这个问题有很多事实基础不对。
大脑神经细胞原则上不替换,出生后只做减法。“原则上”是指有例外情况,加上这三字只为防杠。例外情况规模很小、很局部,不影响大脑整体生理特征,这里就不细说了。不替换的原因很简单,稍微描述神经系统一个局部的生理就可以类推。
鼻腔中的嗅觉感受神经细胞,在胚胎时期形成。刚形成的时候它的轴突还没伸出去。发育过程中,嗅觉细胞的轴突要逐渐延长,汇集成束,向脑的方向延伸。在脑的底部,轴突末端汇集到一个叫做“嗅球”的古老中枢神经结构,在这里完成连接和分区,然后嗅球的神经细胞再发出轴突,向更高级的脑皮层连接、映射,形成嗅觉。
这里问题在于:这个两级连接从鼻子到脑,轴突延伸长度达到几厘米,汇聚和分区都非常复杂,胚胎发育时鼻腔中细胞的轴突,嗅球细胞的轴突,它们怎么知道该往哪个方向长,跟谁连接?
答案是细胞内部靠定位:胚胎每个细胞出生时都像拿了一本手册,知道自己在哪里、该怎么长(不同的长法用基因的激活、时序和表达剂量规定,就像手册上的操作流程)。细胞外部靠化学信号梯度引导。胚胎发育过程中,细胞组织会有非常复杂的化学信号网(也是流程中各细胞分泌的),引导轴突向信号浓度梯度的方向延伸生长,直到连上它该连的细胞。这还是简单的外围神经系统。大脑内部的神经元连接情况比这更复杂,胚胎发育机制更不明。现在看来它也没法在胚胎阶段就实现高度的精确,而是先发育出一大堆轴突连接,出生后其中不断有神经元死亡,其中一些连接被废掉,形成更精确的连接网络。这就像先出粗胚,再精雕细刻。工程原理上显然更合理,通用性和适应性更强。
明白了它怎么长出来的,就很容易发现:只能在胚胎期施工。出生了系统就要上线工作了(实际上施工主体在出生前就结束,胎儿有一段上线工作时间),岂能容得轴突乱飞,化学信号泛滥?沿路的细胞组织也早就长好了各干各的事,岂能大家来迁就你一根瞎跑乱撞的轴突?
主网在出生前就建好了,不添加新的神经细胞,那么出生后大脑在发生什么变化?新思想、新记忆是怎么产生的?
简要描述:神经细胞会产生新的树突,跟已有的其它神经细胞的轴突接触,形成新的连接。对这些细胞生理不熟悉的,可以试试这个类比:网络干线建好了,上线之后不能再建。但是我们可以在身边墙上做更多的插座,插入更多的水晶头,把很多本地网线连上干线。
想想看,老的神经元死了,你怎么可能补一个代替它?它的轴突很可能从脖子拉到手指尖,一米多长!也可能从大脑的听觉区连到语言区,轴突混在脑白质那天文数字的轴突线缆堆里面!你怎么重新拉过去?就算你能拉过去,原先连接到哪里?原先一大堆跟它连接的细胞,连接现在都死了。那么都有谁谁谁,连了几个树突,什么时候连上的,连接对递质的敏感性怎样,哪里记载过吗?有谁给“新来的”留下了线路图?日志?
这些连接要素无法精确复制,新增一个神经元就毫无用处,只可能捣乱。所以神经元不替换,只会一批批死去。幼年时靠它们恰到好处的死去慢慢塑造心智,老年时也因为它们不可避免的死去慢慢丧失心智。
那么这个类比中谁是计算机?
没有计算机。这才是大脑机制高明到恐怖之处。神经元本身只是个网络组件,没有CPU,没有本地存储,只为生成和支持连接而存在。连接为传递神经冲动(电位形式)而存在。而神经冲动是个二值函数,只有冲动(1)和平静(0)两种状态。这些冲动在连接网络中的承继、分组、时序和互动,本身就是所有的数据。一切思想、记忆、灵魂、意识,都由这些连接承载。智能的实体,是无数连接构成的大网中,永不止息的冲动之潮。
现在倒回去想想这个问题该这么问吗。
想什么呢?
你的大脑就是在不断更新的。
很多人都知道,绝大部分的神经元是终生制的。
于是你便认为自己的思维和意识也不会改变,那就大错特错了。
首先,决定你记忆的海马体(Hippocampus),神经元并非终生制,是会不断更新替换的[1]。
更新过程中,旧的突触连接就断开,然后产生新的突触连接。
而你的意识和记忆,与神经元连接息息相关。
当然,你的记忆并不会随着旧的神经元消失而消失,因为大脑是通过改变同时活跃的神经元连接的强度来存储记忆的。当旧的突触连接断开,记忆可能会转移到新的突触连接中去。
但这个过程,你依然会丢失不少记忆[2]。
因为人脑的生物噪声极大,错误率极高。
拿电脑来举例,电脑信号能精准控制,误差小至1/42亿[3]。而人脑的误差却达到1%。
要知道,人脑的突触连接多达100万亿[4],信号传递频率是0.5~30HZ。
1%的比率,足以造成大脑的信息偏差。
所以人脑对算术的精准度不说和电脑比,甚至连计算器都远远不如。
但凭借巨量的神经元,复杂突触连接的大数据网络,人脑又具有超强的脑补能力。
但这样强大的脑补能力,也会出现巨大的偏差甚至严重事故。
导致你脑补出了根本不存在的事情:如记忆错误,甚至虚假记忆。
例如,和朋友聊起某一件事情,你觉得自己见到了、听到了、闻到了,但朋友却没有经历过,简直咄咄怪事,你以为自己脑子有毛病(人家真没毛病,只是常规改数据而已)……
你以为大脑仅仅只是改变记忆存储数据,那就更天真了。
人刚刚出生的时候,大脑就是一个空白盘。
一落地,眼耳口鼻舌就会接触到各种各样的光色、声音、味道等等,然后转化成各种信息进入大脑。你那颗350毫升的幼小大脑,神经元啪啪啪的就是各种连接。
它每秒钟就可以产生100万个新的神经元链接。
一开始你的记忆也短至5秒钟,直到神经元链接更加牢固之后,记忆才逐渐延长。
6个月的时候,少部分记忆已经能持续1个月之久。但绝大部分的记忆还是随着神经元连接的变化逐渐消失了。
到了2~3岁之后,你便有了此生最为复杂的突触连接,达到成年的2倍。
简直人生赢家,有没有?
看看这冗杂的链接,闪烁你躁动的好奇和探索欲望,思维总是充满跳跃,做什么都是3分钟热度。
这么混乱的突触连接,应该怎么处理?
当然是剪掉了。
修剪过花草的都应该知道怎么剪。
所以这个修剪过程,也有了形象的名字,就叫突触修剪(synapse pruning)[5]
几年时间,就咔咔咔剪掉大脑所认为的一些垃圾信息。
当然包括,你可能认为比较珍贵的记忆,例如,你幼儿园初恋的样子。
从6岁开始,大脑的突触连接会明显减少:
通常来说,正常人的最早的记忆能追溯到3~4岁,只有极少数人能追溯到1岁。
这便是童年失忆症(childhood amnesia)。
突触的修剪过程,就是这么无情。
当然,这是有利于进化的。
多伦多大学曾做了一个这样的实验,他们不停地电击老鼠,让老鼠产生恐怖记忆。然后他们再让一些老鼠去踩车轮。过了一段时间之后,再把这些老鼠放到电击的环境中去。相比起没有踩过车轮的老鼠,这些老鼠已经基本忘记了电击的恐惧。
在人的一生中,大脑的神经连接总是在不断的改变,不仅要剪除不必要的垃圾信息,也需要屏蔽掉那些不利于我们精神健康的信息或记忆。
我们可以理解这是在清理垃圾+磁盘整理。
除此之外,神经元连接,还有很强的突触可塑性(Synaptic plasticity)
突触可塑性分为:
这里的可塑性,是指可以抑制或者增强。
无论长期还是短期,都能影响到一个人的学习和记忆。
例如,海马体的长期抑制,对清除过去记忆有重要作用,长期增强又能强化记忆。
这也是为什么你反复学习,你的水平和技艺就会逐渐增强。哪怕你长时间不再接触,也会长久存在。当然,大脑是一个超级节约的系统,你长期不用,也会慢慢被修剪掉。只不过神经记忆能够帮助你在短时间适应并快速恢复。
大脑神经随着时间的变化,不仅影响记忆和学习能力,同样影响思维和意识。
在青春期时,大脑前额叶也会经历一次大范围的突触修剪[7]。
于是你就中二了。
地球为了旋转,太阳为你东升西落。
经历这段时间之后,你不仅记忆和以前有所不同了,甚至连你的性情都不一样了。
最后,你的大脑保留了更理智的连接,剪除了躁动的青春,于是你成熟了。
这是因为前额叶掌管着我们的情绪和认知,做了前额切除手术的人,才会变成白痴。
如果青春期不小心剪错了,在未来便很容易发生精神性疾病[8]。
从意识和思维的角度来说,刚出生的你和即将走完人生的你,是截然不同的(不考虑遗传因素)。
那么,你就不是你了吗?
当然还是。
你之所以认为你是你,源于意识和记忆的连续性,而不是现在和过去某一刻变化的差距。
如果一个人能活1000岁,大脑一直维持在青春期的变化速度,那么1000岁的时候看待14岁,可能会发出灵魂拷问:这个SB竟然真的是我?
当然,不排除有人不到30岁就能发出如此灵魂拷问。
从某种意义上来说,哪怕你现在的意识和思维不变,但完全改变你的童年记忆,例如不同的出生、父母、学校、班级,那么你就会认为自己是另外一个人。