现在的神经科学和临床医学的确不能完全恢复中枢神经的创伤。
但这并不绝对——至少我们已经知道有多个病例，在切除某一块大脑或半边大脑后，神经细胞重新产生了新的连接，使得理论上应该消失的大脑功能重新出现。（不过必须强调的是，这种奇迹往往出现在年龄较小的病患身上。）
我大一时学过一个病例，有个小女孩天生就有严重的癫痫，一生下来医生就说她活不过一岁。结果她吃力地活到三岁，已经能说话和走路了，但由于癫痫过于严重，医生说为了减轻癫痫只能把左脑切掉。这时对一个语言已经发展成熟，且是右撇子的小女孩来说，面对的选择就是：要么因癫痫而死，要么永远不能说话，且很有可能瘫痪，但最后他们还是决定做半脑切除手术。术后十年，有人采访这个已经13岁的小姑娘，她早已完全康复，说话正常，能走能跑能跳，一切OK，只是有点瘸。而且她的梦想是当芭蕾舞演员。
这真是个令人感动的奇迹。大脑精细而脆弱，但有时也有让我们自己意想不到的坚强和神奇。在这本书的最后，我也讨论了关于“换头术”这个一直以来都让人觉得是天方夜谭的计划。
实际上，无论在生活中还是在科研中，有太多关于大脑的流言了。当然，我们现在所知道的也并不一定是正确的。可能只是用一个错误推翻了另一个错误罢了。但科学就是这样，我们所做的无非就是不断地寻找证据，不断怀疑，再不断寻找。
然而，真正需要意识到一个流言是错误的人，往往也最不会因此吸取教训。
装×必备：透视大脑的技术
难易程度
为了研究大脑的运作机制，仅仅通过观察一个人的行为是远远不够的，我们得将大脑“打开来看看”。慢着慢着，别拿着榔头在你小伙伴的脑袋上比画！（友谊的小船说翻就翻！）
你可以把大脑想成一个封闭的盒子，你给它一颗糖，它能给你唱首歌、念首诗，也可能从你身边逃跑。你想看看盒子里是什么，可一打开，它就受了伤，甚至会死掉，更别说维持正常的工作了。你也可以仅仅通过研究它静止、已失去活力的形态来研究它，通过它的结构、形状来推测它的作用（解剖学），或是将每一个零件拿出来单独培养、看一个或是几个相关的零件是怎么相互作用的（神经细胞学）。
过去，想要将大脑和一个行为联系起来，只能通过分析大脑有损伤的患者（俗名“脑残”）的行为来推测。譬如，一名病人某个大脑区域在事故中受到了损伤，结果这位病人在行为上出现了很奇怪的变化，譬如说他再也无法形成新的记忆了，但其他行为却没有受到任何影响。这说明这位病人大脑受伤的那个区域和记忆的生成至关重要。
为了更深入地研究这个区域，科学家不得不通过动物实验进一步地证实、确认更深层的机理。但问题是，其他的动物，即使是与我们最像的猩猩，和人还是有很多不同的，特别是在大脑这个器官上面。当我们想研究一些人类特有的，更为复杂的认知功能时，如情感、阅读、决策等等，很难仅仅通过动物来研究。所以，还是得看看人的大脑哪（科学家之间友谊的小船在风雨中摇曳）。
好在最近30年，脑成像技术越来越成熟，科学家终于可以在不损伤志愿者的身体的前提下，甚至在人的大脑正在工作时，通过各种各样的脑成像技术来实时观察大脑的活动。
在现在的神经科学研究中，常用的脑成像技术有很多种，主要有脑电图2、脑磁图3、功能性核磁共振4和正电子发射计算机断层扫描5等等。
功能性核磁共振（fMRI）
用简单的人话来讲，核磁共振就是能够用来看到当你在干某事的时候，大脑的哪些区域会变得活跃。
它是怎么做到这一点的呢？当神经细胞活化时，细胞会消耗氧气，而氧气是借由血液中红细胞里的血红素，沿着微血管，送至每个细胞附近的。当一个区域的神经细胞们一起变得活跃，这个区域所需要的氧气增大，这样附近的含有氧气的血液就会流向这里，来补充消耗掉的氧气。所以，伴随着神经细胞的活化，这个大脑区域会有血流的变化，而且血氧浓度也会与周围的区域有所不同。如果我们能够测量这个血氧浓度变化，就能够推测到，大脑的哪些区域变得活跃了。
那怎么来测量呢？我们在中学时就学过，当电荷沿着导线运动时，会在导线周围产生磁场。如果我们把电荷换成一个带有正电荷的质子，当它绕轴旋转的时候，也会形成磁场。人体约70%都由水组成，每一个水分子中含有两个氢原子，而氢原子的原子核的自旋角动量不为零。当你将它放入一个均匀的磁场中时，如果控制好这个磁场的能量，就能使得这个原子核产生共振，放出电磁波。而这个电磁波可以被检测到，经过处理，便能够知道发出这个电磁波的原子核的位置，并绘制出精确的图像。
其实，核磁共振里的“核”指的是氢原子核。但在临床上，因为担心病患会对“核”这个字产生畏惧感，国内也常将这种技术称为“磁共振”。
因为缺氧和氧化状态下的血红素对磁场的反应是不同的，所以根据血液里的含氧量就能够产生不同的信号，这个信号叫作血氧浓度相依对比（Blood oxygen-level dependent，简称BOLD）。
通过使用功能性核磁共振，通过绘制出大脑不同区域不同的BOLD信号，现在我们能够得到相对精细的大脑扫描图。更重要的是，因为这种成像方法对人体没有任何伤害，所以在临床和科研中都有广泛的使用。
使用功能性核磁共振成像，科学家能够定位大脑里什么位置负责怎样的认知活动，换言之，核磁共振成像有杰出的空间分辨率。但是，因为神经细胞的活化到产生BOLD信号，有1～5秒的延迟，所以核磁共振成像的时间分辨率比较差。这对变化迅速的大脑认知功能，譬如说听声音（大脑活动是毫秒级），就不是特别完美。另外，核磁共振成像设备非常昂贵，维护、维修以及使用它都不便宜。在我所在的实验室，使用一个小时需要300英镑（友情价），也就是近3000人民币。一个普通实验一般至少需要10个人，每个人1个小时，也就是说光是使用就需要花费30000人民币。这也是不能避免的，必须考虑在研究经费之内的重要因素。
如果你对这个技术很感兴趣，想对它深入了解的话，我推荐一本很不错的入门教材：Huettel, S.A.，Song, A.W.，McCarthy, G.，2009.Functional Magnetic Resonance Imaging.Freeman.（《功能磁共振成像》）
脑电图（EEG）
神经细胞靠传递电流来传递信息，即使在静止不动、什么也不想的情况下，大脑也如不夜城一般热闹。我们把能够将大脑所产生微弱的生物电，在头皮处收集，并放大记录的一种曲线图叫作脑电图。收集脑电图的时候，头上要戴一个帽子，帽子上有很多感应器（电极），电极贴在头皮上，就能收集到这个区域头颅下方百万千万个神经细胞的电流活动。打一个比方，大脑就像是一个体育场。体育场里在进行一场球赛，而每一个神经细胞就好像是一个时不时呐喊的观众。而你呢，就拿着一支录音笔，站在体育场外，通过千万个球迷的呐喊声来了解球赛的状况。
这个例子提供了几条信息：首先，脑电图并不是直接记录了每个细胞的活动，虽然它能够呈现大脑的一些反应，但是在研究和分析脑电波时，有很多需要注意的地方。其次，脑电图展现的并不是几个神经细胞或是某一个大脑区域的活动，它记录的是整个大脑中的神经细胞的电流产生的电压波动。第三，虽然它在空间分辨率上非常吃亏（也就是说，它并不能精准地展示大脑的某个特定区域的活动），但它在时间分辨率上非常好（精准到毫秒，也就是基本实时记录）。
在临床上，常用脑电图来诊断癫痫，有时对神经疾病的诊断也有很重要的作用。
举一个简单的例子，假设我已经给你戴好脑电图帽子，开始记录你的脑电波，然后你听我念下面两个句子：
第一句话：一个男人在自己的咖啡里加了牛奶。
第二句话：一个男人在自己的咖啡里加了袜子。
当你听到“袜子”这个违反语境的词语后400毫秒的时候，与听到“牛奶”相比，脑电波会有一个更高的波峰。通过反复的测试，我们发现，这个波峰（实际上专业叫“成分”）和“违反语境”有关系，只要听到或看到违反语境的词语或物体，都能够在脑电波里看到这个“成分”。
收集脑电波不是一件难事，但是要解释脑电波需要一定的知识储备，所以这里我没办法深入介绍。
自从1924年的首次人类脑电图实验之后，脑电图基本上是发展得最成熟也最便宜的一种脑成像仪器了。虽然现在已经有比脑电图更精确好用的脑成像设备，但脑电图最大的优势是，它非常便宜。弄一套普通的EEG设备，只要5万美元左右。而每做一次实验，便宜的时候，差不多只花2～3美元。
因为它发展成熟又便宜，很多公司和实验室（包括我现在所在的实验室）在尝试将之使用在人机界面上，用脑电波来下达一些指令。或是结合眼动追踪技术，给穿戴型设备，如谷歌眼镜，提供一些实时反馈等等。
如果你对这个技术很感兴趣，想对它深入了解的话，我推荐一本很不错的入门教材：Luck, S.J.，2014.An Introduction to the Event-Related Potential Technique.MIT Press.（《项目相关潜在技术的简介》）
因为篇幅的问题，我只能稍微介绍一下脑电图和功能性核磁共振。这两个技术也是在平时看神经科学相关的科普文章中常提到的。实际上，在神经科学业界，对不同的脑成像技术也是褒贬不一。使用这些成像技术，所得到的实验结果到底有多少说服力，也是仁者见仁智者见智。
根据不同的研究目的，选择哪一种脑成像技术是非常重要的。脑成像实验的设计和分析也是有很多的弯弯绕绕，很难在科普环境下一一解释清楚。非常遗憾，但也不得不承认的是，有很多脑成像实验缺乏严谨性，使得漂亮的脑成像扫描图不仅不能解答任何问题，反而会引起媒体和公众的误解。所以，当你在媒体上看到脑成像实验的结果时，包括在阅读本书时，请务必时刻保持怀疑的态度。
没存在感的小脑
难易程度
当我们说到大脑的时候，往往会遗忘掉后脑勺的小脑。虽然它只占了全脑体积的10%，但其主要功能却一点都不能忽视：它负责肢体动作，包括姿势、平衡、运动学习（如挥高尔夫球杆）以及演讲。
一、小脑拥有全脑一半的神经细胞数量
在学习小脑的相关知识时，我们第一个会学到的冷知识就是：这个只占了全脑体积10%的小脑，拥有整个大脑近一半的神经细胞。为什么这么小的体积却有这么多神经细胞？
要知道，神经细胞也有很多种，形状各异、功能各异，在神经系统中的分布也各异。其中，颗粒细胞（granule cell）是最小的神经细胞之一，细胞体直径只有5～8微米，整个大脑的75%以上都是这种细胞，而小脑中的大部分神经细胞就是这种体积极小又极其密集的颗粒细胞，而且在小脑里的颗粒细胞是大脑中最小的神经细胞，可惜我们现在对这种细胞的功能还不是太了解。不过，很清楚的是，小脑里的颗粒细胞接收了来自小脑之外的最大的输入信号，也就是小脑苔状纤维（mossy fibre，顾名思义，密密麻麻的跟苔藓一样），而这些纤维的另一头来自四面八方，最主要的来自大脑皮层，其次来自脊髓。
小脑皮层的分层结构图。小脑长得皱巴巴的，当把这些“皱纹”抚平，然后切开看横截面，在显微镜下，就会发现像是多层蛋糕一样，每个类型的细胞，从内向外按层排列。这个图展示了小脑的三层结构，包括最外的分子层、浦肯野细胞层以及颗粒细胞层，在这里最里面的白质没有完整画出。请注意，此图的每层厚度并非按精确比例画出，仅是粗略示意而已
颗粒细胞将来自一根苔状纤维的信号，分成200多条“频道”散布出去。这里要说回小脑的功能了，小脑负责对话、演讲、运动和学习，但它并不负责发出指令，它负责将大脑发出的命令分工下去，让肌肉接收到信息，再告诉大脑：“你的命令已经传达下去了，下一步是什么呢？”
打个比方，你见到一个漂亮妹子，想跟人家打个招呼，“Hi，美女”，并挥挥手。大脑做出决定后，来自左半脑的布洛卡区帮你产生了正确的打招呼用的语言和发音“Hi，美女”，而不是“爱，霉撸”，并将这个信息传递到了小脑，在小脑里再通过苔状纤维传递给了颗粒细胞，颗粒细胞将这个单一指令编译成了更为精细的任务。譬如说，嘴唇的哪个肌肉要动、舌头怎么卷起来、控制嘴巴的咬合要确保不会咬到舌头又不会口齿不清，啊，还有确保足够轻佻的尾音呢，还有别忘了挥手……当然，这个比喻并不准确，但希望能通过这个例子帮助你理解，为什么需要将一个简单的指令，分成那么多分支。但由于小脑里的颗粒细胞实在是太小太密集了，现在还很难在正常活动的动物的大脑中检测它们的信息传递情况，所以要知道它们如何解析复杂的运动信息的情况还需要一些时日。
这里必须提到一位非常杰出的英国神经科学家，David Marr（大卫·马尔），计算神经科学（Computational Neuroscience）的先驱之一。早在20世纪70年代，他就提出，这些颗粒细胞很有可能编译整合过大脑指令：每个颗粒细胞与4～5根苔状纤维相连，如果只有1根苔状纤维传递信息，颗粒细胞不会将信息传递下去，而当有多个苔状纤维激活了它，这个颗粒细胞立马会将这些纤维传递的信息整合起来，并分别传递出去。这样的机制减少了传递错误、杂乱的动作信号。这样，先在颗粒细胞层中把所有到达小脑的信息全部混合起来，颗粒细胞们再将捋好的信息发送给输出信号的浦肯野细胞，这样结构的逻辑不得不说在大脑中是很有趣的存在。David Marr在MIT（马萨诸塞理工学院）读博士时将很多心理学、人工智能和生理学上的知识糅合，还制作了经典的神经系统的模型，其成就鼓励了很多神经科学家往这个方向发展，对整个神经科学界都影响极大。可惜他在35岁时因白血病英年早逝。如果他还活着……
二、有人居然天生没有小脑！
不过，在继续讨论小脑的功能之前，先从国内发现的一例刷新“小脑的底线”的病例说起。2014年，国内发现世界上第9例天生没有小脑的病例（原发性小脑发育不全，primary cerebellar agenesis）6。小脑损伤导致脑功能缺失并不少见，但天生缺失整个小脑是极为罕见的。
这位中国女性在出现呕吐和眩晕的症状后，前去医院就医，CT和核磁共振扫描发现，本该是小脑的位置上却是空洞洞的——这位患者没有小脑！这立马解释了之前的症状。同时也解释了，为什么患者到6岁才开始说话，7岁才会走路，而且年幼时她也从来不能像其他小孩一样玩耍和跳跃。即使会走路，她也需要外界辅助。
语言测试发现她可以完全正常地理解词语，但缺失的小脑使得她在词语发音上有一些问题。医生说患者声音颤抖，说话含糊，声调刺耳。但科学家和医生都非常惊讶小脑缺失并没有让她完全丧失行动和语言能力，也没有什么非常严重或极端的症状。
脑脊髓液（cerebrospinal fluid）充满了原本应该是小脑的区域。经过测试，脑脊髓液正常，但颅内压力略高。通过脱水治疗和其他伤害较小的配合治疗，压力有所降低，立即并长期地改善了一些症状。
而且在她的家族中并没有发现其他神经缺损的病例，据国内网上报道，这例病例是在济南军区总医院发现的，患者已结婚，并育有一名健康的女儿。
虽然理论上来讲，小脑并非生存的“必需品”，如维持呼吸、体温等等。“生存必备功能”是由脑干控制的，所以大脑或小脑损伤后也还是有很多能生存下来的病例。但这个在国内发现的病例，不是小脑发育不全，而是完全没有小脑啊！而且更让人称奇的是，这姑娘不仅活着，人家还活得好好的，孩子都可以打酱油了。
虽然目前已知已有30种基因异常会导致小脑畸形，但导致完全缺失小脑的原因，现在还完全让我们摸不清头脑。我们也不晓得这名患者随着年龄增长，会不会有症状恶化或新的症状出现。不过，既然她没有小脑也能较为正常地生活，小脑，是不是并没有那么重要呢？
三、既然没有小脑也能存活，它是不是并不重要呢？
当然重要。后天如果某一侧的小脑受到损伤，就会导致不能精准地控制同一侧的身体，譬如不能保持平衡、协调性降低，即使简单地临摹一条曲线也十分困难；同时，说话能力也会受到影响，轻则发音困难，重则丧失语言能力。
而目前所发现的9例天生没有小脑的病例中，也或多或少有语言和运动方面的问题。
那究竟是什么让先天就没有小脑的人和后天小脑受到损伤的人所受困扰的区别如此之大呢？这是因为，在早期发育时期，大脑的神经可塑性强，当神经系统某一部分出现发育迟缓或是其他不致命的缺失，其他发育的神经细胞可能会自发性地像是“替补队员”一样来适应这种空缺的情况，弥补不足，尽量帮助神经系统正常运行。
在先天性小脑缺失的这种情况中，很有可能大脑的某些神经细胞当了小脑的“替补队员”，行使了小脑本该负责的功能，如行走、说话等等，使得病人保有部分能力但并不能完美无缺（如这第9位最新发现的情况是，发育比较缓慢、说话不清楚、走路不稳）。
这么说来可能还是无法让人觉得小脑有多么重要，那是因为我们人类现在变懒了，一天到晚都是坐着，即使坐着也能生存下去，所以让人觉得好像运动和语言的精准度并没有那样重要。实际上，如果没有让我们精准地控制四肢和身体的小脑，我们连钻木取火这一最古老的技能都做不到，哪里还谈得上逃离危险甚至狩猎，直至进化到今天呢？
最短和最长的神经细胞
难易程度
对人类来说，神经细胞因其功能种类在人体位置的不同，长度从2纳米到1米多不等。
一般大家认为最长的人类神经细胞是坐骨神经（sciatic nerve），其轴突（axon）始于骨盆中间的位置，经大腿，到膝盖，在膝盖上方分叉。它的最长的分支叫胫神经（tibial nerve），从膝盖到大脚指头。人们常常说坐骨神经是最长的，其实是坐骨神经加这个，加起来可达1米多。
但严格地讲，最长的应该是正中神经（median nerve）和尺神经（ulnar nerve），这两个都是一口气从肩膀到手腕，然后再到手指尖。这个长度比大腿或小腿的都长。
冷知识：严格说来，人最长的神经细胞是肩膀到手指尖的正中神经和尺神经。当然啦，这和长颈鹿先生的比不得的。人家从脖子到脚指头，传入神经足足有5米！
在动物里，我查到最长的神经细胞是长颈鹿的传入神经（primary afferent neuron），从脖子到脚指头，可达5米长。
神经细胞的长度特别有名，是因为它的轴突的主要功能是传输信息，为了快，肯定一根轴突传到底。就好像是快马送信一样，如果马的速度不会因劳累而减弱或是有其他的任务要办，肯定是不会在驿站中转的。神经细胞也是一样的道理。（当然这是在信息“只需要走一条线，不需要到多个目的地”的前提之下。）而最小的神经细胞，就是上篇里提到的小脑里的颗粒细胞。
Sheldon送给Amy的生日礼物——Cajal的神经细胞插图
难易程度
说到神经细胞，就不得不提到脑细胞结构研究的奠基人，西班牙神经学家Santiago Ramóny Cajal（圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔）。在工作不繁忙的一年里，他在业余时间默默地画了几百个脑细胞插图，在一百多年后的今天，这些插图还用于大学教学当中。这些插图让他在1906年获得诺贝尔医学奖，也被认为是现代神经科学之父。
在《生活大爆炸》（The Big Bang Theory）第七季的某一集，Sheldon（谢耳朵）让他的女助手给Amy（艾米）买礼物时，助手的压轴礼物便是Cajal的手稿。在那一刻，我相信所有学神经学的人心中都会惊声尖叫……我导师的办公室里挂着一张Cajal手稿的复制品，我第一次走进她的办公室时，就惊叫：“那是真作吗？！”神经科学的浪漫你不懂……
Cajal最有代表性的一张手稿：浦肯野细胞（Purkinje Cell）
最近也有艺术家将Cajal的插图与艺术结合，制作出非常有东方韵味的艺术品。譬如说，之前给美国卡内基梅隆大学做过一个超美的神经细胞作品的Greg Dunn（格雷戈·邓恩），感兴趣的可以去他的个人网站上看他的作品。
记得大三有视觉神经课，第一节课就是讲Cajal的各种故事和插图。他是个极其叛逆的人，非常抵抗权威，父母希望他能够和他们一样从事医学工作，有一天带他去郊外的坟场找尸体的碎片带回家画（这是什么爸妈啊！）。结果画骨骼是Cajal对医学产生兴趣的转折点——不会画画的流氓不是好神经科学家。他一个人一年业余时间所做的工作，比很多人一辈子做的都还多。想想自己，老是抱怨“没空”“太忙”，实际上都是些借口罢了，这就是平庸和杰出之间的差距吧。
神经细胞的好伴侣——胶质细胞
难易程度
在神经系统中，除了广为人知的神经细胞以外，还有种细胞比神经细胞数量更多，那就是胶质细胞（glial cells）。就现在的知识来看，胶质细胞在中枢神经系统里扮演着神经细胞的“老妈子”的角色，或者说做着各种行政工作，包括为神经细胞提供框架支持、营养供给、维持稳定的“生活”环境等等。而且胶质细胞种类繁多，各司其职、长得也特别不一样。
粗暴一点说，可以将胶质细胞大致分为两大类，一种叫大胶质细胞（macroglia，中文翻译好搞笑，我老是打成“大脚指细胞”），包含有很多分工明确的细胞，比如星形胶质细胞（astrocytes）、神经膜细胞（schwann cells）等等。其中，星形胶质细胞是数量最多的胶质细胞，它填充了神经细胞之间的空隙：它和神经细胞一般只隔着20纳米！那真的是脸贴脸，腿夹着腿了。不令人惊讶的，星形胶质细胞的一大工作就是为神经细胞们提供稳定的生活环境。
另一种神经胶质细胞，叫小胶质细胞（microglia），作用相当于在脑和脊髓里的巨噬细胞。它的作用是清除中枢神经系统中的损坏的神经。
另一大类胶质细胞叫小胶质细胞（microglia），虽然只占胶质细胞数量的20%，但它的角色非常重要——中枢神经系统里的免疫细胞。它的工作任务是清除脑和脊髓里的感染性物质和已经坏掉的神经细胞，现已发现和帕金森病、阿茨海默病有很大的关系。
可惜的是，我们对胶质细胞的作用了解得还不够充分，它们的作用很有可能比我们想象的重要得多。而且在很多难以攻克的神经科学难题上有着关键作用，如神经再生。因此，也有科学家称胶质细胞为神经科学里“沉睡的巨人”——只是，不知何时我们才能将这个巨人唤醒。
TWO 其实我们活在大脑创造的虚拟世界里
先来看看你最熟悉的五种感知吧：视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉。
这些你熟悉得不能再熟悉的感知联手为你创造了一个全方位的高清虚拟现实世界，展示着外界传递给你的信息。
你不信？看了这章就知道了。
昔者庄周梦为胡蝶，栩栩然胡蝶也。不知周也。
……不知周之梦为胡蝶与？胡蝶之梦为周与？
——《庄子·齐物论》
日常生活中充满了各种各样的信息，光线、声音、气味、触摸等等。这些信息都必须通过大脑的分析，才能为你我所用。正是因为大脑，我们才能够感受、理解身边的世界，并对环境产生合理的反应。
我一直在思考，既然大脑对于我们的生活如此重要，为什么在人类社会中，对它鲜有提及呢？为什么大家对大脑并不是很“在意”呢？
开始学习神经科学之后，我才恍然大悟。人类对大脑所缺失的应有的“在意”并非是一个缺陷，恰好相反，这正是一条细细想来都觉的恐怖的线索——我们都，深深地，被一直所相信的“现实”困在里面了。大脑展现给我们的这个“现实”太真实、太无瑕了，让人很难意识到，实际上，我们一直都被困于其中。
你怎么知道你看到的红色就是红色呢？你我看到的红色是一样的吗？为什么我们会给红色赋予各种各样的意义？我看到的纯色，可能并不单纯，但因为经过大脑的分析，让我只能看到它纯色的形态。而我们也只是在用一种互相能够理解的言语在进行思考和沟通。
其实，眼见不一定为实。你所听到的声音也仅是声音的一小部分而已；你所闻到的榴梿味可能和其他人闻到的并不一样；换一个杯子，就能让你觉得咖啡变了味道；你以为花椒的麻是一种味觉，但它实际上是一种震颤……
庄周梦蝶，是庄子提出的一个哲学论点，认为人不能确切地分清真实和虚幻。两千年后的我们，真的能说已经能够分清真实与虚幻了吗？
古希腊哲学家柏拉图在《理想国》中，有个非常有名的寓言，叫洞穴。讲的是有一群囚犯从小就被关在一个洞穴里，脖颈和手脚都绑在柱子上，不能走动、不能转头，只能往前看着投射到洞口墙壁上的影子。因为他们一辈子都只能看到那些影子，便深深相信这些影子便是“真实的世界”。而当有人挣脱枷锁，走出洞口时，才发现以前看到的不过是虚影罢了。虽然这个寓言有不同的解读方式，但在这里，真是个绝妙的隐喻。
你看到的、听到的、闻到的、记得的、感受的，都是大脑呈现给你的。当你质疑它时，你会寻求别人的肯定。你拿着一朵花问我，是红色的吗？我回答是的。你长出一口气，原来是虚惊一场。但你忘了，我的大脑和你的大脑也没什么区别啊！
你我其实就是被绑在洞穴里的人，大脑呈现给我们的世界就是墙壁上的影子。
视觉：眼见不一定为实
大脑是如何“看”到的？
难易程度
牛顿发现白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的颜色光线组成。即我们对“白色”光的感知是由整个可见光的光谱所形成的。当白色的自然光照到物体上，物体会反射某种颜色的光线，这种光线进入人的眼睛，落到视网膜上。通过视网膜上的视锥细胞和视杆细胞，物理光线被转化为神经信号。视锥细胞负责“调查”光线的波长（对应光的颜色），视杆细胞则对明暗变化和运动较为敏感。而这，只是视觉的开始而已。
你可以把这整个流程当成一个快递公司的送货系统。光线所含有的信息是一个个包裹，从外界的不同位置，送入眼球。视网膜上收集到了视觉信号，视锥细胞的工作就是分收快递，然后按类别（即不同波长）打包，接着包裹被送入视神经。在此之后，有一小部分包裹，会被送到中脑的上丘（superior colliculus）去，这条路线被认为和眼球运动有很大关系，也和一些反射行为有关，如当有强光，人会下意识做出举起手或转头来保护眼睛的动作。而剩下90%的包裹会沿着固定的路线，经过交叉路口似的视交叉，将信号发到大脑里一个叫外侧膝状体（lateral geniculate nucleus）的区域。这个区域相当于一个中转站，然后经过这里，送往配送中心，即大脑视觉皮层（visual cortex）。这个超大的配送中心里分很多很多层，每层又负责不同的任务。视觉皮层位于头的后脑勺，还记得《还珠格格 Ⅱ》里紫薇后脑勺碰了石头，然后盲了一段时间吗？所以在保护眼睛的同时，也要注意保护后脑勺哟。
眼睛只是视觉神经系统的一小部分，而负责处理视觉信号的，是位于后脑勺的视觉皮层
包裹们会首先进入初级视觉皮层，先拆开包裹，然后看每个物体是原本来自哪里的，然后分门别类地送往下一层。在下一层又会分析，每个包裹是什么颜色的，然后再下一层又看，这一堆包裹是个什么形状，那一堆是什么花纹；一层层下去，完成最基本的视觉信息的识别，在你的大脑中画出了看到的图像，然后还需要根据图像中物体和背景的关系，来进一步分析，哪里有阴影、物体之间的位置关系等等。最后把分门别类好的视觉信号发送到大脑的不同区域，去做更复杂的任务，譬如说，阅读、识别人脸、看电视等等。
这里我只是非常笼统肤浅地描述了视觉信号是如何被看到的。研究这个的学科叫“视觉神经科学（Visual Neuroscience）”。虽然哲学和神经科学常常有很多联系，但“视觉神经的工作原理是怎样的？”是可以单纯当成生物学问题看待的。“大脑里的神经活动是怎样引起了视觉认知，以及视觉认知相关的行为的”即视觉神经科学目标研究的主要问题。
为什么《还珠格格 Ⅱ》里的紫薇撞上石块后失明了？
难易程度
在《还珠格格Ⅱ》第34集里，紫薇后脑勺撞上了石块，结果失明了。1999年，才小学二年级的我，实在是太困惑了：那石头隔空打物，从后脑勺把前面的眼睛给弄坏了吗？
其实，眼睛是正常健康的，但视神经或是大脑的视觉皮层出现了损伤，也是会导致失明的。
在《还珠格格Ⅱ》里，慌乱之中，紫薇的后脑勺撞上了石块，结果醒来时已经看不见了。这可能是因为当时损伤了位于后脑勺的视觉皮层。因为之后她又恢复了视觉，我推测当时她可能只是暂时性地失去了视野（visual field）。什么是视野？当保持眼球不动，面向正前方注视正中央一个点时，你所看到的空间范围，就是视野。在学术上，紫薇的这种情况叫视野缺损（visual field loss）。
有趣的是，大脑被损伤的位置不同，所导致的视野缺失也不一样。下图中，红色区域为大脑损伤的部分（左侧大脑后脑勺处）以及相对应的视觉损失的视野区域。7
不同位置的视觉皮层损伤导致不同的视觉损伤。左列是左侧大脑，大脑上红色区域标示的是被损伤的区域。在此，为方便解释，所有的损伤都在左侧大脑。最上方表示正常情况下的左右两眼的视野。偏盲（hemianopia）：左侧视觉皮层受到损伤会导致“看不到”右侧视野。值得注意的是，无论眼球如何转动都无法看到右侧视野。象限盲（quadrantanopia），意思是视觉中看不见视野中的某一个象限……（说实话我更喜欢日本的翻译，叫“四分盲”，即四分之一盲）。还有最下方的视觉暗点（scotoma）
简单地来说，“左脑负责看右边，右脑负责看左边”。上图中的损伤都出现在左侧大脑，所以视野损伤都出现在右侧。在现实生活中，当出现偏盲的现象时，患者会将其形容为——“我的右眼看不见了”。实际上是整个右边视野看不见了，但因为缺乏神经科学的知识，以为视觉仅是由眼球决定的，误以为是右眼出了问题。
为什么要长两只眼睛？
难易程度
之前我看到了同一个话题的一篇果壳文章，开头很妙（但可惜我找不到实际的出处）。话题来自武则天，有天她问大臣们，为什么人要长两只眼睛？大臣们张口结舌，都答不上来，武则天则告诉大家，是为了当一只眼睛累了的时候，能睁一只眼，闭一只眼。这句话，本是武则天敲打大臣，要他们不要多管闲事，后来常被解读为“为人需大度，莫要斤斤计较”。
唉，忧国忧民的我真是为这帮大臣的生物学知识捉急（着急）哪……
这个问题很简单嘛，这个话题在学术上被称为双眼视觉（binocular vision）。
有两只眼睛，一方面是可以有更宽阔的视野，即使周边的信息不清晰，也能够有一些警醒作用。这对于常常被捕猎者设为目标的动物们异常重要，视野越宽广，越容易发现靠近的捕猎者。
另一方面就是能够对“视觉深度”的感知更加精准，换句话说就是知道一个物体离我们眼睛的距离有多远。当我们看着一个物体时，因为两眼之间有一定距离，所以两眼所接收到的图像会有不同，发送至大脑后，大脑便会分析两幅图像，从而更加精准地判断眼睛与目标物体之间的距离。然而，这个优势只有在双眼距离较小，两眼所接收到的图像有一定的重叠范围时才能发挥作用。当然，要是仅有一只眼睛也是能够估计这个距离的，只是不如有两只眼睛来得轻松精确。这一个视觉优势对于捕猎者异常重要：在追逐猎物时，运动的物体与自身的距离与捕猎成败息息相关。
要是武后兴趣浓厚一些，就该问，那为什么两只眼睛不放开一点？为什么有些动物的两只眼睛靠得近一些，有些两只眼睛分在头的两侧？
正如之前所提，双眼的两个优势相互牵制：如果想要更宽阔的视野，双眼就是分得越开越好；如果想要对一个运动的物体进行快速地跟踪，就最好让双眼靠近一些，有更多的重叠范围。所以，作为常被捕猎的“弱势”动物们，如兔子、羊、鹿，两只眼睛位于身体的两侧；而作为捕食者的鹰、狮子、老虎甚至蛇的双眼靠得都很近，且面向前方。最佳的对比例子就是鸽子和老鹰。即使在眼睛不动的状态下，鸽子也能看到300多度的视野，而老鹰只能看到不到120度，但有近90度为两眼视野的重叠区域。（唉，某鸟天生只有逃跑的命啊……）
冷知识：别看鸽子呆头呆脑的，即使你站在它身后，人家也是看得到你的哟。
鸽子和老鹰的视野范围。鸽子有将近全景的视野，而老鹰仅有120度视野。图中圆弧显示的是视野，深色区域为双眼视觉（Biocular vision），即双眼视野重叠部分；浅色区域是单眼视觉（Monocular vision），即只有一只眼能看到的范围
像我们人类这样双眼往前看的动物，（大多数，在正常状态下）两眼运动时是保持一致的。右眼往右看，左眼也按照相同的速度往右转动，使得视野范围向右平移。当然也有动物两只眼睛能够分别自行运动的，譬如说擅长伪装的变色龙，但毕竟人家是靠看环境、脸色吃饭的物种。
那为什么不能多长几只眼睛，甚至放一个在后脑勺呢？对神经系统来说，眼睛是一个很昂贵的配件，不仅眼珠，连相连的神经纤维都非常精细，也占据相当的空间，更重要的是分析视觉信息需要占据大脑很多的分析资源。生存，就是一路的妥协。
这一点，你可能从未意识到，但希望读完这一章之后，你能够理解，视觉神经系统是一个多么精致、设计巧妙的系统；在读完这本书之后，希望能让你理解，视觉仅是神经系统的诸多功能中的一个小小方面。人类的进化，一路上充满了我们与自然环境、与其他的物种之间的争夺和妥协。而对神经系统中的各个功能而言，相互之间，也在进行着无声无息的竞争。
闭上眼，在视野里漂浮的那些奇怪的东西是什么？
难易程度
70%的读者看到这句话就应该知道我说的是什么，特别是在看到很亮的单色平面时（如蓝天），很容易看到奇怪的半透明漂浮物，而且这些漂浮物还会缓慢向视野下方或左右两边滑动。还不知道我在说什么？那你就是那剩下的30%，那东西大致长这样：
当光线充足，仰望蓝天的时候，偶尔在视野中会看到透明、蜘蛛丝一般的玩意儿飘来飘去，即使转动眼珠，它们还是在那儿
那到底是什么？为了展示，上图将它的颜色加深了许多。如果你看了这张图还是不理解，说明你从未有过这样的体验，建议直接跳过这篇文章。说实话，直到大三，我一直以为是我自己眼睛的问题。大三上主修课视觉神经的时候，老师说大多数人会看到这种漂浮物，叫floater（玻璃体浮游物），中文俗称“飞蚊症”。
人的眼球中心是由一种无色透明的胶状物体填充的，叫玻璃体，起着撑起眼球并固定视网膜的作用。而这些蜘蛛丝般的浮游物，实际上就是玻璃体里的一些搅在一起的蛋白质所造成的阴影。
当光线很亮，穿过晶状体时被这些蛋白质挡住，在视网膜上造成了阴影，进而看到了像上图一般，轮廓清晰但中间透明的样子。这些一坨一坨的蛋白质不是什么有害物体，实际上你时时刻刻都看得到它们，不过因为不明显，大脑也习惯了，所以你一般不会意识到它们。实际上眼内的血管也会挡住光线，但因为血管的位置是固定的，大脑习惯后，就会无视血管。另一种情况是，眼内出血会导致红细胞进入玻璃体，也会导致飞蚊症，特别是当玻璃体将这些红细胞推向视网膜时，会呈烟雾状出现。
一般来说，飞蚊症只是有些烦，不会对视觉有什么影响，但在严重的情况下，有时会很容易让人分心。而且近视的人特别容易出现较为明显的飞蚊症。老年人也更容易受到严重的视觉困扰，特别是在白内障手术之后。现在的年轻人因为用眼过度，也会导致飞蚊症的出现。当飞蚊症非常严重时，可以通过将玻璃体吸出，替换为类似的胶体来治疗，但这种手术很容易有严重的后遗症，所以若非飞蚊症严重影响视觉，不会建议患者用手术治疗。
如果你和我一样，闭眼后，有光线通过眼皮都会看到漂浮物的话，要好好注意用眼卫生了。用眼卫生不仅仅对青少年很重要，对我们成年人来说也是需要注意的。
大脑骗局的泄密——裙子到底是蓝黑色还是白金色？
难易程度
2015年3月初，有一条裙子，让很多人友谊的小船翻了又翻。“你觉得这条裙子的颜色到底是蓝黑还是白金？”成为很多人那两周见面聊天的开篇话题。你要是说不知道我在说什么，你肯定不怎么玩朋友圈。请自行上网搜索“蓝黑裙子”。
无论是看成白金还是蓝黑都和色盲色弱没关系，对一个物体的颜色的感知，不仅仅是“所见及所知”，而且是通过分析物体及周围的环境（如背景亮暗等），是将物体与环境一起分析、杂糅而成的。把这条原本蓝黑色的裙子，看成一条白金色裙子，只是一个“正常”的视觉错觉而已。
在睁着双眼的每一刻，大脑都会收到很多很多视觉信息。为了能够快速地分析这些信息，通过多年的学习，大脑会预先设计一些捷径，譬如说“人脸都是凸出来的”，或是“当光线暗的时候，看到的颜色和物体本身的颜色会很不一样”。这些捷径在大多数时候都是很管用的，帮大脑节省了大量的时间和精力，对人类的进化生存以及我们现在的日常生活有非常大的帮助。
