" 我是誰？"

基因組的不同，決定了一個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？

神經科學家認為，答案就在人腦神經元的所有連接之中。

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。只有纖長而柔美的枝條，生生不息地，以令人窒息的樣子，占領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 億顆種子同時被播下，長出這片黑暗森林，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執，所有的幽默和所有的憂傷，都來自這片森林。

你可能會訝異，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，它就生長在你的顱骨里。我所說的樹木，是一種特殊的細胞，叫作神經元。神經科學的目標，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

神經科學家們聽到了它們的話語，即大腦中的電信號。他們用精準的圖畫和照片，揭示了神經元的形態?？墒?，僅憑一些零散的樹，如何理解這整片森林？

17 世紀，法國哲學家和數學家布萊士 · 帕斯卡（Blaise Pascal）這樣形容宇宙的廣袤：

讓一個人拋開眼前卑微的事物，望望整個自然界的偉大和莊嚴。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，地球只是一個點。讓他驚訝，太陽的大圓，在天穹上那些星宿看來，也是一個微小的點。

這些想法使帕斯卡感到震撼，感到自己的渺小，他承認 " 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。每個人的顱骨當中，都坐落著一個宏偉的器官，這個器官，恐怕亦是無限復雜。

作為一名神經科學家，我切身地理解帕斯卡的恐懼。與此同時，我還體會到某種尷尬。有時我面向公眾，講述我們領域的進展，每次這樣的演講之后，我都會被大量的問題轟炸：是什么導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習更好？對于這樣的問題，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：" 對不起，你們以為我當教授是因為我知道所有的答案；但實際上，我當教授恰恰是因為我知道我有多么無知。"

研究一個像大腦這么復雜的東西，看起來幾乎是徒勞。大腦里面有上千億個神經元，它們就像很多不同種類、形態各異的樹。只有最富決心的探險家，才敢走進這樣的森林去看一看，但他們走進去之后，卻只能看到一點，而且看不清。毫無疑問，大腦仍是一個謎。且不說我的聽眾所好奇的大腦的疾病和特殊優勢，哪怕是最平凡的問題，我們現在也很難解釋。我們每天都要回憶過去，感知當下，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。

鑒于人類大腦的復雜性，有些神經科學家轉而去研究一些神經元特別少的動物。比如圖 2 中的蟲子，它并不具有我們稱為腦的器官，它的神經元分散在全身各處，而不是集中于一個器官中。它總共只有 302 個神經元，這些神經元組成了它的神經系統。這聽起來很容易研究，我相信即使悲觀如帕斯卡，也不會對秀麗隱桿線蟲（C. elegans，這是這種約 1 毫米長的蟲子的學名）的 " 森林 " 感到恐懼。

圖 2 秀麗隱桿線蟲

這種蟲子的每一個神經元都有特定的位置和形態，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模生產出來的一種精密機器：每只蟲子的神經系統，都由一套相同的零件組成，其中的每個零件，總是按照同樣的方式組裝。

此外，這個標準化的神經系統的結構，已經被我們完全測繪出來了。其結果就是圖 3，看起來很像航空雜志封底的航線圖。每個神經元都有一個由四個字母組成的名稱，就像每個機場都有一個三個字母的代碼。那些線段表示神經元之間的連接，就像航線圖中的線段表示城市之間的航路。如果兩個神經元之間有一個叫作突觸的交會點，我們就說這兩個神經元是 " 有連接的 "。通過突觸，一個神經元可以把信息傳遞給另一個神經元。

圖 3 秀麗隱桿線蟲的神經系統結構圖，或稱為連接組

工程師們都知道，要制造一臺收音機，就要把電阻、電容、晶體管這些電子元件連接起來。類似地，要組建一個神經系統，就要通過神經元的那些纖細的枝條，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，我們提出了一個新的術語：連接組（connectome）。這個詞不再是受電子工程師的啟發，而是受基因組學的啟發。你可能聽說過，DNA（脫氧核糖核酸）是一個由分子組成的長鏈條，這個鏈條上的每個點叫作核苷酸。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很長的字符串。這個字符串總共有大約 30 億個字符，如果寫成一本書，將有 100 萬頁的厚度，圖 4 展示了其中一個小片段。

圖 4 人類基因組的一個小片段

同樣，一個連接組，就是一個神經系統中，各個神經之間的連接的全體。這個術語與基因組一樣，意味著全體。一個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線路圖表示出來，就像那條蟲子一樣，但是你的大腦要復雜得多。那么，你的連接組，能夠說出什么有趣的事情呢？

首先，它能夠說明一個道理——你是獨一無二的。你可能會說，你早就知道這一點（那是當然），不過在以前，要想搞清楚你的獨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，這與那些蟲子的標準化連接組不同。從這個角度來說，每個人都是獨特的，但那些蟲子并不是。（我無意冒犯蟲子們！）

參差多態，乃是幸福本源。研究大腦的工作原理時，最讓我們感到有趣的就是，每個人的大腦運轉得竟然如此不同。為什么我不能像那個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？為什么我的小表弟產生了幻聽？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，正是因為連接組之不同。有些報紙的標題常常暗含著這個理論，例如《孤獨癥患者的大腦與常人不同》。連接組也許還能解釋個性和智商，可能還有你的記憶。你的記憶是你身上最為獨特的部分，而它們也許就編碼在你的連接組里。

雖然這個理論已流傳了很長時間，但是神經科學家們仍然不知道它是否正確，不過很顯然，這個理論的意義非常重大。如果它是對的，那么治療精神障礙的根本方法就是修復連接組。事實上，一個人的任何改變，比如提高素質、減少喝酒，或者挽救一段婚姻，其實都是對連接組的改變。

再來看一個不同的理論：心靈與思維之不同，是因為基因組之不同。簡而言之，你的基因組使你成為你?，F在這個時代，個人基因組測序已經不是什么難事，再過不久，就可以便宜又快速地測出我們自己的 DNA 序列。而且我們還知道，在精神障礙或者一些常見特質，比如個性和智商中，基因確實有其作用。那么，既然對基因組的研究已經如此深入，為什么還要研究連接組呢？

原因很簡單：單憑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，你就已經擁有了你的整個基因組，可是在那時，你并沒有對于初吻的回憶。你的記憶是在一生中不斷形成的，而不是先天就有的。有些人會彈奏鋼琴，有些人會騎自行車，這些都是后天學會的技能，而不是隨著基因而來的本能。

從你的母親受孕的那一刻起，你的基因組就已經固定了，但與此不同，你的連接組在你的一生當中始終在改變。神經科學家們指出了這些基本的改變是如何發生的。首先，神經元會調整彼此之間的連接，使它們變得更強或更弱，從而給這些連接重新賦予權重。其次，神經元還能創建新的突觸，或者去掉一個突觸，這樣它們就能重新連接，它們還能通過生長新的枝條或收回原有的枝條來改變連線的結構。最后，新的神經元會不斷地產生，舊的神經元會不斷地死去，這些會使連接發生重建。

我們還不知道你的生活經歷——比如你父母的離異，或者你傳奇的海外經歷——具體是如何改變你的連接組的。但是，有很多證據能夠表明，這四個 " 重新 " ——重新賦權、重新連接、重新連線、重新生成——會受到你經歷的影響。與此同時，四個 " 重新 " 也受基因的指揮?；虼_實會影響心智，尤其是在幼年和童年，大腦開始建立連接的時候。

連接組是由先天的基因和后天的經歷共同塑造的，要解釋大腦如何運轉，就必須考慮到這兩種影響和作用。" 連接組不同論 " 是兼容于 " 基因組不同論 " 的，只是比后者更加豐富、更加復雜，因為它考慮到了你活在這個世界上的后天作用。相比來說，連接組理論不那么具有命運色彩，因為它相信，我們的連接組可以由我們的行為和思維來塑造。大腦的連接結構，使我們成為我們，但反過來，我們也在影響大腦的連接結構。

這個理論總結起來就是：

你不只是你的基因組，你是你的連接組。

如果這個理論是正確的，那么神經科學最重要的目標就是去駕馭四個 " 重新 "。需要知道，連接組發生什么樣的改變，才能使我們表現出我們所希望的行為，然后需要開發出相應的方法，來制造這種改變。如果我們成功了，神經科學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，鑒于連接組的復雜性，這是一個艱巨的挑戰。秀麗隱桿線蟲只有 7000 條連接，但是測繪它的連接組卻花了我們 10 多年時間。而你的連接組的規模，是它們的 1000 億倍，其中的連接數量，是你的基因組字母數量的 100 萬倍。與連接組相比，基因組簡直就是小孩子過家家。

今天，我們終于具備了有力的技術和工具，能夠面對這項挑戰。配合最尖端的顯微鏡，我們的計算機能夠采集并存儲巨大的腦圖像數據庫，幫助我們處理和分析滾滾而來的數據流，從而測繪神經元之間的連接。依靠這樣的機器智能，我們最終看到了為難我們多年的連接組。

我相信，在 21 世紀結束之前，我們有機會測出人類的整個連接組。我們會從線蟲到果蠅，然后到小鼠，接著是猴子，最后會面對最終極的堡壘——人類大腦。當后代追溯我們這一系列成就時，一定會驚嘆這是多么重要的科學革命。

是否必須再等幾十年，連接組才能向我們透露一些關于大腦的奧秘呢？幸運的是，并非如此?，F在的技術，已經足以讓我們看到大腦的一個小局部的連接關系，而這樣的局部的知識，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，因為我們在進化上有很近的親緣關系。它們的大腦和我們的很像，而且很多運行原理是相同的，研究它們的連接組，也會給了解我們自己的大腦帶來許多啟發。

公元 79 年，維蘇威火山爆發，成噸的火山灰和巖漿掩埋了羅馬的龐貝城。龐貝城的時間凝固了，它從此長眠于地下，直至將近兩個千年之后，才被建筑工人意外發現。18 世紀的考古學家把它挖開，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、健身館、劇場，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節。

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。這項工作本來的名稱是神經解剖學，但我們可以把這項工作想象成大腦考古學：一代又一代的神經科學家，凝視著顯微鏡下那些冰冷的神經元的尸體，思考著它們的過去。一個死去的大腦，其中的分子被防腐藥水凝住，就像一座紀念碑，紀念那些曾經由它產生的思想和感受。在過去，神經解剖學的工作十分類似于通過硬幣、墳墓或陶罐之類的零散證據來重建一個古代文明，而現在，連接組就像龐貝古城一樣，是大腦的一個凝固的全景。這些全景使神經解剖學家獲得了革命性的能力，去研究和重構活體大腦的功能。

你也許會問，既然有很酷的技術能夠直接研究活體，為什么還要研究死去的大腦？假如有時間旅行，直接穿越到當年完好的龐貝城去看看，豈不是能夠了解更多？其實，未必如此。想象一下就不難發現，游覽和觀察一個活動的城市，存在很多限制。當你觀察一個活人的行為時，你就錯過了其他人同一時間的行為?；蛘吣憧梢酝ㄟ^紅外衛星圖片去觀察一個區域的平均活動情況，但就看不到更具體的細節了。因為這些約束，所以直接去考察一個活動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，同樣存在著這樣的限制。把顱骨打開，可以觀測神經元的形態和電信號，可是大腦有上千億個神經元，我們每次只能觀測極少的一部分。如果采用非侵入的成像技術，透過顱骨去觀測大腦內部，就沒辦法觀測單個的神經元，只能得到一個區域的形態和活動等粗糙的信息?；蛟S將來有一天，會有更先進的技術使我們突破這些限制，直接觀測活體大腦的每一個神經元，但就今天而言，這還只是一個幻想。研究活體大腦和死亡的大腦其實各有優缺點，在我看來，最好的方法是同時結合這兩種手段。

然而，確實有一些神經科學家認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科學的王道，他們的理由是：

你是你的所有神經元的活動。

這里的 " 活動 " 是指神經元的電信號。這些電信號能夠給出大量的信息，即神經元在任意時刻的活動，這些信息編碼了你在這一時刻的思考、情緒和感覺。

前面說過，你是你的連接組，現在這里又說你是你的所有神經元的活動，那么你到底是什么呢？這兩種說法看起來是矛盾的，但實際上它們是兼容的，因為它們涉及對自我的不同認識?；顒诱撍傅淖晕遥莿討B的自我，是時時在變的，可能現在很生氣，過一會又會變得興奮，然后去思考人生的意義，做些家務活，欣賞外面的落葉，再打開電視看球賽。這個自我是與意識分不開的。因為大腦的神經元活動始終在變化，所以這種自我的本質是變化不定的。

而連接組論所指的自我，是一種靜態的自我，就像你童年的記憶會伴隨你的一生。這種自我的本質——通常稱為個性——是穩定的，這個事實會讓我們的家人和朋友感到舒服。你的個性會表現在你的意識中，但是當你沒有意識的時候，比如睡覺的時候，你的個性仍然持續地存在。這種意義上的自我，就像連接組，隨著時間推移，只會有很緩慢的變化。這就是連接組論所指的自我。

在過去，意識的自我吸引人們做了大量的研究。在 19 世紀，美國心理學家威廉 · 詹姆斯（William James）提出了 " 意識流 "，即意識就像一條河流，始終在心靈當中流淌。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，神經活動才能夠流動，從這個意義上說，應該把它稱為 " 意識河床 "。

這是一個非常好的比喻。隨著時間的推移，水流也會慢慢地塑造河床，正如神經活動會塑造連接組。這兩種關于自我的不同概念，一種是快速移動、時刻在變化的河水，一種是穩定、緩慢變化的河床，其實是誰也離不開誰的。

作者簡介

承現峻（Sebastian Seung），美國普林斯頓大學神經科學研究所與計算機科學系 Anthony B. Evnin 講席教授，三星電子社長、三星研究院院長，連接組學領域先驅。