對是得不償失。學習沒有捷徑的，加油吧少年！
貧窮，可能會影響孩子的大腦發育
難易程度
平等，是一個被社會人士和政客討論了很多年，很大張旗鼓，但都是“說得多，做得少”的話題。
對神經科學家來說，問題貌似不只是“讓每個人都得到平等的機會”而已，2015年，來自哥倫比亞大學的Kimberly
Noble（金伯利·諾布林）和來自洛杉磯兒童醫院的Elizabeth
Sowell（伊莉莎白·索維爾）以及其他來自9個不同大學的研究人員，共同在《自然·神經科學》上發表了論文《家庭收入、父母教育水準與兒童和青少年的大腦結構》88。他們用核磁共振成像掃描了多名3～20歲的兒童和青少年，發現家庭在收入和教育上的差異會直接與正在發育的兒童和青少年的大腦大小相關。
在此之前，大家心照不宣地認為，雖然成功不論出身，但不同的家庭環境是肯定對個人性格和才能有極大影響的。富有的家庭更容易給孩子提供音樂、語言、藝術、運動等專業訓練，很多這類專業訓練已經被公認為越早學習，越會讓孩子得到長期甚至能夠終身受益的認知優勢。但我們對大腦發育和個人發展的這些認識，①更多還是主要在心理上；②不可控的因素極多，幾乎生活的方方面面都會成為重要的影響因素；③貧窮是個很難準確定義的詞，不僅全世界各處的“貧窮”的差別很大，而且涉及人群極廣；④雖然都想弄個大新聞，但是很少有科學家有種發表這樣的實驗結果。
在這個研究中，科學家將小孩的大腦面積（把所有的溝回平鋪）與兩個家庭因素（父母受教育水準和家庭收入）做了非常細緻地分析。結果發現：
·第一種情況，父母受教育水準（以學歷年數，不包括留級）和小孩的大腦面積成明顯的直線相關，特別是在語言、閱讀和執行能力上特別明顯。粗略估計，只有高中文憑的父母的孩子比讀過大學的父母家庭的孩子的大腦面積少3%。
·第二種情況，家庭收入（年收入，從每年5000美金到300，000萬美金）與小孩的大腦面積雖然不是直線相關，但從最低的收入區間起，每個收入增長臺階，相對應的小孩的大腦面積都會明顯升高。對比收入25，000和150，000美金家庭的小孩，前者大腦面積比後者少6%！
之前，有實驗表明來自社會經濟地位高的家庭的孩子在一系列的認知測試上更優秀89，包括IQ、閱讀、語言以及注意力，但那些研究都有一個問題，沒有在人種上做區分。而在這個研究中，研究人員控制了種族和民族的因素，發現這些因素對於結果沒有明顯的影響。
這些科學家分析，較低的社會經濟地位的家庭會帶給孩子家庭壓力，更有可能接觸到有毒物質（譬如說毒品、煙酒或衛生問題），或是營養不良，這些問題都會直接抑制大腦發育；而富有、父母教育水準更高的家庭，孩子更有可能得到認知激勵的機會。
大腦發育是個很長的過程，從嬰幼兒到青少年，雖然變化逐漸變小，但發育依舊持久。在此之前，從沒有神經科學家做過這麼大的兒童大腦與家庭背景的對比的核磁共振成像實驗。但要說明的是，這個實驗的結果只代表一個地區，而且也備受爭議。所以，在題目中我也用的是“可能”這個詞。原本我並不打算將這篇文章放入本書中，但我猜，拿著這本書在閱讀的讀者中，一定是以社會、經濟為職業背景的人。我一直以為，“貧富差距”這樣的社會問題和神經科學沒什麼關係。雖然這個實驗不是一個很好的例子，但至少能夠說明，已經有神經科學家在做一些嘗試，而且這個研究或多或少能夠看出，社會家庭對孩子的影響，絕不僅限於性格塑造、能力培養。
這雖然不是一個我們想看到的結果，但希望能敲響警鐘。兩極分化導致的可能不僅僅是現階段的社會問題，很有可能對未來人類發展有更基本的現在難以想像的影響。國家政策，即使不是在醫療、教育上，也會對下一代的人類產生無限種可能。這不是“提供更好的機會”的問題，而是“減少根本性的差別”。
不過，話又說回來，對個體來講，這篇論文沒有任何參考價值。回到日常生活中來，成為怎樣的人，過上怎樣的生活，完全是自己的選擇。
大腦裡的GPS：2014年諾貝爾醫學獎
難易程度
小學數學幾何頭幾堂課就學過，點、線、面、角度。確定一個點的位置，需要知道它離坐標軸有多遠，從一個點到另一個點，需要知道方向和距離。
以前沒有GPS的時候，到了一個新城市就得去買地圖，好的地圖一般都有網格，橫縱坐標標示清楚，方便尋找和記錄。展開地圖，先看到的是整個城市的輪廓，然後確認東南西北四個方位，找地標。當我拿著地圖站在城市這個環境中時，我會先找到我現在所站的位置：這個位置離邊界有多遠？在城市的哪個方位？然後確認我想去的地方，應該往哪個方向走？走多遠？
當你手握地圖努力分析的時候，你的大腦也在看地圖。這個地圖是由數種負責探測不同定向特性的神經細胞組成的。最基本的四個單位細胞：
·負責識別身處的位置的“定位細胞”（place cell）；
·負責打坐標軸、畫網格的“網格細胞”（grid cell）；
·負責識別方向的“定向細胞”（head direction cell）；
·負責瞭解相對距離，如離城市的邊界有多遠的“定界細胞”（boundary vector cell）。
對我等路癡來說，認路、記地圖真的很費腦。因為定位和指引路線這樣的認知過程需要不斷搜尋過去存儲的記憶，還要不斷學習、分析判斷。每一個步驟都需要很複雜的大腦認知功能，譬如說記憶、學習，傳遞視覺、聽覺信號等等。你可以把這個複雜的過程想成有一個小人不斷在大腦的各個部門搬運盒子，一會兒去海關（通往外界世界的海關——聽覺、視覺、觸覺等感官）問問看到聽到了什麼，一會兒去記憶倉庫翻翻記錄，又要拿著裝著記錄的盒子去給學習培訓中心分析看看歷史記錄和看到聽到的內容有沒有關係，再回到倉庫去找其他的……沒完沒了，就好像是電腦硬體裡編譯器的那個小人一樣！
僅僅從這樣簡單地分析就不難猜到，大腦定向系統和學習、記憶一定有非常重要的聯繫。1971年，O’Keefe（奧凱弗）作為率先研究海馬區在空間定位認知的先鋒發表了論文，稱發現“定位細胞”90。就此大家才曉得，海馬區在空間記憶上還有特殊作用。從此，多少神經科學家，攜手共進、拖兒帶女地沖向空間定向這個神經科學研究領域。
“點”——定位細胞（Place
Cell）
我在哪兒？我來過這裡嗎？
定位細胞：“由我來辨識本體的位置。”
在小白鼠的海馬區裡，插一根記錄單個神經細胞的電極，讓小白鼠在一個開放式的實驗區域自由地跑動，同時記錄神經細胞的電活動狀態和小白鼠跑動的路線及位置。O’Keefe發現，當小白鼠跑到實驗房間的某個地方的時候，海馬體內的某一個特定的神經細胞A就會啟動，而周圍的其他細胞處在抑制狀態；而跑到其他地方的時候，這個細胞A就會抑制，另外一個細胞就會啟動。這種對自身在環境中所處位置而產生對應反應的神經細胞，就是位置細胞。而每個位置細胞所對應的實際位置區域便被定義為這個細胞的定位野（place
field）。
通過一系列的實驗，O’Keefe推測，這些定位細胞組合在一起，形成了一個認知地圖（cognitive
map）。通過和其他在海馬體內以及周圍區域的神經細胞一起合作，定位細胞群如同一張滿是地標的地圖。不過，定位細胞本身在腦中所在相對位置與對應的定位野並無直接聯繫，也就是說，兩個相鄰的位置細胞可能所對應的實際地理上的定位野並不相鄰。
因此位置細胞不僅僅對個體“意識到在哪兒”方面有重要的作用，更對“記住並回想這裡是哪兒”和“是否來過這裡”有重要作用。
“網”——網格細胞（Grid
cell）
我在環境中的哪兒？
網格細胞說：“不慌，讓我先教你們怎麼看坐標軸。”
因為很多海馬體裡的神經細胞都是與旁邊叫作內嗅皮層的大腦區域裡的細胞相連，對於海馬體，內嗅皮層就像是物流中心的總派送點。通過近20年的不斷尋找，Moser（莫澤）夫妻倆發現，那裡有一群細胞，和海馬體中的定位細胞一樣，對特定的位置區域有反應。不同的是，那些細胞顯示出更高的秩序性。
網格細胞是個六邊形花紋愛好者
當把小白鼠放在一個更大的活動範圍中，並記錄下他們在不同位置時，內嗅皮層中的細胞啟動情況，結果發現，小白鼠跑到某些特定的位置時，這個細胞就會啟動，而這些位置如網格般整齊地排列。將這些位置連接起來，便會形成下圖中那樣的圖案。換一個細胞，會發現，還是一樣的六邊形花紋，但是邊的長度不同了。
無論小白鼠怎麼埋頭瞎跑，這細胞一直都默默地按點啟動。在你瞎跑的時候，這些個細胞也在你的大腦深處默默地記錄你的座標。無論是神經科學家還是數學家，都被這種細胞徹底驚呆了。於是這種細胞被命名為“網格細胞”，即默默地畫格子的細胞。雖然對這種細胞的機理還有爭議，但普遍認為它是通過“多個細胞的疊加來確定位置”的，這和我們常用的坐標軸有區別，但總的來說作用非常相似。
“方向”——定向細胞（Head
Direction Cell）
有了點，有了坐標軸，我們可以來畫線了。等一下，往哪個方向畫？
“向前看齊！”定向細胞如是說。
定向細胞是一種當動物的頭朝著特定的一個方向時便會啟動的神經細胞，被認為是定向系統中負責方向的細胞。一旦這種細胞被啟動，就會一直維持在同樣狀態，直到動物把頭轉向大於45°角的另一個方向，它才會回到常態91。
定位細胞在海馬體裡，網格細胞是在臨近的內嗅皮層裡，而定向細胞分佈在大腦的多個區域，但就是不在海馬體。另外定向細胞和負責感知自身運動狀態和平衡的前庭系統有很多聯繫。
雖然方向細胞負責方向的認知，但定向細胞其實跟地磁場不熟！所以它並非指南針。
“距離”——邊界細胞（Boundary
Cell）
好，知道方向了，可要走多遠呢？
“蠢貨，讓我告訴你‘世界的盡頭’在哪裡！”邊界細胞如是說。
某天，O’Keefe和Burgess（伯吉斯）教授注意到，當小白鼠所處的實驗環境等倍增大時，位置細胞所對應的區域也會等倍地往環境邊緣平移92。譬如，在一個小的正方形環境裡，小白鼠的位置細胞A對應的是東北角，當把小白鼠放進一個更大的正方形環境裡，位置細胞A對應的還是東北角，但這個東北角就比之前的那個位置更東北了。
為了解釋這個現象，他們建立了一個叫“邊界向量細胞”（Boundary vector cell，簡稱BVC）的模型93，來看看當環境的大小和形狀改變時，位置細胞是怎麼通過對外界的感知來判斷位置的。就此，O’Keefe和Burgess就預測，大腦裡有這種細胞，並命名為“定界細胞”（boundary cell，又叫boundary vector cell，還叫border
cell），對環境的輪廓產生反應。且每個邊界細胞對應著距離邊界不同距離和不同角度的相對位置。沒過多久，陸陸續續就有其他實驗室發表論文，聲稱在大腦多處發現了這種細胞94。實際上定界細胞也不曉得絕對距離。但可以認為，是它告訴了小白鼠“這個世界的盡頭”，通過瞭解一個環境的邊界，便可以知道相對的位置。
新發現：人類的定位系統
上面聊到的所有實驗，都是在實驗小白鼠上做的細胞神經生理學實驗。其實，大腦定位系統的研究早已不止於此。特別是在近20年，腦成像技術的發展也在技術上支援了很多對正常人類的大腦定向系統的研究。最近比較有名的一例很有趣，和倫敦計程車司機有關。
看過BBC福爾摩斯“卷福”的應該曉得，倫敦的街道、地標都極其密集。要成為倫敦計程車司機，必須參加長達3～4年的嚴格培訓，叫“the
knowledge”，其間需要記住25，000條街和20，000個地標建築，並參加一系列的考試，以保證計程車司機能夠在沒有地圖説明的情況，快速選擇最快捷的一條路。可以說，倫敦計程車司機應該是世界上最會認路的一群人。
2011年，通過分析78名剛剛結束4年認路培訓的男性司機的大腦核磁共振成像95，並與4年前他們在接受培訓前的腦成像掃描對比，發現其中的39名最終通過考核的司機的海馬區灰質明顯增多。而不是計程車司機的普通人，以及同期參加培訓但沒有通過考核的人，他們的大腦並沒有這個顯著變化。
隨後的研究又發現，這39名通過考核的司機，在學習新的視覺資訊時，比常人要差很多。這可能就是得到強大的認路能力的代價。看到這裡，路癡們應該都在偷笑吧。
一點點感想
自從2005年網格細胞被Moser夫婦發現，我們就一直期待著O’Keefe拿諾貝爾獎（“我們”指我們學校研究神經科學的同志們）。失落了一年又一年，終於，2015年塵埃落定。
我恰好是O’Keefe所教的最後一屆學生。在我讀本科的最後一年春天，從教室出來，O’Keefe正好順路與我一起閒聊，他說以後不再教書，最近他開始對情緒腦96非常感興趣，所以準備把剩下的時間用在開始新的研究方向。真是很有感觸，他2014年已75歲，還一如既往充滿幹勁。對O’Keefe個人而言，這個諾貝爾獎是一個對他前50年的研究的肯定和嘉獎，是一個圓滿的句號，同時也是一個新的開始。
時間都去哪兒了？
難易程度
過去的時間並未過去，未來的時間也並非還未存在。過去、未來和現在以同樣的形式存在。
The past is
not gone, and the future isn't non-existed.The past, future and the present
exist in the exactly same way.
——Max Tegmark（MIT）
時間都到哪裡去了呢？
這個問題在物理學家和神經學家的最佳搭訕話題中妥妥地能進前十（親自體驗，評分有保證）。
我非常喜歡上面這一句話，這位來自MIT的物理學家非常簡單地從物理學角度解釋了不同時間所存在的狀態。
“為什麼恐懼時時間會變慢，快樂時時間會變快？”
作為一名小小的神經科學學生，物理方面我可不擅長，咱們還是回到神經科學吧！
先來個簡單的實驗，離開電腦，面對鏡子。左右轉動眼珠，先看著鏡中你的左眼，注意力集中地看一會兒，然後看右眼，看一會兒後，再看左眼。來回幾次。
問題來了，你不會看到你眼珠轉動的過程。但是，將視線從左眼轉到右眼，這個轉動的過程是需要時間的。
那麼這時間到哪裡去了呢？
為什麼中間沒有看到轉動的過程，卻沒有感到任何空隙呢？
大腦忽悠了你，它將眼珠左右轉動這樣很複雜的場景，簡化成“我的眼睛一直直視前方”這樣極其簡單的事件。
時間感會在特定的狀態下產生幻覺，或是會產生不真實的認知，譬如說本來時間一樣長，但是在某些情況下，人會覺得時間變慢了，有時卻覺得變快了。這些時間錯覺（temporal
illusion）和我們熟知的視覺幻覺能夠説明科學家瞭解時間感背後的神經機制。
從19世紀中葉開始，由於受到實驗心理學家的影響，心理物理學家開始研究感知到的時間（perceived
time）和物理上測量的時間（time measured in physics）之間的關係。和其他感知不同（如味覺、嗅覺、觸覺、視覺和聽覺），我們並沒有感覺到時間。
實際上，時間感是很多不同的認知感覺聚集一起所呈現的。當大腦得到新資訊時，這個新資訊並不一定是按照正確的順序到達大腦的。大腦需要重新排序然後呈現給其他部分的大腦區域，使得我們能夠理解。
正是因為如此，當我們接觸到新工作、不熟悉的資訊時，大腦需要較長的時間分析排序，所以會給人一種時間變長的感覺。而接觸比較熟悉的資訊時，整個過程非常短暫。
另外，沒有一個單獨的大腦區域負責時間感，這就和其他的感知，如聽覺、視覺區分了開來。
所以，在同一時間點，大腦接收到越多的資訊，就會需要更多的時間來分析。那麼，當我們處於危險或者特別無聊的時候，大腦會特別“用功”地去採集身邊的各種資訊，這時，信息量會特別大，這樣我們會感覺時間好像被拉長了一樣，流逝得更慢了。
注意力（attention）是影響時間感最重要的因素之一。
它對於時間感的作用，被認為是影響時間間隔長度的感知（the perceived
duration of intervals）。換句話說，當你將注意力集中在時間上，時間會變慢，當你分心了，時間會變快。
如前面所說，現在還沒有發現一個單獨的特別區域是主要控制時間感的。但近20年的腦成像實驗（EEG-fMRI）顯示，最主要的是小腦（cerebellum）和基底核（basal ganglia），而這兩個部分都和運動、記憶、情感和學習聯繫非常緊密。
上癮，到底是怎麼一回事？
難易程度
獎勵系統，吃喝嫖賭都怪它。
究竟是什麼推動了人的進步？不同領域的人肯定會有不同的答案。但在我的眼裡，一切的一切，都是因為我們的欲望。有欲，有望，才有不斷奮進的動力。
欲望從何而來？可能有人說，從金錢、權利、美色……要我說，大腦裡的獎勵系統才是真正的欲望之源。
獎勵機制就像是油門，行駛靠它啟動，但一旦出了問題，就如追尾時不小心踩了油門，就變成了“癮”。
我沒抽過煙。別瞧我從來沒有抽過煙，癮我還是懂的，因為我以前特別喜歡吃麻辣小龍蝦。欸欸欸，你別笑，麻小怎麼了，對神經科學家來說，不管是對什麼上癮，煙、毒還是麻小，都是換湯不換藥，道理都是一樣的。
癮，到底是什麼？就是“不做這件事兒（即使知道這件事兒不好），我就會一直渾身難受”，一旦讓我滿足了心願，那舒坦勁，比什麼都靈。標準地來說，癮是指一種重複性的強迫行為，即使知道這個行為會有不好的影響，也還是難以停止。就像是產生了一種依賴，而被依賴的“某種東西”可能是物質性的，譬如說，煙（或專業點講尼古丁）、酒、藥物，也有可能是非物質性的，譬如說性、網路、賭博等等。癮到底是怎樣影響了大腦？癮上來的時候，簡直像是變了一個人，心情煩躁、注意力不集中，就是非常想去把這個小小的但很強烈的願望給完成了。譬如說麻辣小龍蝦吧，在我沒見過它之前的10年，我也過得好好的，而就是一次不經意的回眸，便讓它如影隨形。那到底是什麼被改變了呢？
上癮說到底是什麼呢？就是大腦的獎勵系統（reward system）出現了問題。獎勵系統是很多個相互連接的大大小小的大腦區域，主要位於大腦裡面中央偏下方和腦門的位置。說通俗一點，大腦好比一個公司，而獎勵系統就像是一個負責刺激工作效率、確保全公司士氣飽滿的部門。當然啦，在大腦這個有著860億名員工的公司裡（每個員工就是一個神經細胞），有些員工，甚至整個辦公室、整個部門都身兼數職，非常繁雜。而在“獎勵系統”這個部門裡，有些員工也在“情緒”部門裡身兼要職，還有些員工來自公司的管理層“決策系統”（決定喜歡還是不喜歡、吃還是不吃……），還有些外事員工（就是常常需要與身體的其他部位溝通，進而控制肌肉運動、呼吸、心跳等），等等。
雖然工作繁雜員工巨多，但員工之間溝通非常有效，而且一環套一環。在“獎勵系統”這個部門裡，你會常常聽到“多巴胺”“乙醯膽鹼”這些名字，它們是各種各樣的神經遞質。這些神經遞質就好比是有不同印章的官方檔，當一個員工將一份檔傳給下一個員工時，只要一看這個印章，什麼話都不用說，就知道要做什麼、下一個要給誰。“多巴胺”也常常被科普成“快樂分子”，因為它和愉悅這種情緒的產生有很重要的關係；而“乙醯膽鹼”在大腦的教育部門有很重要的作用，肩負著讓大腦有學習能力的重任。
吸一口煙，從肺進入血管，融入血液，迅速地順著血液帶到大腦，並穿越血腦屏障；整個過程只需要10秒鐘，讓尼古丁消失卻需要兩個小時。在這兩個小時裡，你以為尼古丁會安安靜靜地坐在一處等待這兩個小時過去嗎？巧的是，尼古丁長得很像“乙醯膽鹼”，於是常常魚目混珠，讓一大片的員工誤以為“吸煙”這個行為就是這期的學習任務，同時尼古丁還會間接地讓相關部門生產更多的“多巴胺”。越學越快樂，這是個怎樣的體驗啊！那學習效率更高了，越學越想學。每吸一次，就是鞏固和溫習。久而久之，“吸煙是個愉快的體驗”就被每個員工深深地牢記在心中。
直到有一天，走在昏暗的路邊，你看著手裡早上才買、現在卻空空如也的煙盒，思索到底什麼時候開始有煙癮了呢？這時候，即使大腦管理層決定不再抽煙了，也很難改變“獎勵系統”員工們的習慣。
癮，在大腦裡不是一個開關，更像是一個錯誤的行政規則。當然，尼古丁對大腦的影響不止於此。這裡我就不多恐嚇大家了。說的大家都懂，但我覺得大家一直忽視或是誤解了一點：不管你心中有多麼的堅定，這根抽完就不會再抽，但這絕對不會是最後一根煙，而且相反地，這根煙會讓癮更加牢固。因為沒人是真的因為第一根煙就好得不得了才上癮的，它是一個重複性的行為。只要還惦記著這一根，就一定會有下一根。改變不應該從下一根煙開始，而應把上一根煙作為最後一根。
但是，成癮不僅僅與化學成分影響大腦功能這個過程有關，還與人所處的環境有關係。荷蘭社會心理學家Peter
Cohen（皮特·寇恩）認為，我們人類最基本的需求是“連結”彼此。當我們又健康又開心時，我們會建立和加深我們與身邊的人的關係；當我們心中有事或有來自生活或工作的壓力，又不能與身邊的人建立起連結時，為了舒緩壓力，我們可能需要與某物“連結”，這可能是香煙、毒品，也有可能是網路、賭博。如果健康、家庭、事業、感情樣樣順利，每早去公園裡晨跑，或是睡個懶覺後，與所愛之人一起在慵懶的早晨享用美味的早餐，和兒子一起到草坪上踢踢足球……在這樣幸福舒適的生活中，哪裡還有“癮”的位置？
有時我在思考，有些朋友在每次抽煙被發現時，身邊所愛之人的應對方法都是給予一些懲罰。這到底是不是一個正確的方法呢？戒癮，僅僅只是與香煙斷掉“連結”嗎？上癮的機制非常複雜，全世界有很多各個領域的科學家在通過不同方法來研究它，但現在我們對上癮的瞭解，還只是管中窺豹而已。正因如此，要反過來治療它，或說“戒”癮，過程一定不會是一掃無憂、輕輕鬆松的。
戒煙，不僅僅需要自己的意志力，還需要身邊親友的關心和鼓勵，更需要一個更健康的生活方式。
“恐懼”從何而來？
難易程度
不少讀者應該看過美劇《別對我說謊》（Lie to me）吧？那應該算是心理學劇集的鼻祖。片裡的主角卡爾·萊特曼博士通過分析被觀察者的肢體語言和微表情，從而判斷被觀察者是否在撒謊。而卡爾·萊特曼博士就是以美國著名心理學家Paul Ekman（保羅·艾克曼）為原型的，準確地說，片子裡的主要故事情節都來自艾克曼的研究。
而艾克曼最出名的就是他在1972年提出的基本理論：即使是不同文化、不同民族，人類群體中的表情也具有很高的一致性，而最基礎的情感為六個：高興、悲傷、驚訝、憤怒、厭惡、恐懼。
不同的表情代表著不同的情緒，要識別表情，就得理解什麼是情緒。人的大腦是怎麼理解、表達情緒的呢？大腦中，負責情緒的區域不僅僅是大腦的某一處，而且是由一個系統負責，叫做邊緣系統（limbic
system）。這個系統同時也與其他的認知功能有莫大的關係，如行為、動力、識路、短期記憶以及嗅覺。
在這個系統裡，對我來說，最有趣的就是杏仁核（amygdala）了，這個區域在臉部識別中特別重要，當人看到不同的臉時，杏仁核的大腦活動增長最為明顯。更有趣的是，杏仁核對“恐懼”這樣的消極情緒的情感識別有非常重要的作用。
恐懼是如何產生的呢？一種情況是，當進入大腦的血液中二氧化碳含量大幅度增加，杏仁核檢測到血液的酸性升高，便會引起人的恐懼和驚慌感。為什麼恐懼和二氧化碳有關係呢？這也算是一種反應機制吧。當人窒息時，血液中含氧量降低、二氧化碳會積累，這樣血的酸性便會升高。窒息是個很令人恐懼的事情吧，很要命吧？當人窒息的時候，你得恐懼、掙扎，然後盡力逃脫吧？人並不是非要體驗一把窒息，才知道呼吸不暢是“需要避開”的。因為恐懼，智商高的我們就知道，我們要離窒息的環境、情況遠遠的，因為那是令人恐懼的。
最近“恐懼”成為一個非常火爆的研究，甚至讓整個情感神經科學（Affective Neuroscience）或情緒腦（emotional brain）都變得熱門了起來，這還得歸功於2010年發現的一個神奇的病例。
病人的名字縮寫為S.M.，是一名45歲的白人女性。她在大約2010年的時候因為一氧化碳中毒，導致了一種極其罕見的名叫類脂蛋白沉積症（Urbach-Wiethe
disease）的疾病。患有這種疾病的人，大腦的杏仁核會硬化並且失去功能。在大腦兩半的杏仁核都失去作用後，S.M.在看很恐怖的恐怖片時也沒有任何恐懼的感覺，研究人員帶她去世界上最恐怖的鬼屋，她也毫不畏懼，甚至用手去碰扮演怪物的鬼屋工作人員，這下反而把那怪物給嚇了一跳。所以，現在大家都稱她為Fearless
woman，無所畏懼的女人。
實際上，歷史上發現大概300名患有這種罕見病的病人，也有其他人的杏仁核有過損傷。但在S.M.之前，沒有人像她一樣這麼完整並且精確地失去了杏仁核的功能，其他病患要麼是只失去了一邊，要麼是還剩一點，或者是大腦其他區域也有損傷。換句話說，就是S.M.的“杏仁核腦殘程度”非常精准，無可匹敵。
也就是說，沒有杏仁核的人就會不知道什麼是恐懼。這個案例一出來，神經科學界就沸騰了。做表情的人都放下手裡的活兒去研究杏仁核了（因為公認負責表情識別的區域還有其他部分），即使以前不是搞這塊兒的，也摩拳擦掌想去沾個邊。2013年2月的時候，S.M.恰好在倫敦大學學院做實驗。當時我們上課恰好學到她，簡直像大明星一樣，好想去“追星”。
我們普通人很難理解什麼是“不知道什麼是恐懼”。具體來講，病人可以識別其他的表情，如這五個基礎資料表情，但唯獨不能理解、不能識別、不能解釋什麼是恐懼。最簡單的測試方法，就是讓S.M.畫六個基礎情緒的表情，在表達“恐懼”時，她表示不知道如何表達，最後決定畫一個在爬的嬰兒。這說明S.M.對恐懼的理解和表達都有問題。而在畫其他五個基礎資料表情（高興、悲傷、驚訝、憤怒、厭惡）的時候，她的理解和表達都和正常人沒有什麼區別。
人們老是說恐懼才是我們自身最大的敵人，這樣不知何為畏懼豈不是天下無敵了。
實際上，失去恐懼的本能的人，往往無法識別危險、惡人。這些病人在生活中，即使遇到一看就是壞人的人，也會非常信任。雖然這麼說很潑冷水，但是現在的社會，如果隨便相信陌生人，是一件挺危險的事情。
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