我是誰？基因無法回答的問題，也許它可以回答丨展卷

“我是誰？”

基因組的不同，決定了一個(gè)人與其他千千萬萬人在生理特征上的差異。然而，基因只是一種出廠設(shè)置，離開母腹的“我”是如何變成今天的樣子？“我”的思想、“我”的行為，到底由什么來決定？

神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為，答案就在人腦神經(jīng)元的所有連接之中。

本文經(jīng)授權(quán)節(jié)選自《神奇的連接組》（人民郵電出版社，2022年9月版）引言，有刪減，標(biāo)題為編輯所加。

撰文 | Sebastian Seung

翻譯 | 孫天齊

任何路，任何足跡，都不曾越過這片森林。只有纖長(zhǎng)而柔美的枝條，生生不息地，以令人窒息的樣子，占領(lǐng)著這片森林的一切空間。它們彼此糾纏，其間的縫隙之狹窄，讓陽光也望而卻步。曾有約1000億顆種子同時(shí)被播下，長(zhǎng)出這片黑暗森林，而所有的樹木，又注定將在一朝赴死。

這是一片宏偉的森林，是喜劇的森林，也是悲劇的森林。這片森林包含很多，有時(shí)我想，這片森林是一切。所有的小說和所有的交響樂，所有殘忍的謀殺和所有仁慈的善舉，所有的愛情和所有的爭(zhēng)執(zhí)，所有的幽默和所有的憂傷，都來自這片森林。

你可能會(huì)訝異，這片森林存在于直徑不及1英尺（約30.48厘米）的空間里。地球上有70多億片這樣的森林，你正是其中之一的主人，它就生長(zhǎng)在你的顱骨里。我所說的樹木，是一種特殊的細(xì)胞，叫作神經(jīng)元。神經(jīng)科學(xué)的目標(biāo)，就是去探索它們那些奇異的枝條，征服這片心靈叢林（見圖1）。

圖1 心靈叢林—大腦皮層上的神經(jīng)元。通過卡米洛·高爾基（Camillo Golgi，1843—1926）的方法染色，由圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal，1852—1934）繪圖

神經(jīng)科學(xué)家們聽到了它們的話語，即大腦中的電信號(hào)。他們用精準(zhǔn)的圖畫和照片，揭示了神經(jīng)元的形態(tài)?？墒牵瑑H憑一些零散的樹，如何理解這整片森林？

17世紀(jì)，法國(guó)哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家布萊士·帕斯卡（Blaise Pascal）這樣形容宇宙的廣袤：

讓一個(gè)人拋開眼前卑微的事物，望望整個(gè)自然界的偉大和莊嚴(yán)。讓他看那熾燃的大光，像一盞永恒的明燈照耀著世界。讓他看到地球，再讓他知道，相比于太陽的大圓，地球只是一個(gè)點(diǎn)。讓他驚訝，太陽的大圓，在天穹上那些星宿看來，也是一個(gè)微小的點(diǎn)。

這些想法使帕斯卡感到震撼，感到自己的渺小，他承認(rèn)“永恒的沉寂和無限的空間”使他恐懼。他思考的是外面的空間，然而我們只需要想想“思考”本身，便能感受到和他一樣的恐懼。每個(gè)人的顱骨當(dāng)中，都坐落著一個(gè)宏偉的器官，這個(gè)器官，恐怕亦是無限復(fù)雜。

作為一名神經(jīng)科學(xué)家，我切身地理解帕斯卡的恐懼。與此同時(shí)，我還體會(huì)到某種尷尬。有時(shí)我面向公眾，講述我們領(lǐng)域的進(jìn)展，每次這樣的演講之后，我都會(huì)被大量的問題轟炸：是什么導(dǎo)致了抑郁癥和精神分裂癥？愛因斯坦和貝多芬的大腦有什么特殊之處？怎么才能讓我的孩子學(xué)習(xí)更好？對(duì)于這樣的問題，我無法給出令人滿意的答案，于是聽眾的臉色就變了。我很不好意思，最后只能向聽眾道歉：“對(duì)不起，你們以為我當(dāng)教授是因?yàn)槲抑浪械拇鸢?；但?shí)際上，我當(dāng)教授恰恰是因?yàn)槲抑牢矣卸嗝礋o知。”

研究一個(gè)像大腦這么復(fù)雜的東西，看起來幾乎是徒勞。大腦里面有上千億個(gè)神經(jīng)元，它們就像很多不同種類、形態(tài)各異的樹。只有最富決心的探險(xiǎn)家，才敢走進(jìn)這樣的森林去看一看，但他們走進(jìn)去之后，卻只能看到一點(diǎn)，而且看不清。毫無疑問，大腦仍是一個(gè)謎。且不說我的聽眾所好奇的大腦的疾病和特殊優(yōu)勢(shì)，哪怕是最平凡的問題，我們現(xiàn)在也很難解釋。我們每天都要回憶過去，感知當(dāng)下，想象未來，大腦是怎么做到這些的？我敢明確地說，沒有人真正知道。

鑒于人類大腦的復(fù)雜性，有些神經(jīng)科學(xué)家轉(zhuǎn)而去研究一些神經(jīng)元特別少的動(dòng)物。比如圖2中的蟲子，它并不具有我們稱為腦的器官，它的神經(jīng)元分散在全身各處，而不是集中于一個(gè)器官中。它總共只有302個(gè)神經(jīng)元，這些神經(jīng)元組成了它的神經(jīng)系統(tǒng)。這聽起來很容易研究，我相信即使悲觀如帕斯卡，也不會(huì)對(duì)秀麗隱桿線蟲（C. elegans，這是這種約1毫米長(zhǎng)的蟲子的學(xué)名）的“森林”感到恐懼。

圖2 秀麗隱桿線蟲

這種蟲子的每一個(gè)神經(jīng)元都有特定的位置和形態(tài)，并且被賦予了唯一的名稱。這種蟲子就像工廠流水線上大規(guī)模生產(chǎn)出來的一種精密機(jī)器：每只蟲子的神經(jīng)系統(tǒng)，都由一套相同的零件組成，其中的每個(gè)零件，總是按照同樣的方式組裝。

此外，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)被我們完全測(cè)繪出來了。其結(jié)果就是圖3，看起來很像航空雜志封底的航線圖。每個(gè)神經(jīng)元都有一個(gè)由四個(gè)字母組成的名稱，就像每個(gè)機(jī)場(chǎng)都有一個(gè)三個(gè)字母的代碼。那些線段表示神經(jīng)元之間的連接，就像航線圖中的線段表示城市之間的航路。如果兩個(gè)神經(jīng)元之間有一個(gè)叫作突觸的交會(huì)點(diǎn)，我們就說這兩個(gè)神經(jīng)元是“有連接的”。通過突觸，一個(gè)神經(jīng)元可以把信息傳遞給另一個(gè)神經(jīng)元。

圖3 秀麗隱桿線蟲的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，或稱為連接組

工程師們都知道，要制造一臺(tái)收音機(jī)，就要把電阻、電容、晶體管這些電子元件連接起來。類似地，要組建一個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)，就要通過神經(jīng)元的那些纖細(xì)的枝條，把它們連接起來。因此，像圖3這樣的圖，最初被稱為線路圖。而最近，我們提出了一個(gè)新的術(shù)語：連接組（connectome）。這個(gè)詞不再是受電子工程師的啟發(fā)，而是受基因組學(xué)的啟發(fā)。你可能聽說過，DNA（脫氧核糖核酸）是一個(gè)由分子組成的長(zhǎng)鏈條，這個(gè)鏈條上的每個(gè)點(diǎn)叫作核苷酸。核苷酸有四種，分別用字母A、C、G和T來表示。而你的基因組（genome），就是你的DNA上這些核苷酸組成的全體序列，或者你可以把它看成由四種字母組成的一個(gè)很長(zhǎng)的字符串。這個(gè)字符串總共有大約30億個(gè)字符，如果寫成一本書，將有100萬頁的厚度，圖4展示了其中一個(gè)小片段。

圖4 人類基因組的一個(gè)小片段

同樣，一個(gè)連接組，就是一個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)中，各個(gè)神經(jīng)之間的連接的全體。這個(gè)術(shù)語與基因組一樣，意味著全體。一個(gè)連接組不是一條連接，也不是很多連接，而是所有的連接。從理論上來說，你的大腦也可以用一個(gè)線路圖表示出來，就像那條蟲子一樣，但是你的大腦要復(fù)雜得多。那么，你的連接組，能夠說出什么有趣的事情呢？

首先，它能夠說明一個(gè)道理——你是獨(dú)一無二的。你可能會(huì)說，你早就知道這一點(diǎn)（那是當(dāng)然），不過在以前，要想搞清楚你的獨(dú)特性是由什么帶來的，存在驚人的困難。你的連接組與我的連接組之間存在巨大的差異，這與那些蟲子的標(biāo)準(zhǔn)化連接組不同。從這個(gè)角度來說，每個(gè)人都是獨(dú)特的，但那些蟲子并不是。（我無意冒犯蟲子們?。?/p>

參差多態(tài)，乃是幸福本源。研究大腦的工作原理時(shí)，最讓我們感到有趣的就是，每個(gè)人的大腦運(yùn)轉(zhuǎn)得竟然如此不同。為什么我不能像那個(gè)外向的朋友一樣開朗？為什么我的兒子讀書就是趕不上他的同學(xué)？為什么我的小表弟產(chǎn)生了幻聽？為什么我媽媽失憶了？為什么我的愛人（或者我自己）不那么善解人意？

心靈與思維之不同，正是因?yàn)檫B接組之不同。有些報(bào)紙的標(biāo)題常常暗含著這個(gè)理論，例如《孤獨(dú)癥患者的大腦與常人不同》。連接組也許還能解釋個(gè)性和智商，可能還有你的記憶。你的記憶是你身上最為獨(dú)特的部分，而它們也許就編碼在你的連接組里。

雖然這個(gè)理論已流傳了很長(zhǎng)時(shí)間，但是神經(jīng)科學(xué)家們?nèi)匀徊恢浪欠裾_，不過很顯然，這個(gè)理論的意義非常重大。如果它是對(duì)的，那么治療精神障礙的根本方法就是修復(fù)連接組。事實(shí)上，一個(gè)人的任何改變，比如提高素質(zhì)、減少喝酒，或者挽救一段婚姻，其實(shí)都是對(duì)連接組的改變。

再來看一個(gè)不同的理論：心靈與思維之不同，是因?yàn)榛蚪M之不同。簡(jiǎn)而言之，你的基因組使你成為你。現(xiàn)在這個(gè)時(shí)代，個(gè)人基因組測(cè)序已經(jīng)不是什么難事，再過不久，就可以便宜又快速地測(cè)出我們自己的DNA序列。而且我們還知道，在精神障礙或者一些常見特質(zhì)，比如個(gè)性和智商中，基因確實(shí)有其作用。那么，既然對(duì)基因組的研究已經(jīng)如此深入，為什么還要研究連接組呢？

原因很簡(jiǎn)單：?jiǎn)螒{基因無法解釋大腦為什么這樣工作。早在蜷縮在母親子宮里的那一刻，你就已經(jīng)擁有了你的整個(gè)基因組，可是在那時(shí)，你并沒有對(duì)于初吻的回憶。你的記憶是在一生中不斷形成的，而不是先天就有的。有些人會(huì)彈奏鋼琴，有些人會(huì)騎自行車，這些都是后天學(xué)會(huì)的技能，而不是隨著基因而來的本能。

從你的母親受孕的那一刻起，你的基因組就已經(jīng)固定了，但與此不同，你的連接組在你的一生當(dāng)中始終在改變。神經(jīng)科學(xué)家們指出了這些基本的改變是如何發(fā)生的。首先，神經(jīng)元會(huì)調(diào)整彼此之間的連接，使它們變得更強(qiáng)或更弱，從而給這些連接重新賦予權(quán)重。其次，神經(jīng)元還能創(chuàng)建新的突觸，或者去掉一個(gè)突觸，這樣它們就能重新連接，它們還能通過生長(zhǎng)新的枝條或收回原有的枝條來改變連線的結(jié)構(gòu)。最后，新的神經(jīng)元會(huì)不斷地產(chǎn)生，舊的神經(jīng)元會(huì)不斷地死去，這些會(huì)使連接發(fā)生重建。

我們還不知道你的生活經(jīng)歷——比如你父母的離異，或者你傳奇的海外經(jīng)歷——具體是如何改變你的連接組的。但是，有很多證據(jù)能夠表明，這四個(gè)“重新”——重新賦權(quán)、重新連接、重新連線、重新生成——會(huì)受到你經(jīng)歷的影響。與此同時(shí)，四個(gè)“重新”也受基因的指揮。基因確實(shí)會(huì)影響心智，尤其是在幼年和童年，大腦開始建立連接的時(shí)候。

連接組是由先天的基因和后天的經(jīng)歷共同塑造的，要解釋大腦如何運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須考慮到這兩種影響和作用?！斑B接組不同論”是兼容于“基因組不同論”的，只是比后者更加豐富、更加復(fù)雜，因?yàn)樗紤]到了你活在這個(gè)世界上的后天作用。相比來說，連接組理論不那么具有命運(yùn)色彩，因?yàn)樗嘈?，我們的連接組可以由我們的行為和思維來塑造。大腦的連接結(jié)構(gòu)，使我們成為我們，但反過來，我們也在影響大腦的連接結(jié)構(gòu)。

這個(gè)理論總結(jié)起來就是：

你不只是你的基因組，你是你的連接組。

如果這個(gè)理論是正確的，那么神經(jīng)科學(xué)最重要的目標(biāo)就是去駕馭四個(gè)“重新”。需要知道，連接組發(fā)生什么樣的改變，才能使我們表現(xiàn)出我們所希望的行為，然后需要開發(fā)出相應(yīng)的方法，來制造這種改變。如果我們成功了，神經(jīng)科學(xué)就能夠有效地治療精神障礙，治療大腦的損傷，并且使生活更美好。

然而，鑒于連接組的復(fù)雜性，這是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。秀麗隱桿線蟲只有7000條連接，但是測(cè)繪它的連接組卻花了我們10多年時(shí)間。而你的連接組的規(guī)模，是它們的1000億倍，其中的連接數(shù)量，是你的基因組字母數(shù)量的100萬倍。與連接組相比，基因組簡(jiǎn)直就是小孩子過家家。

今天，我們終于具備了有力的技術(shù)和工具，能夠面對(duì)這項(xiàng)挑戰(zhàn)。配合最尖端的顯微鏡，我們的計(jì)算機(jī)能夠采集并存儲(chǔ)巨大的腦圖像數(shù)據(jù)庫，幫助我們處理和分析滾滾而來的數(shù)據(jù)流，從而測(cè)繪神經(jīng)元之間的連接。依靠這樣的機(jī)器智能，我們最終看到了為難我們多年的連接組。

我相信，在21世紀(jì)結(jié)束之前，我們有機(jī)會(huì)測(cè)出人類的整個(gè)連接組。我們會(huì)從線蟲到果蠅，然后到小鼠，接著是猴子，最后會(huì)面對(duì)最終極的堡壘——人類大腦。當(dāng)后代追溯我們這一系列成就時(shí)，一定會(huì)驚嘆這是多么重要的科學(xué)革命。

是否必須再等幾十年，連接組才能向我們透露一些關(guān)于大腦的奧秘呢？幸運(yùn)的是，并非如此?，F(xiàn)在的技術(shù)，已經(jīng)足以讓我們看到大腦的一個(gè)小局部的連接關(guān)系，而這樣的局部的知識(shí)，也是非常有用處的。另外，老鼠和猴子也能夠讓我們搞清楚許多問題，因?yàn)槲覀冊(cè)谶M(jìn)化上有很近的親緣關(guān)系。它們的大腦和我們的很像，而且很多運(yùn)行原理是相同的，研究它們的連接組，也會(huì)給了解我們自己的大腦帶來許多啟發(fā)。

公元79年，維蘇威火山爆發(fā)，成噸的火山灰和巖漿掩埋了羅馬的龐貝城。龐貝城的時(shí)間凝固了，它從此長(zhǎng)眠于地下，直至將近兩個(gè)千年之后，才被建筑工人意外發(fā)現(xiàn)。18世紀(jì)的考古學(xué)家把它挖開，異常興奮地看到了一幅栩栩如生的羅馬生活圖景——奢華的度假別墅，街道上的噴泉景觀、公共浴室、酒吧、面包店、市場(chǎng)、健身館、劇場(chǎng)，反映衣食住行的壁畫等。這是一座死去的城，卻讓我們得以觀察羅馬生活的細(xì)節(jié)。

就像龐貝古城一樣，如今我們也只能通過分析死去的大腦的圖像來尋找連接組。這項(xiàng)工作本來的名稱是神經(jīng)解剖學(xué)，但我們可以把這項(xiàng)工作想象成大腦考古學(xué)：一代又一代的神經(jīng)科學(xué)家，凝視著顯微鏡下那些冰冷的神經(jīng)元的尸體，思考著它們的過去。一個(gè)死去的大腦，其中的分子被防腐藥水凝住，就像一座紀(jì)念碑，紀(jì)念那些曾經(jīng)由它產(chǎn)生的思想和感受。在過去，神經(jīng)解剖學(xué)的工作十分類似于通過硬幣、墳?zāi)够蛱展拗惖牧闵⒆C據(jù)來重建一個(gè)古代文明，而現(xiàn)在，連接組就像龐貝古城一樣，是大腦的一個(gè)凝固的全景。這些全景使神經(jīng)解剖學(xué)家獲得了革命性的能力，去研究和重構(gòu)活體大腦的功能。

你也許會(huì)問，既然有很酷的技術(shù)能夠直接研究活體，為什么還要研究死去的大腦？假如有時(shí)間旅行，直接穿越到當(dāng)年完好的龐貝城去看看，豈不是能夠了解更多？其實(shí)，未必如此。想象一下就不難發(fā)現(xiàn)，游覽和觀察一個(gè)活動(dòng)的城市，存在很多限制。當(dāng)你觀察一個(gè)活人的行為時(shí)，你就錯(cuò)過了其他人同一時(shí)間的行為。或者你可以通過紅外衛(wèi)星圖片去觀察一個(gè)區(qū)域的平均活動(dòng)情況，但就看不到更具體的細(xì)節(jié)了。因?yàn)檫@些約束，所以直接去考察一個(gè)活動(dòng)的城市并不像我們想象的那么暢快。

我們用以直接研究活體大腦的技術(shù)，同樣存在著這樣的限制。把顱骨打開，可以觀測(cè)神經(jīng)元的形態(tài)和電信號(hào)，可是大腦有上千億個(gè)神經(jīng)元，我們每次只能觀測(cè)極少的一部分。如果采用非侵入的成像技術(shù)，透過顱骨去觀測(cè)大腦內(nèi)部，就沒辦法觀測(cè)單個(gè)的神經(jīng)元，只能得到一個(gè)區(qū)域的形態(tài)和活動(dòng)等粗糙的信息?；蛟S將來有一天，會(huì)有更先進(jìn)的技術(shù)使我們突破這些限制，直接觀測(cè)活體大腦的每一個(gè)神經(jīng)元，但就今天而言，這還只是一個(gè)幻想。研究活體大腦和死亡的大腦其實(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)，在我看來，最好的方法是同時(shí)結(jié)合這兩種手段。

然而，確實(shí)有一些神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為研究死亡的大腦是沒有意義的，只有研究活體大腦才是神經(jīng)科學(xué)的王道，他們的理由是：

你是你的所有神經(jīng)元的活動(dòng)。

這里的“活動(dòng)”是指神經(jīng)元的電信號(hào)。這些電信號(hào)能夠給出大量的信息，即神經(jīng)元在任意時(shí)刻的活動(dòng)，這些信息編碼了你在這一時(shí)刻的思考、情緒和感覺。

前面說過，你是你的連接組，現(xiàn)在這里又說你是你的所有神經(jīng)元的活動(dòng)，那么你到底是什么呢？這兩種說法看起來是矛盾的，但實(shí)際上它們是兼容的，因?yàn)樗鼈兩婕皩?duì)自我的不同認(rèn)識(shí)?；顒?dòng)論所指的自我，是動(dòng)態(tài)的自我，是時(shí)時(shí)在變的，可能現(xiàn)在很生氣，過一會(huì)又會(huì)變得興奮，然后去思考人生的意義，做些家務(wù)活，欣賞外面的落葉，再打開電視看球賽。這個(gè)自我是與意識(shí)分不開的。因?yàn)榇竽X的神經(jīng)元活動(dòng)始終在變化，所以這種自我的本質(zhì)是變化不定的。

而連接組論所指的自我，是一種靜態(tài)的自我，就像你童年的記憶會(huì)伴隨你的一生。這種自我的本質(zhì)——通常稱為個(gè)性——是穩(wěn)定的，這個(gè)事實(shí)會(huì)讓我們的家人和朋友感到舒服。你的個(gè)性會(huì)表現(xiàn)在你的意識(shí)中，但是當(dāng)你沒有意識(shí)的時(shí)候，比如睡覺的時(shí)候，你的個(gè)性仍然持續(xù)地存在。這種意義上的自我，就像連接組，隨著時(shí)間推移，只會(huì)有很緩慢的變化。這就是連接組論所指的自我。

在過去，意識(shí)的自我吸引人們做了大量的研究。在19世紀(jì)，美國(guó)心理學(xué)家威廉·詹姆斯（William James）提出了“意識(shí)流”，即意識(shí)就像一條河流，始終在心靈當(dāng)中流淌。但是詹姆斯忘了一件事，那就是所有的河流都需要河床。如果沒有地上的那些凹糟，水根本不知道該往哪里流。正是連接組提供了路徑，神經(jīng)活動(dòng)才能夠流動(dòng)，從這個(gè)意義上說，應(yīng)該把它稱為“意識(shí)河床”。

這是一個(gè)非常好的比喻。隨著時(shí)間的推移，水流也會(huì)慢慢地塑造河床，正如神經(jīng)活動(dòng)會(huì)塑造連接組。這兩種關(guān)于自我的不同概念，一種是快速移動(dòng)、時(shí)刻在變化的河水，一種是穩(wěn)定、緩慢變化的河床，其實(shí)是誰也離不開誰的。

作者簡(jiǎn)介

承現(xiàn)峻（Sebastian Seung），美國(guó)普林斯頓大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所與計(jì)算機(jī)科學(xué)系A(chǔ)nthony B. Evnin講席教授，三星電子社長(zhǎng)、三星研究院院長(zhǎng)，連接組學(xué)領(lǐng)域先驅(qū)。

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