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它使我们人类成为地球上最强大的生物；它使我们能够统治自然界；它赋予我们强大的适应能力，使我们能够离开我们居住的星球而进入太空去冒险。人类努力所获得的成功都来自我们身体中最神秘的部分，而它同时又在支配着我们的生活方式。
精密的构造
人类大脑的构造极为复杂，一直以来，科学家们都在努力地去了解大脑。古希腊哲学家亚里斯多德相信大脑协助控制身体的温度，认为鼻子流出的鼻涕是大脑泄漏出来的冷却液。现在我们有理由对此感到好笑，但亚里斯多德却是第一位严肃思考人体尤其是大脑的构造及其是如何工作的人。
大脑的构造极为精密复杂，它有类似核桃一样的皱褶，并且拥有数量惊人的1000亿个神经元。如果把所有的神经元汇聚到一起，它们所产生的电流足够点亮一个家用电灯泡。每个神经元的分支都与相邻的其他神经元相连接，至今我们还很难理解所有这些连接的确切规模(图1)。
那么，在大脑内部究竟发生了什么呢?这是一个十分吸引人的非常复杂的故事。一个独立的脑细胞或者神经元是大脑的微型结构单元，它们会发出电子脉冲，电流沿着神经元以每小时400公里的速度前进，从而产生我们的思维。进入大脑的深处，沿着一个神经元前进，到达与它相邻的另一个神经元的结合点，令人奇怪的是神经元之间的结合点并没有出现物理上的连接，它们之间有一个微小的缝隙。为此，神经元每次发出脉冲都会释放出极微量的化学物质作为媒介跨越这个间隙实现真正的连接，影响着我们的思维，这种在大脑中流动的化学物质的混合物保持着一种精密的平衡，保证了神经元之间的连接。
然而控制大脑活动的这种化学物质很容易受到诸如酒精的破坏。人类饮酒已经有数千年的历史，令人惊讶的是直到最近几年科学家们才准确地发现了酒精是如何作用于大脑的。当酒精进入人体后，经过一系列的化学反应产生了一种被称为脂肪酸的化合物，由于脂肪酸充斥于神经元的表面，导致大脑内的化学物质的平衡被打破，结果影响了大脑控制讲话、情绪和记忆的部分，使大脑的反应变得迟钝。
我们可以这样描绘一个进化了的大脑的详细蓝图：小脑负责无意识的行为，大脑的后部负责视觉，前部的皮层负责记忆，甚至有一个特别的位置负责语言，而另外一个负责社会的技巧。当我们在听音乐时，大脑的一个部分是处理所有声音的地方，而这个部分是识别音乐的。令人惊异的是甚至对曲调也有独立的部分专门负责(图2)。
惊人的进化
要了解人类的大脑是如何迅速的增大是困难的。从我们的类似无尾猿的祖先到具有发达大脑的现代人之间经历了大约250万年。其实，这个看起来似乎很漫长的时间从进化的角度来说是非常短暂的。
当人类祖先的大脑能力提高时，他们不仅用大脑来观察这个世界，而且也发明新的方法来改造这个世界。一群黑猩猩会使用19种不同的工具来获取食物，可以说明这一点。
在东非大裂谷，考古学家们发现了200万年前人类祖先制造的石斧。这些石器与一些动物的遗骸比如一头大象的遗骸在一起，大象的骨骼还留下明显被切割的痕迹。显然，早期的人类为制造一件完美的工具，经过了相当多的练习，大脑能够很好地控制住手以便从一块石头上敲下一个薄片制成工具(图3)。
大脑和身体的其他部分在进化过程中始终是相互促进的，当一个处于领先时就促使另一个的进化，尤其是手指和大脑相互促进进化更为显著。非洲东部发现的350万年前最早的人类足印，证明两腿站立促进了人类手指等身体的进化，手的进化又反过来促进大脑的进化。
黑猩猩不能制造石斧，因为除了它的大脑进化不够发达之外，它的拇指相对很短，这使它只能使用一些最简单的工具而无法使用复杂的工具。但经过了几十万年的进化，人类的拇指变长形成了对生拇指，这使得人类能够用拇指和食指进行精确的握持，极为灵活地操纵物体。
飞行员玛沙·埃文斯利用她的手指精确地控制能力来对飞机进行安全检查。她甚至凭着手的触摸就能感觉到一些肉眼发现不了的问题。她手指的灵敏的感觉来自指纹的凸起和凹槽。人类手指的这些凸起也使人们有更好的握持力，尤其是在有水的情况下就如同汽车轮胎的纹面起到防滑的作用一样(图4)。
人类大脑的进化使人类完善了一种特殊的技巧：把混乱变得有序。为了生存，人类的大脑学会了把东西按照类型区分，如含有咖啡因的和不含有咖啡因的，是肯尼亚人还是哥伦比亚人。并且学会了分辨哪些植物是有毒的，哪些是可以食用的。
在科技发达的今天，一些最具原始能力的手段仍然发挥着独特的作用。在干燥的季节里，森林大火掠过澳大利亚北部的一个公园，公园看守人菲利普·埃德森点燃一小片可控制的火区来阻止正在接近的大火的蔓延，这叫做反向燃烧。这种方法已经被土著人非常成功地运用了几千年。菲利普·埃德森说：当大火从前方过来时会产生强风和无数小旋风。我们可以利用这些风来进行反向燃烧以阻止它继续蔓延。实际上，这种方法是从人类祖先那里继承下来的，因为了解和控制自然界的能力是人类生存的关键。总之，人类的大脑是一个进化的奇迹(图5)。
强大的功能
我们人类的大脑如此强大，它比人体的其他器官要消耗更多的能量，这使得头部比人体其他部位的温度都要高。
大脑的每一组神经元都具有不同的职责。我们能够学习新的知识并能自觉地运用它的原因依赖于被称为小脑的部分。小脑储存着我们所有学会的熟练的技能，例如骑自行车，弹钢琴，甚至修理卫星。
就拿航天员来说，他们要在地球上反复练习，直到能够不需思考就能自如地进行操作。一旦对一个技巧熟练地掌握了，小脑就能自动接管，形成习惯。当一个想法出现时小脑就开始发出指令要求身体的其他部位去完成这个动作。比如航天飞机舱室的顶部有一个如同人类的手臂一样灵活的机械手，航天员通过练习，使用这个机械手臂就像使用自己手臂一样自如，当你想取东西时就很自然地伸手操纵机械手臂使之做出相应的动作，其中的秘诀是大脑已经熟练地控制了机械手(图6)。
人类还有一个很奇妙的能力，能够将所有的工具成为手臂的延伸。外科医生运用他们小脑的控制来为病人进行内窥镜手术。医生根据在屏幕上看到的影像来协调他们做手术就显得相当简单，这是因为他们有意识的小脑完全接管了这项工作。
人类拥有强大的视觉能力，其实眼睛只是外在的，实际上我们是用大脑来看见东西的。让人惊讶的是我们的大脑有1／4是服务于视觉的，位于眼睛后部的视觉神经延伸到达头的后部。眼睛看见的只是第一步，大脑做了绝大部分的实际工作。飞行员玛沙·埃文斯说：我的招牌式飞行是不去看一大堆仪表盘，就能够说出当我接近地面时飞机降落的速率，我是通过经验 来知道的。我会定期检查高度表、空中速度以及垂直速度指示器来获得信息，但在大多数情况下是通过观察飞机移动时的形状变化和它的颜色等等来确定的。令人惊讶的是所有这些图像的内容都经过我们强有力的大脑分别处理，组合成完整的视觉(图7)。
大脑有强大的记忆力，一个正常的普通人的大脑大约能够存储100万条不同的信息，并且分为暂存记忆和长期记忆。暂存记忆通常只持续几分钟，就像一个心理上的黑板报只能储存少量的信息。比如记起你几分钟前看到的一条鳄鱼，或者把笔记本放在哪里了。大量的暂存记忆会很快消失。
但长期记忆就完全不一样了，为确保记忆能够长时间的储存，大脑专门有一个储存记忆的特殊功能：当你的某个记忆被一遍又一遍地想起，这个记忆就会被转移到大脑皮层——一个覆盖了大脑前部的皱褶部分长期储存记忆的地方。不过，这些记忆如何能够长期保存至今我们仍然没有完全了解。最好的解释是这些记忆是由很多不同的神经元来共同完成的，在这些神经元之间的分支连接反复地被强化着，结果我们就能够记忆自己的家人和朋友，以及生活中的重要事件。
有一个不可否认的事实是少数人拥有远远超过普通人的记忆能力。在伦敦举行的第十三届头脑奥林匹克运动会上，参赛者中有音乐节目主持人、救火员、海军军官和一群普通的学生，他们都能够记忆数千个数字。为此美国国家卫生研究院花费了3年时间试图找出这些人的大脑有什么不同：最终得出的结论是他们与常人并没有什么不同，更没有视觉记忆这样的特异功能。他们与常人的惟一区别是经过了常人也可以做到的记忆训练。
多米尼克·奥布莱思在这次比赛中又获得了胜利，他的秘密是什么呢?多米尼克·奥布莱恩说：如果面对一个一百位的数字，我会把它按顺序每两位分成一组，并赋予它一个特征。例如100799这个数字中的10是达德利·摩尔，07是罗杰·摩尔，99就是怀皮先生牌的冰淇淋。这就意味着关于数字100799可以记忆为达德利·摩尔遇见了罗杰·摩尔想要一份冰淇淋。事情就这么简单。显然多米尼克·奥布莱思将数千个抽象的毫无意义的数字，随机转换为他大脑里储存的更容易理解的故事。
大脑最艰苦的任务是如何处理人类社会。也许与他人相处和融入社会的能力是人类大脑进化背后的主要动力。这一点有着特别重要的意义，因为古人在生活中遇到的最复杂的事情不是工具和食物，也不是难以对付的食肉动物，而是区别于自己的另外一个人。他要找出他人的动机并去说服他们并与之成为朋友而不是敌人。所有这些都需要运用大脑去努力工作。这样一来，科学家们发现，一个动物所处的社会团体越复杂，它的大脑就会越发达。而在所有的动物中人类的社会是最复杂的，人们要竞争成为第一，永远会遇到复杂的挑战。因此，不停地运用大脑并促进了大脑的发达(图8)。
但是，我们发现仍然有一些东西在大脑的地图中找不到，这种神秘的东西被科学家们称为“意识”。意识是大脑中最伟大的特性。实际上意识很难被定义，但它本质上是我们的思维和感觉的能力，对每一个人来说就是拥有自己的个性。缺少了意识我们将形同行尸走肉。实际上是大脑的所有元素协调工作，大脑的更高级的能力——记忆、感觉和情绪毫无缝隙地融合成一个完美的整体，才构成了我们的意识。意识让我们能够欣赏生活中更伟大的东西，如爱，艺术，科学和信仰等等。意识使我们大脑不只是微小的灰色细胞的集合和电波，它是真正让我们成为人的东西。
虽然我们对于人类的大脑已经有了不少的认识，但直到今天人类的大脑仍然有许多无法回答的秘密。科学是探索人体的最有效的方法，对于包括产生于大脑的属于精神上的神秘的意识，还有待于人类用科学的方法继续去探索。
精密的构造
人类大脑的构造极为复杂，一直以来，科学家们都在努力地去了解大脑。古希腊哲学家亚里斯多德相信大脑协助控制身体的温度，认为鼻子流出的鼻涕是大脑泄漏出来的冷却液。现在我们有理由对此感到好笑，但亚里斯多德却是第一位严肃思考人体尤其是大脑的构造及其是如何工作的人。
大脑的构造极为精密复杂，它有类似核桃一样的皱褶，并且拥有数量惊人的1000亿个神经元。如果把所有的神经元汇聚到一起，它们所产生的电流足够点亮一个家用电灯泡。每个神经元的分支都与相邻的其他神经元相连接，至今我们还很难理解所有这些连接的确切规模(图1)。
那么，在大脑内部究竟发生了什么呢?这是一个十分吸引人的非常复杂的故事。一个独立的脑细胞或者神经元是大脑的微型结构单元，它们会发出电子脉冲，电流沿着神经元以每小时400公里的速度前进，从而产生我们的思维。进入大脑的深处，沿着一个神经元前进，到达与它相邻的另一个神经元的结合点，令人奇怪的是神经元之间的结合点并没有出现物理上的连接，它们之间有一个微小的缝隙。为此，神经元每次发出脉冲都会释放出极微量的化学物质作为媒介跨越这个间隙实现真正的连接，影响着我们的思维，这种在大脑中流动的化学物质的混合物保持着一种精密的平衡，保证了神经元之间的连接。
然而控制大脑活动的这种化学物质很容易受到诸如酒精的破坏。人类饮酒已经有数千年的历史，令人惊讶的是直到最近几年科学家们才准确地发现了酒精是如何作用于大脑的。当酒精进入人体后，经过一系列的化学反应产生了一种被称为脂肪酸的化合物，由于脂肪酸充斥于神经元的表面，导致大脑内的化学物质的平衡被打破，结果影响了大脑控制讲话、情绪和记忆的部分，使大脑的反应变得迟钝。
我们可以这样描绘一个进化了的大脑的详细蓝图：小脑负责无意识的行为，大脑的后部负责视觉，前部的皮层负责记忆，甚至有一个特别的位置负责语言，而另外一个负责社会的技巧。当我们在听音乐时，大脑的一个部分是处理所有声音的地方，而这个部分是识别音乐的。令人惊异的是甚至对曲调也有独立的部分专门负责(图2)。
惊人的进化
要了解人类的大脑是如何迅速的增大是困难的。从我们的类似无尾猿的祖先到具有发达大脑的现代人之间经历了大约250万年。其实，这个看起来似乎很漫长的时间从进化的角度来说是非常短暂的。
当人类祖先的大脑能力提高时，他们不仅用大脑来观察这个世界，而且也发明新的方法来改造这个世界。一群黑猩猩会使用19种不同的工具来获取食物，可以说明这一点。
在东非大裂谷，考古学家们发现了200万年前人类祖先制造的石斧。这些石器与一些动物的遗骸比如一头大象的遗骸在一起，大象的骨骼还留下明显被切割的痕迹。显然，早期的人类为制造一件完美的工具，经过了相当多的练习，大脑能够很好地控制住手以便从一块石头上敲下一个薄片制成工具(图3)。
大脑和身体的其他部分在进化过程中始终是相互促进的，当一个处于领先时就促使另一个的进化，尤其是手指和大脑相互促进进化更为显著。非洲东部发现的350万年前最早的人类足印，证明两腿站立促进了人类手指等身体的进化，手的进化又反过来促进大脑的进化。
黑猩猩不能制造石斧，因为除了它的大脑进化不够发达之外，它的拇指相对很短，这使它只能使用一些最简单的工具而无法使用复杂的工具。但经过了几十万年的进化，人类的拇指变长形成了对生拇指，这使得人类能够用拇指和食指进行精确的握持，极为灵活地操纵物体。
飞行员玛沙·埃文斯利用她的手指精确地控制能力来对飞机进行安全检查。她甚至凭着手的触摸就能感觉到一些肉眼发现不了的问题。她手指的灵敏的感觉来自指纹的凸起和凹槽。人类手指的这些凸起也使人们有更好的握持力，尤其是在有水的情况下就如同汽车轮胎的纹面起到防滑的作用一样(图4)。
人类大脑的进化使人类完善了一种特殊的技巧：把混乱变得有序。为了生存，人类的大脑学会了把东西按照类型区分，如含有咖啡因的和不含有咖啡因的，是肯尼亚人还是哥伦比亚人。并且学会了分辨哪些植物是有毒的，哪些是可以食用的。
在科技发达的今天，一些最具原始能力的手段仍然发挥着独特的作用。在干燥的季节里，森林大火掠过澳大利亚北部的一个公园，公园看守人菲利普·埃德森点燃一小片可控制的火区来阻止正在接近的大火的蔓延，这叫做反向燃烧。这种方法已经被土著人非常成功地运用了几千年。菲利普·埃德森说：当大火从前方过来时会产生强风和无数小旋风。我们可以利用这些风来进行反向燃烧以阻止它继续蔓延。实际上，这种方法是从人类祖先那里继承下来的，因为了解和控制自然界的能力是人类生存的关键。总之，人类的大脑是一个进化的奇迹(图5)。
强大的功能
我们人类的大脑如此强大，它比人体的其他器官要消耗更多的能量，这使得头部比人体其他部位的温度都要高。
大脑的每一组神经元都具有不同的职责。我们能够学习新的知识并能自觉地运用它的原因依赖于被称为小脑的部分。小脑储存着我们所有学会的熟练的技能，例如骑自行车，弹钢琴，甚至修理卫星。
就拿航天员来说，他们要在地球上反复练习，直到能够不需思考就能自如地进行操作。一旦对一个技巧熟练地掌握了，小脑就能自动接管，形成习惯。当一个想法出现时小脑就开始发出指令要求身体的其他部位去完成这个动作。比如航天飞机舱室的顶部有一个如同人类的手臂一样灵活的机械手，航天员通过练习，使用这个机械手臂就像使用自己手臂一样自如，当你想取东西时就很自然地伸手操纵机械手臂使之做出相应的动作，其中的秘诀是大脑已经熟练地控制了机械手(图6)。
人类还有一个很奇妙的能力，能够将所有的工具成为手臂的延伸。外科医生运用他们小脑的控制来为病人进行内窥镜手术。医生根据在屏幕上看到的影像来协调他们做手术就显得相当简单，这是因为他们有意识的小脑完全接管了这项工作。
人类拥有强大的视觉能力，其实眼睛只是外在的，实际上我们是用大脑来看见东西的。让人惊讶的是我们的大脑有1／4是服务于视觉的，位于眼睛后部的视觉神经延伸到达头的后部。眼睛看见的只是第一步，大脑做了绝大部分的实际工作。飞行员玛沙·埃文斯说：我的招牌式飞行是不去看一大堆仪表盘，就能够说出当我接近地面时飞机降落的速率，我是通过经验 来知道的。我会定期检查高度表、空中速度以及垂直速度指示器来获得信息，但在大多数情况下是通过观察飞机移动时的形状变化和它的颜色等等来确定的。令人惊讶的是所有这些图像的内容都经过我们强有力的大脑分别处理，组合成完整的视觉(图7)。
大脑有强大的记忆力，一个正常的普通人的大脑大约能够存储100万条不同的信息，并且分为暂存记忆和长期记忆。暂存记忆通常只持续几分钟，就像一个心理上的黑板报只能储存少量的信息。比如记起你几分钟前看到的一条鳄鱼，或者把笔记本放在哪里了。大量的暂存记忆会很快消失。
但长期记忆就完全不一样了，为确保记忆能够长时间的储存，大脑专门有一个储存记忆的特殊功能：当你的某个记忆被一遍又一遍地想起，这个记忆就会被转移到大脑皮层——一个覆盖了大脑前部的皱褶部分长期储存记忆的地方。不过，这些记忆如何能够长期保存至今我们仍然没有完全了解。最好的解释是这些记忆是由很多不同的神经元来共同完成的，在这些神经元之间的分支连接反复地被强化着，结果我们就能够记忆自己的家人和朋友，以及生活中的重要事件。
有一个不可否认的事实是少数人拥有远远超过普通人的记忆能力。在伦敦举行的第十三届头脑奥林匹克运动会上，参赛者中有音乐节目主持人、救火员、海军军官和一群普通的学生，他们都能够记忆数千个数字。为此美国国家卫生研究院花费了3年时间试图找出这些人的大脑有什么不同：最终得出的结论是他们与常人并没有什么不同，更没有视觉记忆这样的特异功能。他们与常人的惟一区别是经过了常人也可以做到的记忆训练。
多米尼克·奥布莱思在这次比赛中又获得了胜利，他的秘密是什么呢?多米尼克·奥布莱恩说：如果面对一个一百位的数字，我会把它按顺序每两位分成一组，并赋予它一个特征。例如100799这个数字中的10是达德利·摩尔，07是罗杰·摩尔，99就是怀皮先生牌的冰淇淋。这就意味着关于数字100799可以记忆为达德利·摩尔遇见了罗杰·摩尔想要一份冰淇淋。事情就这么简单。显然多米尼克·奥布莱思将数千个抽象的毫无意义的数字，随机转换为他大脑里储存的更容易理解的故事。
大脑最艰苦的任务是如何处理人类社会。也许与他人相处和融入社会的能力是人类大脑进化背后的主要动力。这一点有着特别重要的意义，因为古人在生活中遇到的最复杂的事情不是工具和食物，也不是难以对付的食肉动物，而是区别于自己的另外一个人。他要找出他人的动机并去说服他们并与之成为朋友而不是敌人。所有这些都需要运用大脑去努力工作。这样一来，科学家们发现，一个动物所处的社会团体越复杂，它的大脑就会越发达。而在所有的动物中人类的社会是最复杂的，人们要竞争成为第一，永远会遇到复杂的挑战。因此，不停地运用大脑并促进了大脑的发达(图8)。
但是，我们发现仍然有一些东西在大脑的地图中找不到，这种神秘的东西被科学家们称为“意识”。意识是大脑中最伟大的特性。实际上意识很难被定义，但它本质上是我们的思维和感觉的能力，对每一个人来说就是拥有自己的个性。缺少了意识我们将形同行尸走肉。实际上是大脑的所有元素协调工作，大脑的更高级的能力——记忆、感觉和情绪毫无缝隙地融合成一个完美的整体，才构成了我们的意识。意识让我们能够欣赏生活中更伟大的东西，如爱，艺术，科学和信仰等等。意识使我们大脑不只是微小的灰色细胞的集合和电波，它是真正让我们成为人的东西。
虽然我们对于人类的大脑已经有了不少的认识，但直到今天人类的大脑仍然有许多无法回答的秘密。科学是探索人体的最有效的方法，对于包括产生于大脑的属于精神上的神秘的意识，还有待于人类用科学的方法继续去探索。