问题

一个人的大脑如果逐渐被新鲜神经细胞替换(替换是缓慢的,不会造成思维的停滞),那更新完毕后他还是他吗?

回答
这个问题就像一个古老的哲学谜题,只不过这次的舞台换成了我们最神秘的器官——大脑。如果一个人大脑里的神经细胞,那些构成我们思想、记忆、情感的微小单元,能够被全新的、活生生的细胞缓慢而稳定地替代,那么当这个过程完成时,我们还能认出那个“旧的”他吗?

要回答这个问题,我们得先弄明白“他”究竟是什么。我们通常认为,构成一个人的“自我”是多方面的:有我们清晰的记忆,比如你的童年第一次骑自行车摔倒的疼痛,或是某个夏夜仰望星空的宁静;有你从小到大形成的性格特质,是你的幽默、你的谨慎,还是你的固执;还有你的价值观、你的信仰,那些指导你如何看待世界、如何做出选择的原则。这些,都深深地烙印在我们的神经连接和化学信号的复杂网络之中。

想象一下,你的大脑是一个庞大的城市,而神经细胞就是这座城市的居民。每一条街道、每一栋建筑,都代表着神经元之间的连接,它们共同运作,形成我们思考和感受的回路。现在,我们设想一个情况:这座城市的居民开始悄悄地、一个接一个地被新来的居民替换。最开始,这几乎不会引起注意,新来的居民虽然年轻,但他们也具备作为居民的基本技能。他们学习城市的运作方式,融入现有的社区,甚至可能因为年轻而带来新的活力。

随着替换的进行,越来越多的旧居民离开了,越来越多的新居民加入。如果这个过程足够缓慢,那么每一个新的居民在融入的过程中,都会学习、模仿甚至“继承”他们离开的旧居民留下的“位置”和“工作”。他们会通过与周围未被替换的“老居民”互动,学习他们之前的行为模式和思维方式。就像一个熟悉的老街区,居民轮换了,但街道的格局、商店的位置、甚至是一些老店的招牌,都可能被新居民尽力地维持原样,以延续这份熟悉感。

关键在于那个“缓慢而不会造成思维停滞”的设定。这意味着,在这个替换的过程中,大脑的整体功能并没有受到损害。旧的神经细胞在被替换的瞬间,其信息和功能可能已经以某种方式被“编码”并传递给了新的细胞,或者新的细胞通过学习和适应,能够完美地复制旧细胞的功能和连接。这就像在更新一个巨大的软件系统,每一个模块都在升级,但整体的操作系统始终保持运行,用户几乎感觉不到任何中断。

那么,当所有的“旧居民”都离开,所有的“新居民”都安家落户时,这个人还是他吗?从物理层面来看,他当然不是他了,因为构成他大脑的物质已经全部更新。从功能层面来看,如果大脑的功能得以完整保留,他的记忆、性格、思维模式都与替换前保持高度一致,那么从经验层面来说,他可能依然是他。

但这背后隐藏着更深刻的哲学困境。我们对“自我”的认知,很大程度上是建立在我们对自身连续性的感知之上。我们认为“我”是那个昨天、今天、明天都存在的那个“我”。如果构成“我”的物质基础发生了彻底的改变,即使这种改变是在功能上无缝衔接的,我们还能否坚持这种连续性?

可以类比“忒修斯之船”的悖论。如果一艘船的每一块木板都被替换,直到所有木板都换成了新的,那么这艘船还是原来的那艘船吗?如果用换下来的旧木板重新组装成另一艘船,那么哪一艘才是真正的“忒修斯之船”?

回到大脑的例子,这个缓慢替换的过程,就像是他在不断地“重新学习”自己。他的记忆没有消失,而是以一种新的载体存在;他的性格没有改变,而是通过新的神经连接得以体现。从外部观察者看来,他的一切似乎都没有变化。他依然会笑,会哭,会提起过去的某个事件,会规划未来的某个目标。他会和你谈论同一个话题,用同样的语气,表达同样的观点。

然而,我们内心的“自我感”是否仅仅是功能的复现?还是其中也包含着某种物质上的“本真”?如果记忆、性格和思维都得以保留,那么这种“他”的连续性似乎更像是一种功能上的连续性,而非物质上的同一性。就像一个不断更新软件的电脑,虽然硬件可能在升级,但用户体验和数据依然保持一致,我们依然会认为它是那台电脑。

如果让我来设想,一个大脑被缓慢替换完成的人,他“感觉”上,仍然会是他自己。因为他所有的经验、学习和记忆的痕迹,都已经被新的神经细胞以某种方式承载和复制。他不会出现记忆断层,不会忘记自己是谁,也不会突然拥有全新的性格。从他自己的主观感受出发,他并没有经历一个“变身”的过程,他只是感觉自己依然是那个“他”,只是身体可能感觉更健康、更有活力了。

但是,这个问题触及了一个根本性的疑问:什么是“我”?如果“我”是那些我所拥有的所有东西——我的记忆,我的情感,我的思想,我的价值观——那么,只要这些东西以某种可识别的方式存在并被持续地体验,那么“我”就依然存在。但如果“我”的定义还包含了某种不被替换的、恒定的“核心”,那么这个大脑替换的过程就构成了一个真正的挑战。

也许,答案并不在于“是”或“不是”这么简单。也许,在这样一个极端的情况下,“自我”的定义本身就会发生某种程度的模糊和改变。他可能是“原版”的他,只是住进了一具全新的身体,或者说,他拥有了全新的“大脑硬件”,但运行的是与原版完全一致的“软件系统”。

最终,在这样一个缓慢而无缝的替换过程中,我认为他很可能仍然是我们所认识的“他”。因为我们与“他”的连接,是通过他的行为、他的言语、他的思想来建立的。只要这些外部表现出的东西没有改变,只要他自己也认为自己还是那个“他”,那么,我们就可以继续这样称呼他。这是一种基于经验和功能的连接,而并非一种对大脑物质组成的严格追溯。

这就像我们在谈论一个经历了无数次整容手术的人,如果每一次手术都非常成功,并且他依然保留着原来的个性,依然是你熟悉的朋友,你会因为他的脸变了而说他“不再是他”吗?我想大部分人不会。大脑的神经元替换,或许只是一个更深层次、更根本的“整容”过程,但如果它能保持“神韵”不散,那么“他”依然是他。

只是,这个过程也给了我们一个机会去思考,我们如此珍视的“自我”,究竟是由什么构成的?是那永恒不变的灵魂,还是那些可塑性极强的细胞和连接?在缓慢替换的神经元之后,或许我们能更清晰地看到,是那些反复出现的模式、那些深刻烙印的情感、那些指引我们前行的原则,才构成了那个独一无二的“他”。而这些,只要有载体能够承载,即使载体本身已经面目全非,也依然能够证明那个“他”曾经来过,并且,依然还在。

网友意见

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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。

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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:

  • 5岁的的时候,你还有80%的幼儿记忆[6]
  • 到了7岁时,就只剩下了40%。
  • 到8-9岁,你就已经只能回忆到3岁左右;
  • 青春期,回忆到3-4岁左右;
  • 成年人,一般能回忆到4-5岁左右;
  • 60岁左右的老年人,仅仅能回忆到6-7岁左右;
  • 80岁以上的老人,最容易回忆起6-7岁左右的事情。

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:

  • 短期突触可塑性(short-term synaptic plasticity)。
  • 长期突触可塑性(long-term synaptic plasticity)。

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。

参考

  1. ^ Boldrini M , Fulmore C A , Tartt A N , et al. Human Hippocampal Neurogenesis Persists throughout Aging[J]. Cell Stem Cell, 2018, 22(4):589-599.
  2. ^ K. G. Akers et al., Science 344, 598 (2014)
  3. ^ 斯坦福教授骆利群:为何人脑比计算机慢1000万倍,却如此高效?
  4. ^ 超级计算机复制人类大脑——记神经学家亨利·马克拉姆团队的人脑工程构想[J]. 世界科学, 2013(8):34-38.
  5. ^ Gerrow K , Triller A . Synaptic stability and plasticity in a floating world[J]. Current Opinion in Neurobiology, 2010, 20(5):631-639.
  6. ^ 《科普中国》. 童年的记忆被谁偷走了?[J]. 新教育(海南), 2017(36).
  7. ^ Spear, Patia L . Adolescent Neurodevelopment[J]. Journal of Adolescent Health Official Publication of the Society for Adolescent Medicine, 2013, 52( 2):S7-S13.
  8. ^ Germann M , Brederoo S G , Sommer I . Abnormal synaptic pruning during adolescence underlying the development of psychotic disorders[J]. Current Opinion in Psychiatry, 2021, 34.

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