道格拉斯.福克斯

早在19世紀，諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主西班牙科學家圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾便繪制出了昆蟲的神經(jīng)解剖圖。蜜蜂的大腦僅有幾毫克重，卻可與哺乳動物一樣執(zhí)行某些任務(wù)，比如為同伴帶路、建造家園。蜜蜂的能力雖然受到神經(jīng)元數(shù)量的限制，但它們卻可將神經(jīng)系統(tǒng)的功能發(fā)揮到極致。

大象大腦體積是蜜蜂的500萬倍，但運行效率極其低下。神經(jīng)信號從大腦的一端傳到另一端，以及從大腦傳到腳趾間所需要的時間，均是蜜蜂的100倍。

人類的大腦可能不像大象或蜜蜂那么極端，但人類智力同樣受到了物理定律的限制。有人或許認為，只要通過進化，我們大腦中的神經(jīng)元數(shù)量變多，或者神經(jīng)元之間的信息交流速度加快，我們就會更聰明。但若匯總新近的一些研究，你會發(fā)現(xiàn)，如果大腦真朝這個方向進化，很快就會觸到物理極限。

越大越靈？

從直覺上來看，要使腦力變強，最明顯的方法就是增加大腦容量。然而，大腦容量的大小顯然并不是決定智力高低的唯一因素：牛的腦體積是老鼠的800倍，但牛并不見得比老鼠聰明多少。

大腦越大，神經(jīng)回路越多，每個神經(jīng)信號能攜帶的信息就更多，神經(jīng)元每秒鐘的放電次數(shù)就不必那么頻繁。但如果為了提升智力而無限制地增加新生神經(jīng)元，大腦的負擔也會增加。最明顯一點就是能耗增多。人類大腦僅占人體重量的2%，但即便在我們休息時，它所消耗的能量也占到人體總能耗的20%。在新生兒中，這個比例更是達到驚人的65%。

科學家發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元確實會隨著腦容量的增大而變大，但神經(jīng)元之間卻并不能迅速建立連接；神經(jīng)元連接點也確實會增粗，但增粗速度卻不足以彌補傳導路徑變長導致的信息傳遞延遲。換句話說，腦容量增大的那部分更多是用于建立神經(jīng)元間的連接，而不是真正為負責處理信息的神經(jīng)元提供空間。

物理極限

如果神經(jīng)元之間以及腦區(qū)之間的交流是限制智力發(fā)展的瓶頸，那么朝著小型化方向進化應該會構(gòu)成一個更聰明的大腦吧？

但是，還有種東西的存在使神經(jīng)元無法變小，你可以把它稱作“終極局限”：這就是離子通道，神經(jīng)元用來產(chǎn)生電脈沖的那些蛋白質(zhì)，它們天生就不穩(wěn)定。

離子通道都是微型閥門，當它們打開時，鈉、鉀、鈣離子會通過細胞膜，進入神經(jīng)元，產(chǎn)生電信號，神經(jīng)元之間才能交流。然而科學家們發(fā)現(xiàn)離子通道的開或關(guān)完全是隨機的，會產(chǎn)生一些無意義的神經(jīng)“噪音”。

聽起來，這像是一個可怕的進化缺陷，但實際上，這是一種折中方案?！叭绻ǖ捞?，會產(chǎn)生很多‘噪聲，使它會不停地開開關(guān)關(guān)；但如果通道太緊，卻需要耗費更多能量才能控制通道的開關(guān)?！睋Q言之，神經(jīng)元用這種“一觸即發(fā)”的離子通道來節(jié)省能耗，其代價是通道不穩(wěn)定。所以，神經(jīng)元上必須保持足夠多的離子通道，以某種“民主投票”的形式（多數(shù)通道保持一致才能決定開關(guān)）來保證相對穩(wěn)定。

目前，在大腦中，最細的神經(jīng)元連接點上，可能發(fā)出的噪音信號已經(jīng)達到每秒6次，如果再將它們的直徑哪怕縮小一點點，離子通道再少一點點，它們發(fā)出噪音的次數(shù)就可能超過每秒100次。所以說，我們大腦神經(jīng)元的直徑，已經(jīng)非常接近物理極限。

進化困境

信息、能量和噪聲之間的這種最基本的折中方案并不限于生物學。從光纖通信、無線電傳輸?shù)诫娔X芯片，這種機制都適用。晶體管的作用和離子通道類似，同樣控制著電信號的通道。幾十年來，工程師設(shè)計出的晶體管越來越小，塞在芯片上的晶體管越來越多，計算機的運行速度也越來越快。在最新一代的芯片上，晶體管的直徑是22納米。在這種尺度下，在晶體管中均勻摻入硅元素已經(jīng)變得非常困難。當晶體管的直徑持續(xù)變小時，穩(wěn)定性最終會無法保障。

這時，工程師也許會回到繪板，用一種全新的技術(shù)重新設(shè)計芯片，以避開當前的這種限制。但生物進化不可能重新開始：它必須在既定規(guī)則下，使用在過去5億年里出現(xiàn)的“零件”來進行。“不能退換，只能修補”——這是我們無法擺脫的困境。

此外，還有一個原因讓人懷疑人類大腦能否通過一次進化上的飛躍變得更聰明。地球生物本來有很多進化方向可以選擇，但6億年后，蜜蜂、章魚、烏鴉和聰明的哺乳動物雖然長得千差萬別，但它們視覺、聽覺、嗅覺、情景記憶和方向感背后的神經(jīng)回路構(gòu)成卻驚人地相似。這種進化上的趨同性說明，解剖學或生理學上的某種解決方案已趨近成熟，很少有改進的余地了。

突破方向

那么，在現(xiàn)有構(gòu)建模塊下，我們大腦的復雜程度是不是已經(jīng)觸碰到物理極限？科學家指出，大腦功能可能受到了一些硬性限制，如同光速受到的限制一樣?！熬秃孟衲闩龅搅耸找孢f減規(guī)律”，“雖然投資得越來越多，但收益卻越來越小”。我們的大腦中僅能容納這么多神經(jīng)元，神經(jīng)元之間只能建立這么多連接，這些連接每秒鐘所能承載的電信號也就這么多。而且，如果我們的體形和大腦變得更大，我們會在能耗、散熱上付出更多代價，神經(jīng)信號從一個部位傳到另一個部位也要浪費更多時間。

盡管如此，除了進化之外，人類可能還有更好的智力提升方法。畢竟，蜜蜂和其他群居昆蟲做到了這一點：蜂巢里的蜜蜂們行動一致，形成了一個集體，而集體智慧要大于單個蜜蜂的智慧的總和。人類也是如此，通過社會交往，我們已經(jīng)學會了將自己與他人的智慧融和起來。

而且，我們還有科學技術(shù)。幾千年來，書面語言讓人們可以在體外儲存信息，不再局限于大腦記憶。也許有人會說，互聯(lián)網(wǎng)將會終結(jié)智力向體外擴展。從某種意義上講，這可能是正確的，就像有些人說的那樣，互聯(lián)網(wǎng)使人變得愚鈍：人類的集體智慧——文化和計算機——可能最終會削弱個人智慧向前發(fā)展的動力。

（摘自《光明日報》2011年7月30日，西米繪圖）