Brainwaves 系列｜第一期：大脑为何如此神秘？

各位脑友，脑叔来跟大家分享一个特别棒的播客系列——"脑波：人类大脑之谜"（Brainwaves: Mysteries of the human brain）。

这个系列来自WBUR波士顿电台的王牌节目《On Point》，主持人梅格娜·查克拉巴蒂（Meghna Chakrabarti）是资深新闻人，拿过好几项国家级广播大奖。

2026年2月，他们用一周时间，每天一集，把人类大脑最核心、最神秘的问题挨个聊了一遍。每集30到50分钟，听起来完全没有门槛——科学家们用最通俗的语言，把大脑这个“原始黑箱”里最烧脑的问题聊得明明白白。

接下来几周，脑叔会把整个系列的文字翻译整理出来，一篇一篇分享给大家。想第一时间看到，记得把公众号星标一下。

下面，一起走进第一期“脑波：大脑为何如此神秘？”

这一期请来了麻省理工学院的认知神经科学教授南希·坎维舍（Nancy Kanwisher）。大脑为什么难研究？它拥有100万亿个突触连接，比银河系的恒星还多。过去科学家只能观察行为，直到fMRI出现，人类才第一次实时“看到”大脑活动。

坎维舍回忆，当她第一次看到大脑特定区域“亮起来”时，感觉“像眼前的迷雾突然散开”。

以下为关键对话，经编辑整理如下。也可以点击上方音频听取完整播客。

01

100万亿个连接：比银河系恒星还复杂的系统

梅格娜·查克拉巴蒂：你们知道我们为什么取这个名字吗（笑）因为每次我们试图描述人类大脑时，很难不使用像“波”这样松散、飘渺的语言。意思是在谈论这个仍是人类最神秘的器官时，我们很难不滑向神秘主义的境地。所以，“脑波”是我们能将人类思维这一事实付诸于文字的最佳表达了。

今天，在《脑波》第一期中，与我一同回答“大脑为何如此神秘”这个问题的是南希·坎维舍，麻省理工学院的认知神经科学教授，致力于研究“大脑的功能组织，以此作为窥探心智架构的窗口”。

南希·坎维舍：谢谢，我很高兴来到这里。

查克拉巴蒂：首先，我们能不能降到最基本的层面？在普通人类中大脑由什么构成？

坎维舍：我们可以把它大致分为三个主要部分。首先是皮层下结构，那里的核团控制呼吸、消化等基本生存功能，也控制习惯和学习。在它上面的是巨大的纤维束——数百万英里的“电线”，每个神经元都有一根电线伸出来连接到其他神经元，大约40%的大脑体积是白质，也就是这些连接电线。最外层是皮层，大小和厚度相当于一张大披萨——你可以想象把一张大披萨揉皱了塞进头骨，这也是大脑布满褶皱的原因。我们大多数有意识的思考、感知、行动、计划，主要就是在皮层中构建的。

查克拉巴蒂：皮层里也有神经元吗？

坎维舍：是的，神经元细胞体就在那里。

查克拉巴蒂：所有这一切之所以发生，是因为神经元彼此连接。技术上来说，连接之间的空间叫突触？

坎维舍：没错。突触前神经元和突触后神经元之间有一个空间，复杂的分子生物学机制让化学信号从一个神经元传递到下一个。

查克拉巴蒂：一个大脑里有多少个突触连接？

坎维舍：大约100万亿个。

查克拉巴蒂：相比之下，银河系只有1000到4000亿颗恒星。所以我们两耳之间的这个系统，复杂度超过了把所有恒星连接起来的星系。你如何理解这个事实？

坎维舍：数量确实惊人，但复杂度不只是数量问题——就像一杯酸奶，原子数量也惊人，但原子都差不多。大脑的关键在于找到规律：跨越百万亿突触，有什么原则能帮我们理解整体如何运作？我们不需要讲每个神经元的故事，而是提取能解释计算如何发生的原则。

查克拉巴蒂：我们开始涉及为什么研究大脑如此困难了。你有个叫鲍勃的朋友，对吗？能讲讲他的故事吗？

坎维舍：鲍勃是我认识很久的朋友。几年前，他去邻州开会顺路住在我家，打算一大早走。早上我听到他在隔壁房间走动，半睡半醒间也没在意。然后一声撞击，我跑过去——鲍勃倒在地板上，不省人事。

我吓坏了，打了911。长话短说，经过几天检查，他们先说是心脏问题，不是大脑问题。我让他们考虑一下大脑，结果确实是大脑问题。他大脑正中央长了一个很大的肿瘤。

我一直没准备好面对这件事，鲍勃现在已经完全丧失了导航能力，他不知道自己在哪里，经常在自己住了很多年的家附近迷路。

02

大脑是模块化的：一个区域负责一件事

查克拉巴蒂：具体发生了什么？

坎维舍：这是一种灾难性的能力丧失。鲍勃有一份高强度的工作，满世界飞，拿高薪，在他的领域广受尊敬。他这么好，怎么会出问题？如果有人应该理解这是怎么发生的，那就是我——我几十年的研究就在证明：大脑不同部分做不同事情，一个部分出问题会导致特定缺陷，其他部分可以完全正常。

后来医生发现他大脑正中央有个酸橙大小的东西。我调出了我们实验室几年前给鲍勃做的扫描——同一部位，三四年前就能看到，只是更小。他得的是脑膜瘤，不是癌症，但必须切除。11小时的手术，他现在恢复得很好。

查克拉巴蒂：这么大的肿块，只影响了他的方向感。我惊讶它没有影响大量其他功能。

坎维舍：这就是大脑的特点——不同部分做不同的事。你可以严重破坏其中一个，丧失一项完整能力，但其他一切正常。

这也是我们理解大脑的杠杆：一个复杂的东西，无论是机器、细胞还是大脑，首先弄清楚零件是什么，然后每个零件做什么，也许有一天才能弄清楚它们如何协同工作。

查克拉巴蒂：但万亿级别的突触连接让我想到，如果同样大小、同样类型的生长发生在另一个人身上，即使位置相同，也可能影响不同功能？

坎维舍：不一定。但我们领域一百年的基本方法之一，就是在现代成像技术出现之前，通过研究丧失了特定能力的人来理解大脑。有些案例中，脑损伤很小，缺陷非常具体——比如有人能识别文字、场景、地点，就是认不出人脸。

查克拉巴蒂：这是否意味着不同功能高度局限化？但从你的研究来看，很多功能是在不同地方协同工作的？

坎维舍：一个心理功能确实需要很多大脑区域，但许多单独的区域只做其中非常特定的一部分。以面部识别为例——有一个专门区域叫梭状回面孔区，对面孔有非常特异性的反应。它受损了，你就无法识别面孔。但要完成面部识别，你还需要眼球、视网膜、初级视觉皮层，以及输出信息的能力。所以整个过程需要多个区域，但每个区域只做自己那一小部分。

查克拉巴蒂：回到“大脑为何如此神秘”这个问题上。在近代之前，研究人员有什么工具？

坎维舍：可以研究行为，就像不开引擎盖，开车来理解车怎么工作。这其实走了很远，我们很多关于心理学、感知、思维的知识就是通过简单的行为实验得来的。然后，通过研究脑损伤患者，可以看到哪些功能可以独立受损，哪些不行。这些都是现代方法出现之前就有的。

查克拉巴蒂：是不是还有更“粗暴”的方法？比如在清醒患者手术时刺激大脑不同部位？

坎维舍：是的。蒙特利尔神经研究所的医生就做过——刺激某个部位，患者说“我觉得我不受欢迎”。斯坦福的同事也发现，刺激另一个区域，患者会有“事情即将改变”的感觉。

查克拉巴蒂：大脑的一部分被刺激——不管是通过压力还是电流——然后我们感受到某种精神或情感上的东西。一个物理过程变成了心灵的问题，这让我惊叹。

坎维舍：因为心智就在这里。激活神经元，就影响心理体验。有个例子：同事在患者面孔选择区域放了个电极，让患者看一张脸，然后刺激那个区域——患者说：“哇，你的脸变形了，你变成另一个人了。”这说明那个区域不仅在看脸时被激活，它因果性地参与了你对面孔的感知——刺激它，面孔看起来就变了。

查克拉巴蒂：所以有行为观察、有手术刺激，但真正的大变化来自成像。

坎维舍：90年代初，物理学家调整了MRI的成像方式：一是快速成像——一秒内就能扫完大脑；二是图像亮度反映的不只是组织密度，还有血流量，而血流量与神经活动相关。二者结合，就有了大脑活动的实时“电影”。

查克拉巴蒂：第一次做到这一点时，什么感觉？

坎维舍：不只是激动，简直是震惊。我们当时每周只被允许在麻省总医院的扫描仪上用几个小时。我招募了两个最聪明的人，完全在摸索——屏幕上经常弹出“可能产生电弧”这种吓人的提示。但我们做了一个最简单的实验：扫描人们看脸和看物体时的大脑，看看有没有哪个部分在看脸时更活跃。因为我们知道面孔失认症，觉得大脑里应该有个部位负责这件事。

先扫了我自己。数据分析时看到一个小斑点——我看脸时它出现大的凸起，看物体时只有很小的凸起。我当时的第一个念头：太神奇了，但肯定再也看不到了。几天后又试了一次——同样的斑点，同样的反应。然后扫描其他人——每个人在差不多相同的位置都有这个小东西，对面孔高度选择性反应。

03

当AI开始揭示大脑的“为什么”

查克拉巴蒂：你如何从MRI得知，这个区域是独一无二重要的，还是更大系统的一部分？

坎维舍：仅凭MRI不知道它是否因果性参与。需要其他方法——比如电刺激那个区域，或者找那个区域受损的人。如果这些操作影响了面孔识别，就说明它在因果上参与。但大脑没有哪个部分能单独行动——它必须从其他区域接收输入、发送输出。区域是特化的，不代表它单独行动。

查克拉巴蒂：无意冒犯心脏病学家，但心脏是个泵，阀门、心房、心室，工作原理我们基本清楚。但对大脑，我听说每隔一两年，对记忆存储和访问的理解就会变。似乎功能区域会移动？

坎维舍：不，它们不动。面部区域、导航区域、语言区域，我们早就知道它们在哪，fMRI只是让我们看到它们有多特化。有争议的是那些没有独特专用机制的功能，比如工作记忆——它可能分布在很多地方。但理解句子意义这样的事，就在语言皮层，颞叶、额叶，每个人都能精确定位。麻省理工的同事埃夫·费多连科证明，这些区域对语言极其特化，你做其他事时它们不激活。

查克拉巴蒂：那汽车的类比成立。

坎维舍：对，像发动机的不同部件。

查克拉巴蒂：但工作记忆更像计算类比，不是机械。

坎维舍：所有这些都算是计算。只是有些计算非常特定，发生在特定区域；有些是通用操作，以重叠方式招募大量区域。

查克拉巴蒂：回到工具。你现在有什么想在人类大脑中看到但测量不了的？希望什么书呆子工程师给你发明出来？

坎维舍：愿望清单很长。在动物身上能用的工具太惊人——比如光遗传学，可以标记特定神经元，随时开关。但我们不能对活人这么做。

我想从人类大脑获取的，是能同时记录同一位置大量神经元的数据。有一种叫做神经像素探针（Neuropixels）的方法正在动物身上使用——数千个电极同时记录。在人类身上，只能在临床必要的手术中短暂做一点点。但这就是我们需要的：更高分辨率的神经活动图像，去研究大脑如何计算。

查克拉巴蒂：所以研究人类大脑的最大挑战之一是——人得活着。死脑不行。这就是伦理上遇到的障碍。那么AI呢？AI正在改变这一点吗？

坎维舍：彻底改变了。最明显的是用AI工具分析数据。但更深层面——AI模型已经成为我们对大脑如何工作的假设。

我从没想过会这么说。但2012年左右，卷积神经网络突然变得非常擅长识别物体——给一张图，它能告诉你那是人还是狗还是树。这是我第一次有了一个视觉物体识别的计算模型。你可以说：大脑又不是电脑程序，为什么得像它？但事实证明，深度学习网络和大脑之间有惊人的相似性。

查克拉巴蒂：是表面的相似吗？

坎维舍：不是。我们可以逐层看AI模型，逐阶段看大脑处理流——早期对早期，中期对中期，有逐层的匹配。相似性惊人，这让我们能用这些网络来回答“为什么”问题——这种问题在科学上本来极难回答。比如：为什么大脑要有专门识别面孔的区域？为什么不能就用通用智能搞定一切？

我以前每次演讲都拿这个问题结尾，觉得永远答不了。但几年前，我的博士后凯瑟琳娜·多布斯训练了一个神经网络，给了它大量物体和面孔图像，混在一起让它同时识别两者——没有告诉它哪个是哪个。它变聪明了，然后她往里面看——网络自发分成了两条路径，分别处理面孔和物体。

得到结果时，我脖子后面的汗毛都竖起来了。一个完全不同的优化方法，重现了我们在人脑里观察了很久的东西。显然，这就是计算优化后的标准解法。

查克拉巴蒂：所以当前研究正在展示大脑有多精妙——或者说大自然很擅长制造高效系统。

坎维舍：是的。而且让这些东西运转起来，方法就那么多——优化网络和进化大脑，常常会走向相似的解法。

查克拉巴蒂：我问你相似性是否表面，是因为我听到这里，有种冲动想抓住人性、抓住那个黑箱的浪漫。我不喜欢听到AI已经开始展示大脑的“为什么”——好像它和我们百万亿突触一样系统性地复杂。

坎维舍：我理解。但作为科学家，我喜欢这个——因为现在我们有了前进的路。它给了我们可检验的假设，关于大脑如何计算。这让人无比兴奋。

查克拉巴蒂：几十年的研究，有没有改变你每天看待世界的方式？你会不会看着某样东西，心里想“我的大脑正在处理那个”？

坎维舍：会。每个认知神经科学家都会注意那些奇怪的小事——我为什么会犯错？为什么会误认那个图像？为什么我以为他这么说但实际是那个意思？那里面有运行算法的线索。

查克拉巴蒂：它改善了你的生活吗？

坎维舍：哦，我不会那么说。它给了我可以在实验室测试的假设，那改善了我的生活。因为那些很有趣。

查克拉巴蒂：你研究大脑，因为它定义了我们是谁。做人意味着什么，你会去想吗？

坎维舍：那就是我研究它的原因。我们学到的关于大脑组织的一切，就是一幅关于人是什么的图画。我同事丽贝卡·萨克斯发现了一个区域，专门用来思考别人在想什么。作为人类，我们花很多清醒时间想别人在想什么——我们有这么一个区域专门做这件事。我不觉得这削弱了人性，它揭示了人性。

查克拉巴蒂：作为物种，理解别人在想什么对生存如此重要，以至于我们有一个大脑区域专门做这件事。

坎维舍：而且我们每个人都有。我们头脑里运行着同样的小机器——那是我们共同拥有的一部分。我觉得它很可爱，那就是作为人类的意义所在。

编辑 | 陈嘉图

来源 | On Point

审核 | @丘脑大叔

声明：本文版权属于原作者，仅用于学术交流！