大脑如何塑造感知、思维和行动？｜大脑地图

本文字数4686，预计阅读时间15分钟。

阅读使人充实，分享使人愉悦。文章结尾附有思维导图，帮你梳理文中脉络精华。点击【阅读原文】获取高清思维导图。

今天分享的书籍是《大脑地图》

本书作者丽贝卡.施瓦兹洛斯，丽贝卡·施瓦茨洛泽，圣路易斯华盛顿大学神经科学家，拥有麻省理工学院神经科学博士学位，曾担任学术期刊《认知科学趋势》主编。

为什么回忆一件事像在重温？

为什么我要用双手去触摸感受？

为什么我想象不出“五感”之外的感觉？

为什么儿童比成人更擅长学演奏乐器之类的新技能？

为什么我不能同时关注周围的一切？

这都跟大脑有关，那么这本书为什么叫大脑地图呢？从定义上讲，地图是对其他事物的空间表达，所以大脑地图自然就是对大脑中其他事物的空间表达。比如视觉、听觉、触觉；运动、意图、抽象思维等能力。

可以说，大脑地图就是对承担不同功能的不同大脑区域的形象化表达，比如大脑后部的某个区域，承担着处理视觉信息的职责，所以我们称之为视觉地图。

这本书是一场通向大脑的探索之旅，展示了蚀刻在灰质中的地图如何塑造感知、思维和行动，以及科技如何利用它们读懂大脑。在书中，作者用令人难忘的真实故事、前沿的科学研究和生动的插图揭示了大脑地图的奥秘，为我们认识自身地位和内心世界打开了一扇窗。

01大脑的作用

1904年，为了争夺领土和海上霸权，日本和俄国之间爆发了惨烈的日俄战争。在这场战争中，俄国军人用上了新式的莫辛纳甘91式步枪，这种步枪射速快、射程远，它射出的子弹在击中人的头部时，往往会直接穿过大脑和颅骨，留下边缘整齐的弹孔，但让人没想到的是，这并没有对大脑内部组织造成太多伤害，很多日本士兵在头部中枪后都活了下来，这意外地提高了头部中枪士兵的生存率。

但奇怪的是，不少后脑勺中枪的士兵发现，自己虽然眼睛没受伤，但视觉却出现了问题。他们的视线里会出现一个空洞般的盲点，这个盲点的大小和位置因人而异，还会跟随视线而移动。年轻的眼科医生井上达二敏锐地意识到，这个现象中很可能隐藏着大脑与视觉之间的秘密。

科学界发现，大脑处理视觉信息的部分靠近脑后，但因为缺乏足够的研究样本，一直没人找到其确切位置。井上是幸运的，日俄战争的伤员给他提供了足够多的观察对象，在检查每一个士兵的盲点及其头部弹孔位置后，他通过论文详细阐述了自己的发现，他指出，人脑内存在一张视觉地图。

这张地图分为两半，对称分布在左右脑的最后方，而且和对应的视野相比，视觉地图是上下左右颠倒的，右视野反映在左脑，左视野反映在右脑，下半部分视野对应视觉地图的上方，上半部分视野对应视觉地图的下方。

更重要的是，这个视觉地图还严重失真，对应中心视野的部分所占比例格外大，就像在中心视野区域放了个放大镜一样。

1、大脑地图的用途

大脑有点儿像芯片，芯片里晶体管的数量越多，芯片性能就越强，同理，大脑里神经元的数量越多就越聪明。那这是不是意味着，神经元就越多越好呢？

其实多长神经元也要付出很大的代价。神经元是能量消耗大户，它发出的每一次脉冲，都必须泵入和泵出特定的分子，这些微型泵昼夜不息，能耗很大。大脑只占人体体重的2%，却消耗了摄入能量的22%，它对我们身体带来的能量负担可见一斑。

另外，神经元也很占用空间，单个神经元需要直接与大脑中其他数百个神经元相互连接，才能充分发挥功能，连接的结构是树突和轴突，都会占用体积。可以想象，如果大脑中神经元的数量太多，我们的脑袋显然就会盛不下。

神经元既耗能又占地方，所以并不是越多越好，动物们必须结合自身实际量力而行。而且为了节约树突和轴突所占用的空间，大脑中互相连接、承担相似功能的神经元一般会紧挨在一起，比如负责视觉的神经元相互靠近，负责中心视觉的神经元相互靠得更近，负责中心视觉中某一个点的神经元相互贴着彼此。不难想象，当每个视觉点对应的神经元都彼此靠近时，大脑中就会投射出视觉地图的轮廓。

比如，当我们看到绚烂的晚霞时，大脑通过眼睛接收到了什么信号呢？早期研究者给猫看各种图片，然后在大脑皮质上记录神经元在猫的眼睛看到不同图片时发生的电活动。研究者发现了几个很有意思的规律。

首先，大脑皮质上有专门控制视觉的区域，被称为视觉皮质，视觉皮质的神经元会对眼睛看到的东西产生反应。有趣的是，视网膜的神经元和视觉皮质的神经元虽然都会对眼睛看到的东西产生反应，但却有很大的不同。视网膜的神经元倾向对简单的形状产生反应，而视觉皮质的神经元则对复杂的形状，甚至会对沿着某一方向运动的物体产生反应。

所以我们可以理解为，视觉皮质是更高级的司令部，对视网膜前线传来的信息进行整合归纳，然后告诉我们看到了什么。

视觉地图的框架被构建出来了，但这还不足以让视觉地图完全发挥作用。为了进一步提高效率，大脑地图还得进行失真处理。

比如你很难用余光看清书上的文字。这个现象其实正好对应我们眼球的视网膜构造，视网膜的中央区域名为中央凹，这里的光感受器比其他地方密集得多，大脑就得拿出更多神经元来处理中央凹的视觉信号。所以视觉地图在基本轮廓之上，还得进一步失真，才能满足处理视觉信息的需要。

那为什么我们不能让整个视野都变得清楚呢？其实不是不想，而是不能，因为要想让外围视野也像中心视野那样清楚，视觉地图所占面积就得增大13倍，我们的大脑寸土寸金，每个区域都有自己的职能，它显然没有那么多面积可供挥霍。

所以大脑选择了折中方案，全力保全中心视野，相对忽视周围视野，通过眼睛的快速移动和不停扫视，确保我们能及时看到有用信息。

总的来说，大脑地图本质上是大脑综合资源做最重要的事，对现有资源进行合理布局和分配的产物。它的用途是让我们用有限的大脑资源，尽可能多、尽可能好地处理外部信息，从而应对生存挑战。

2、大脑地图的意义

其实大脑中的其他地图还有很多。比如大脑皮质中从耳后延伸到头顶的一个细长区域，被称为初级体感皮质，这里的神经元组成了大脑的触觉地图。

触觉地图的不同位置依次对应着身体不同部位的触觉，从口腔、舌头、嘴唇，到脸、大拇指、手指、手掌、手臂，再到躯干、骨盆、腿和脚。这些部位的触觉传感器一旦接收到信号，就会把信号传送到触觉地图中的对应区域，触觉地图负责处理这些信号，然后我们才会感受到触觉。

在身体的某个部位，对应的触觉地图面积越大，这里的触觉就越敏感。比如手指对应的触觉地图面积很大，所以手指触觉就很敏感，而躯干对应的面积比较小，触觉自然也就迟钝一些。手指和躯干自身的表面积，和它们对应触觉地图的面积不成比例，可见，触觉地图也是严重失真的。

比如，我们可以学习数学，可以进行数学计算，这就是因为我们灵活地挪用了多张地图。人的大脑顶叶中有几张简单的数字地图，这些数字地图能让我们理解一些比较小的数字，比如6以内的整数。但在理解更大的数字时，现有的数字地图就不够用了，那怎么办呢？

其中一种方式是让数字与空间建立起联系。比如空间的左边代表着小数，右边代表着大数，在比较两个数字的大小时，我们会下意识地对数字进行空间排列，谁在左边谁就更小。

当然，这只是对数学思维大幅简化的描述，但它足以体现出大脑的灵活性。大脑能够按需挪用多张地图，利用少数几种能力灵活组合出无数种复杂能力，这样就能在不增大颅骨大小的情况下，无限扩大思想疆域。

02大脑地图的发育过程

大脑由上千亿个细胞组成，在这个无比复杂的器官中雕琢一张张地图，往复杂了说是项超级工程。但往简单了说，大脑地图的发育其实也就两步，第一步是根据基因搭建框架，第二步是参考环境重新布局。

1、根据基因搭建框架

大脑地图的发育从胚胎早期就已经开始，在多种化学物质的指引下，新生的神经细胞陆续迁移到指定位置，为成人后的大脑区域奠定了基本蓝图，规定了各个大脑地图的相对大小和位置。

比如，眼球视网膜里的神经细胞一旦入住新家，就会立刻长出长长的轴突，这些轴突不断摸索前进，在此期间，大脑分泌的化学物质会告诉轴突该往哪里生长，并让轴突从原始眼睛的位置跋涉到大脑中一个名为丘脑的区域，并在这里与丘脑的神经元精准对接。随后丘脑中负责处理视觉信息的神经元又会长出轴突，向初级视觉皮质移动，并与那里的神经元建立连接。

通过这种模式，初级视觉皮质中就可以构建起视觉地图的框架。构成视觉地图的神经元需要相互配合才能真正发挥作用。所以身体接下来会训练“视网膜—丘脑—初级视觉皮质”之间连接的协调性，发育中的视网膜细胞会自发地产生神经活动波，先后在丘脑神经元和初级视觉皮质神经元间传递，通过这种训练来提升它们的协调程度。

2、参考环境重新布局

胎儿出生后，大脑地图离定型还差得远。在生命早期，大脑地图很容易受到环境因素的影响，新生儿在出生后会不断收集外界信息，然后根据接收到的信号来调整成长路径。有研究发现，通过加强新生儿对特定领域的学习，大脑地图就能调整资源投入，让对应大脑地图的神经元生长出更多连接，从宏观上看，这些大脑地图所在区域就会变厚。

这一现象已经被实验证明过多次，比如只要每天给住院的早产儿播放3小时母亲的心跳声，或者在子宫里能听到的外界声音，婴儿的听觉皮质就会逐渐变厚。如果经常挠婴儿的脚趾，婴儿触觉地图中脚趾所对应的区域也会变厚。

不过，这种调整主要发生在人的生命早期，随着年龄变大，调整程度会变得越来越小。

比如有些婴儿患有先天性白内障，出生后视网膜细胞无法接收到外界视觉信号的刺激，这就会对视觉地图的发育过程造成严重破坏。如果婴儿的白内障在出生几周内被切除，之后恢复正常视力的概率就很大，此时大脑地图还有高度的调整灵活性，之后每延迟一周，孩子恢复正常视力的概率就会下降一点儿。如果迟迟没有视觉信号的刺激，视觉地图的功能最终就会彻底退化。

可这是为什么呢，其实，这是大脑一种适应性策略，能确保大脑没有任何部分被浪费掉。有些先天失明的孩子，他们的视力无法通过手术矫正，注定生活在黑暗之中，那这样一来，他们大脑中的视觉皮质和复杂的视觉地图就没有用了，就这么扔在那里用不上，实在可惜。幸运的是，成长过程中大脑并不会放弃这块区域，最终盲童的视觉皮质会被重新划分，获得新的用途，比如参与语言处理，成为语言地图的一部分。

那我们该如何让大脑地图更好地为自己服务呢？

比如，近几十年来，人们越来越认识到胎儿环境和早期生活经验，会对人的健康和幸福产生强大而长期的影响，胎儿和童年时期的经验甚至能塑造我们一生的生理机能。

新生的仔鼠出生时看不见东西也走不了路，这时母鼠会经常舔仔鼠，来给仔鼠抚慰，而仔鼠出生后一周内被舔的次数多少，直接决定了未来对压力的生理反应程度。和经常被母鼠舔的仔鼠相比，很少被舔的仔鼠长大后体内的应激激素水平更高，更容易受到惊吓，更难融入新环境，而且这种影响会持续一生。原因简单来说就是，早期经验会重塑它们的大脑和身体，让其时刻为不确定性和危险做准备。

对于人类来说也是如此。二战期间，被纳粹德国占领的荷兰曾经历大规模饥荒，虽然饥荒持续时间不长，而且荷兰人民在战后也过上了很好的生活，但那个饥荒的冬天还是给当时孕育或出生的孩子，带来了一道看不见的伤疤。母亲经受的饥饿影响了胎儿环境，导致这些孩子在以后的生活中频频出现与2型糖尿病和肥胖有关的代谢紊乱。

这些例子都表明，胎儿时期和童年时期的经验能够影响我们的身体，并改变我们一生的生理机能。童年是一段紧张的学习和准备时期，是身体和大脑从环境中疯狂学习的时期，它会铭刻于你的内心，左右你未来的命运。

我们所能做的，就是充分认识到童年时光的宝贵性，努力给孩子们提供丰富和互动的生活环境，以便帮助他们形成各种各样的地图，这些神经基础将为他们的一生带来便利。

点击【阅读原文】获取高清思维导图

往期推荐