三联中读的朋友们，大家好，欢迎收听“解码人类”音频课。我是中科院生物物理研究所、脑与认知科学国家重点实验室的何生。我的研究领域主要在大脑的认知和视觉认知这个领域。

今天我想跟大家一起讨论“我们的智慧，我们的认知能力是从哪里来的”、“大脑是如何产生心智，如何产生认知能力”等问题。

我们的认知能力是怎么来的？

我们首先谈谈：什么是智慧，什么是心智。

智慧并不是那么容易准确定义。依据常识，我们只是认为高等动物有智慧，它是高等动物的脑系统所支持的功能。智慧也可以理解为“认知行为”。而“认知行为”广义上是我们大脑支持的各种了解环境并作出适当反应的行为，包括感知觉，注意和意识，学习和记忆，综合各种信息并做出决策，懂得和产生语言，以及理解和表达情绪，等等。

说起智慧，大家可能很自然地联想到“智商”（IQ），智商是用智力测试测量人在其年龄段的认知能力（“智力”）的得分。人的智商呈正态分布，个体的IQ分数，会和个体所属的常模（例如：和相同年龄、国家的人们）相比较。这个常模的IQ分数的平均值为100分，标准差为15分。即68%的人的智商在85—115之间、95%的人的智商在70—130之间、99.6%的人的智商在55—145之间。智商与遗传因素有关，还与生活环境有关。

认知神经科学是研究各种认知神经、认知行为的神经基础的一门科学。它通过各种认知心理和神经科学的实验手段，来研究这些认知行为的神经机制。

我本人是做视觉认知研究的，如果以视觉认知为例，我们可以了解光线从物体上反射到我们眼睛之后，被眼睛里面的视网膜接收，并传到大脑中，在大脑中被加工，产生我们的视觉意识。根据这些视觉信号，我们做出各种行为反应。比如说，我们可以识别不同的人的面孔；我们可以通过视觉信息处理来进行阅读，获得各种各样新的知识。有一些视觉信号会让我们产生恐惧感，有一些视觉信号会让我们产生愉悦感，各种不同的视觉信息，都可以在大脑的不同地方进行处理。这些都是在认知里面的范畴，通俗地说，认知能力也是就是我们的智力。

大脑认知功能的运作（实验和案例）

认知神经科学里有一个基本的假设：大脑是模块化的，即不同的认知功能由我们大脑不同的区域来支持。比如，我们的大脑有专门负责颜色知觉的区域，也有专门支持运动知觉的区域。如果一个人因为某种原因，比如说肿瘤或者是其他的脑损伤，大脑里负责颜色知觉的区域被毁损了，这个人的世界就会失去了颜色，但是他的视觉其他方面还是正常的。

反过来，如果一个人负责运动的知觉脑区受损了，他就失去自觉运动的能力。在他的世界里，世界就变成了一幅一幅静态的图。有的人的大脑里某一些区域受损之后，他听不懂别人说话，或者不能够自己说话，等等。

在历史上，认知神经科学的很多知识是来自于对各种不同的病人进行研究得出的。历史上也有一些我们可以称作是“明星”病人，比如说法国的神经科医生布洛卡（Broca）。他在19世纪60年代研究一位病人“Tan”。病人之所以有这样的称谓，原因是这位病人到后期只能发“Tan”这个声音。这位病人去世之后，医生解剖他的大脑，发现在他的左脑的前额叶下回有明显的损伤（前额叶下回的位置大概是在左边的眼睛和耳朵连起来的中间点往上走一点）。

▲布罗卡语言区在大脑中的位置示意图，来源：wikipedia

由这位病人和其他的病人一起得出来的研究成果就告诉我们，前额叶下回这个地方对语言功能特别重要，尤其是对语言表达功能特别重要。我们现在就把这个区域称为布罗卡语言区（Broca's Area）。这是一个早期很经典的认知神经科学方面的例子。

加拿大蒙特利尔神经研究所的布伦达·米尔纳（Brenda Milner）（接近101岁高龄）。她研究了一个失忆多年的病人，病人在去世之前，我们都称他为“HM”（Henry Molaison）。1953年，为了治疗HM非常顽固的癫痫，于是先给他做了双侧颞叶内侧切除的手术。做完手术之后，才发现这个病人产生了非常严重的失忆。

▲Henry Molaison

他不能够再拥有新的记忆产生，他见过你之后，第二次见到还是跟之前没见过你一样打招呼。做了上百次实验后，问他有没有做过这种实验，他也说之前没有做过。但很有意思是，他虽然说不记得之前做过这个实验，但是他对这个实验室里面的环境很熟悉，有的时候甚至自己可以去调那些仪器上的旋钮。所以这位病人也给我们提供了很多关于记忆方面的一些知识。

还有一个心理学教科书上非常经典的例子。菲尼亚斯·盖奇（Phines Gage）是一位铁路工地上的领班，1848年，他在工地上遇到了一个事故，他的前额叶因此被铁钎穿透。他生存下来了，在这个事故之后，他身体的其他功能似乎也没有受到影响，但是他有明显的变化，变化是变在他的性格上。当时给他诊断的医生以及或其他人在描述他的时候，说在事故之后，菲尼亚斯·盖奇这个人就不再是菲尼亚斯·盖奇了。他以前是一个很靠谱的人，可以在工地上当领班，事故之后，就成为一个就是非常不在意别人怎么看他，可以随地大小便，跟动物之间变得非常亲近，等等。

▲左图为Phines Gage拿着刺穿他大脑的铁钎；右图为陈列于哈佛医学院的Phines Gage的头颅骨，来源：wikicommon

这个案例也告诉我们，人大脑的前额叶对一个人的性格起到非常重要的作用。前额叶损伤之后，人就有可能完全变了一个人。我们现在还是继续依赖一些神经心理学病人的案例和研究，来增加我们对大脑认知功能的了解。

但是在近二三十年来，我们在脑功能成像的技术上面有了根本性的发展，尤其是90年代初发展出来的核磁共振脑功能成像技术。这个技术本质上告诉我们大脑中各个地方的血氧浓度的情况。如果说大脑中某个地方在我们做某个认知功能的时候特别活跃，可以想象这个地方它的耗氧量就很高，所以会有很多新鲜的血液、带有氧的血液提供到那个地方。核磁共振功能成像就可以告诉我们这个人在做某一种认知任务的时候，比如说在理解语言的时候，或者是看人的面孔的时候，大脑里面什么地方的活动比较活跃。

这样的一些方法就有人比喻成类似于望远镜对天文学的重要性。脑成像这个方法对于我们认知神经科学来说，重要性是不言而喻的，就是可以让我们用无创的方法看到一个人在做认知功能、认知任务的时候，大脑里面什么地方在参与。当然我们也有各种各样的行为实验，研究大脑里面是怎么样工作的。

我从视觉研究的角度举一个例子。我们人都有两个眼睛，两个眼睛在正常情况下都是看着同样的东西（或者说基本上是同样的东西）。在实验室里面，如果我们让两个眼睛呈现完全不同的图像，大家可以想象会出现什么样的结果。实验发现，两个眼睛看完全不同的图像时，我们的“被试”会直觉到左眼和右眼的图像分别被表达成：一两秒看到左眼的图像，另外一两秒看到右眼的图像，这样一直交替切换。这是一个行为上的现象。

它告诉了我们大脑是怎么来加工视觉信息的，尤其是在两个眼睛的视觉信息，或者说大脑收到的视觉信息，产生不一致的情况下（就是大脑觉得平时左眼和右眼看到的是同样的图，然而现在左眼和右眼提供的信息不一样），这是怎么回事？当然选择加工的结果是大脑把左眼提供的信息表达在意识这个层面上一两秒，然后又把右眼这个信息表达在意识层面一两秒，这是一个动态的过程。

很有意思的一点是：人们做这个视觉实验的时候，左右眼的图切换会有不同的频率。但是平均而言，比如说精神分裂症或者是抑郁症，或者是双向情感障碍等，这些有精神疾病的人，在看左右眼不同的图时，左右眼两个图在他的意识层面上的切换频率会比正常人要低，即切换会慢一点。我们用行为的方法可以来了解大脑是怎么样工作，大脑是怎么样加工视觉输入，尤其是在左右眼的视觉信号有矛盾的时候。

以上我们说的是智慧、认知能力，也谈了一些做认知神经科学研究时，有哪些证据？哪些方法？包括通过病人、用脑成像、或者是用巧妙的行为实验。

“身”与“心”

而当我们说“心智”这个词的时候，指的是一个和智慧不太一样的概念。我们说“心智”更多指的是我们的主观心理体验，是一种主观意识。

智慧或者是认知能力在英文里面可能说的是“intelligence”了，心智在英文里面用的是“mind”这个词。在我们中文里面，智力和心智之间似乎差别要小一点。当然我们在说“身心关系”（mind-body problem），这个时候“身”指的是物理上的一个东西，“心”指的是我们的心智这个层面上，或是“mind”的这个东西。说“身心关系”的时候，隐藏的意思是说“身”和“心”是两回事，这样的一个见解已经是朝着把“身”和“心”，或者“mind”和“body”当做两回事，也就是朝这个角度上来倾斜了。

二元论指的是我们有独立于物理世界存在的一个心理或者是心智，或者说，精神世界是独立于物理世界的。那这个时候，“身”和“心”之间这个关系到底是怎么回事呢？心智是不是真正独立于我们的身体？当然此时的身体更多时候指的是大脑。这个问题本身是一个哲学问题，已经被讨论得差不多有2000多年了，我们可能都会想到是一位法国哲学家，其实他应该称作是一位博学家，因为他在其他领域，尤其是在数学领域上也有很多贡献。

▲笛卡尔的手稿显示了人的身体运作的数学和几何图示，来源：Paris: Compagnie des Libraires, 1729.

他就是笛卡尔（Rene Descartes），他最有名的贡献是对身心二元论的一些见解。他认为我们人最能够相信的是我们自己能够思考，能够怀疑。除此之外，我们自己自觉到的东西可能都是幻觉，但是我们唯一不能够怀疑的是“我们在怀疑”这件事本身。所以他说的最有名的一句话，可能大家都知道的，“我思故我在”，是他作为二元论的一个代表性说法。

在讨论二元论的时候，或者是在讨论身心关系的时候。二元论的一个很核心的困难是，如果说把心智和大脑作为分开的两个存在来讨论，大脑或者身体本身在我们这个物理世界里面，是有它的空间上的位置的。

但是心智（mind），这个在我们的物理世界里面并没有一个空间上的对应的东西。从简单的逻辑上来看，既然它没有一个对应的东西，“身”和“心”之间怎么能够互相起作用？从二元论的角度就不太能够解决这个问题。

我们从常识上可以理解，这个物理世界里面的事件，可以影响精神世界。比如说玻璃划破了脚这个物理世界的事件，会导致我们产生精神世界里面“疼痛”这种感觉；光线照到视网膜上，这个物理世界的事件可以产生我们精神世界的意识。这些都是从物理世界到精神世界的影响。

反过来，我们从常识上也可以理解，精神世界有可以影响物理世界的事件，比如说我想举起我的右手，紧接着我的右手就抬起来了，离开了桌面。一个想法变成一个物理世界里的具体行为。

这个到底是怎么实现的？我们其实并不是那么清楚。心智是怎么产生的（或者说把心智理解成意识），意识是怎么产生的，这个问题在我们整个科学领域里面被认为是最重要，可能也是最难的几个问题之一。

▲“Science”杂志封面，2005年7月1日

2005年，国际上最重要的一本杂志——《科学》（Science）列了21世纪125个最重要的问题，其中第一个最重要的问题是宇宙的起源，紧接着这个问题之后，就是意识的生物学基础这个问题。意识的生物学基础为什么会重要呢？我自己理解是意识赋予了我们人类生命的意义，如果说我们在这个世界上活了一辈子，但是没有意识，大家可以想象，这一辈子活得应该没有什么太大的意义。

我们在下一节里面会继续介绍：大脑是怎么控制我们的行为的，我们是如何理解大脑和意识之间的关系的？

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