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随着对人类大脑了解的不断加深，关于大脑的不可思议的发现也在不断累积。你可以想象科学家们要面对的研究对象是什么：当把作为我们高级神经活动中枢的大脑皮层拉直，它的尺寸和厚度大概和宴会上使用的餐巾一样。

大脑皮层有1千亿个脑细胞，每个细胞有1千到1万个神经突触，这样整个大脑皮层就形成了大概100万亿个神经联系。这些细胞分布在6个非常相似的大脑皮层，这些大脑皮层的不同区位完成不同的神经功能，包括视觉、听觉、触觉、平衡觉、运动觉、情感反映和所有其他的知觉功能。

然而研究者们对这些大脑现象是如何相互联系，以及大脑的电化学反应，还没有很好的研究范式。研究者们不知道这六层大脑皮质如何产生出自我的感觉；他们不能清楚地分离基因和生活经验在大脑形成过程中所扮演的不同角色；他们不能理解上百亿个神经细胞如何最终导致协调的、目标清楚的行为。

不过科学家确信自己至少已经解决了一个长期的疑难问题：现在大多数神经科学家确信心理活动和大脑是不能分离的。他们在大脑里发现了思维、欲望、语言、知觉意识及道德信念的生理基础，这一切使我们成为人类而区别于其他生物的心理现象都是产生于上百亿的普通平凡的神经细胞。神经科学家们并没有发现支持二元论的证据，也没有找到推动人类意识产生的“上帝的手指”。

那么神经科学家究竟做了些什么？用一个比喻来说明，他们像一个小孩子拆开了父亲的手表--样把大脑拆开，大脑的所有碎片都展现在他们眼前。确实有成千上万的线索可以解释大脑如何工作，但是如何把大脑的碎片还原成完整的大脑？怎样通过考察每-一个碎片来理解如此复杂的一个器官？或者，怎样综合不同层次的分析得出有价值的结论？一些脑活动发生的时间以毫秒计，而另外一些脑活动，比如长时记忆的形成，则需要数天甚至数周的时间。

神经科学家们需要研究的对象有分子、离子通道、单个的神经元、功能区、神经回路以及神经生化现象，还有神经干细胞和再生机制，而后者涉及到大脑如何随着经验而发生改变或者脑损伤如何复新的研究工具总是推动研究进程的强大动力。20世纪70年代末期，研究者们通常是把电极插入单个的脑细胞以测量神经细胞的活动模式。而到了90年代，他们发明了一种机器，可以在人们说话、阅读、赌博、解决道德两难问题，以及极度兴奋的时候把大脑的活动转化成图像。

尽管这样的研究很有新意，然而却在脑科学领域引发了一场激烈的争论：大脑是由分散的模块组成，还是大脑更接近于一种松散的组织，在需要的时候不同的神经功能区可以共同协作完成特定的任务？在描述大脑时，一些研究者认为语言功能、手臂活动或者面部辨认是由固定的大脑区域负责完成的，而另外一些研究者则认为这类功能区的定位是可以变通的。比如，人负责辨认人类面容的大脑功能区和鸟类专家辨认不同种类的鸟，汽车专家辨认不同型号的汽车的大脑功能区是同一个区位。

不过，这场辩论的双方都同意大脑的功能在一定程度上是先天决定的，尽管这种遗传的性质尚未确定。比如，大脑的表达基因有什么功能？基因如何影响行为？大脑的哪些方面是先天决定，哪些方面是后天形成的？文化在大脑形成的过程中扮演了怎样的角色？

尽管缺乏一个连贯一致的研究范式，科学家们仍然在描述大脑活动和行为的关系方面取得了进展。新的成像工具帮助他们了解人们在解决问题或者反省自己的感情时大脑的神经回路和脑活动模式。通过对老鼠大脑细胞基因表达的研究，研究者们能够开始了解看上去相似的神经细胞是否有不同的蛋白质构成和功能。一种利用磁性的装置可以安全暂时地刺激人类不同的大脑区域，从而观察那些区域所进行的脑电活动。

长期以来对大脑功能还存在着另外一个有争议的话题。在缺乏外界刺激的情况下，大脑的神经细胞仍然处于激活状态，充满了频繁的生物电化学活动。这让科学家们思考信息是如何在大脑中传播的。最让人兴奋的发现之一是最近对额叶的探索。额叶是位于大脑的前额靠后的大脑皮质区域，负责帮助人们完成社会化的一些功能，包括整合情绪、认知、错误检测、躯体、意志以及自我意识等功能。研究发现，似乎有专门的包含轴细胞的神经回路向大脑的其他区域传播这样的信息：哪些方面感觉正常，哪些方面感觉不正常。研究者们还发现了情绪状态是同时由躯体状态和大脑状态决定的，这使他们确定心身可以分离的假说是不可靠的。

有的科学家还研究了个体差异。是什么使一个人具有同情心而使另外一个人卑鄙？使一个人害羞而使另外一个人直率？基因与脾性到底有怎样的关系？幼儿的早期经历如何影响其大脑的形成？一种叫做镜像神经元的细胞似乎有助于婴孩模仿外界环境学习手势、面部表情、语言甚至情感。而脑化学的研究则包括了比过去更多的东西，研究诸如复合胺、多巴胺以及去甲肾上腺素等物质在学习、更新记忆和神经精神疾病中有至关重要的作用。

最后，我们不得不提到的是关于自由意志的问题。人类的一些行为是有意识的，但是大多数行为都是无意识的。所以我们不得不思考自由意志是否是一种幻觉？什么是意识？在求解这些问题的时候，科学家们又发现了一个新的神秘现象：很多科学家现在相信大脑的工作是基于模拟现实。视觉、听觉、触觉所获取的信息是以大脑所期待的一种模式进入大脑，而这种模式是大脑基于以前的经验和记忆形成的。