人性属于一个科学议题，随着新事实的不断涌现，我们关于这一概念的理解也会发生改变。有时候，新的事实可能会表明，某些理论或许过于强调人类大脑中的先天结构了。例如，我们拥有的语言天赋可能并不涉及掌握名词、动词、形容词和介词，我们只是能够区分一个词是更像名词还是更像动词罢了。而另一些时候，我们可能会发现，某些理论对人类大脑的先天结构又过于忽略了。当前，没有任何一种人格理论能够解释为何被分开抚养的一对同卵双胞胎都会喜欢将橡皮筋绑在手腕上，或者总是在拥挤的电梯里假装打喷嚏。
另一个值得注意的问题是，大脑是如何运用我们通过感觉获取到的信息的。我们在语言和社会互动方面的机制一旦被启用，某些类型的学习或许仅仅是在记住将来可能有用的信息，如某个人的姓名或者一条新的法律条文内容。另一些类型的学习可能包括拨打电话、按动开关或者计算平均数，这些情况类似于仪器装置就绪而输入的参数未定，这时大脑就会搜寻出当前情境涉及的特定变量。还有一些类型的学习是使用常规环境提供给我们的，诸如地心引力、各种颜色以及视觉领域中的各种线条之类的信息来调整我们的感觉运动系统。同时，先天禀赋和后天教养之间还存在其他一些交互作用方式，两者之间存在的大量交互作用使它们之间的界限变得日渐模糊。
本书基于的是这样一种判断：不管相关研究最终能精确到何种程度，人性都必然是普适的和复杂的。我想，我们应该有理由相信，人类大脑中存在着一系列用于推理和沟通的情感、动机和能力方面的组织结构，这些结构有着共同的逻辑，不会因文化不同而变化，既不可能被消除掉，也不可能对其进行再造，它们是在人类进化过程中通过自然选择形成的，它们的一些最基本的构造以及某些变异是由基因组中的信息决定的。对人性这样一个大致的判断，意味着我们需要去接受当前和未来的一系列理论以及大量可预见的科学发现。
但这并不意味着我们要接受任何理论和研究发现。可以想象的是，科学家们可能会发现，没有足够的信息表明基因组中存在着明确负责先天神经活动的基因，或者他们会发现大脑中尚不存在能容纳先天神经活动的机制。又或者，他们可能会发现，大脑中的物质都是有多种用途的，因此它能够吸收感知器官输入的任何形式的信息并对其进行组织，从而实现各种目标。前一种研究发现决定了先天组织不可能存在；而后一种发现则决定了先天组织没有存在的必要。这些发现将使得人性这一概念受到质疑。与那些来自道德和政治领域对人性概念的质疑（亦即我将在本书后面的章节中讨论的那些质疑）不同的是，上述这些质疑是从科学角度提出的。如果真有这样一些发现的话，我觉得最好要先对它们进行一番仔细地审视。
本章关注的是三方面的科学进展，这些科学进展有时候会被认为消解了复杂人性存在的可能性。第一个方面的挑战来自“人类基因组计划”（Human Genome Project）。当人类的基因组序列在2001年被首次公布出来时，遗传学家们感到很诧异，因为基因的数目比他们之前预计的少了很多。统计出来的基因数目大概在3.4万个左右，而之前估计的数目在5万～10万个之间。一些报刊的评论文章认为，基因的数目较少，意味着大脑不能承载太多的事物，因此，任何认为存在先天才能或者禀赋的说法都站不住脚，甚至还有人将这视作对自由意志的辩护：大脑这个机器越小，留给自由意志这个幽灵的空间就越大。
第二方面的挑战来自用计算机模型来比拟神经网络，进而对认知过程进行研究取得的一些发现。这些神经网络模型在解释大脑如何掌握它所接收的信息的统计模式方面非常成功。一些来自认知科学中的联结主义学派的模型构建者认为，一般的神经网络就能解释人类所有的认知活动，基本，或者说根本不存在特定的负责某种先天特定能力（如社会性推理和语言）的神经网络。在第2章中，我们提到了联结主义的奠基人戴维·鲁姆哈特和詹姆斯·麦克兰德，他们认为，人类之所以比老鼠聪明，只是因为人脑中有着更多的联络皮层，并且人类的环境中包含着能够将其组织起来的文化。
第三个方面的挑战来自对神经系统可塑性的研究。这些研究考察了胎儿和婴幼儿大脑的发展机制，以及动物的大脑在学习记录这些经验时的作用方式。神经科学家最近的研究已经揭示出了大脑在进行学习、实践和处理获得的感官信息的变化方式。从这些发现引申出来的一种观念可以被称为极端可塑论。按照这种观念，大脑皮层（负责感知、思维、言语和记忆功能的呈螺旋状的大脑灰质）属于一种多变物质，它可以随着环境和要求的改变而发生无限可能的变化。如此一来，空空如也的白板就变成了可塑板。
联结主义和极端可塑论在西极学派的认知科学家中间非常盛行，他们否认大脑如同一块白板，却试图将先天的大脑组织结构限定在注意与记忆偏差之内。无论是对于神经科学家还是对于企业家来说，极端可塑论都具有确切无疑的吸引力，因为神经科学家们想要强调他们的研究领域对于教育和社会政策的重要性，而企业家们则急于出售那些促进婴儿发育、治疗学习困难或是延缓衰老的商品。在科学领域之外，这三方面的研究进展也受到了不少人文学科领域学者的青睐，这些人试图抵制生物学对人文领域的侵蚀。可以说，基因组数目的缩水、联结主义以及极端可塑性理论是“白板说”最后的救命稻草。
本章的主旨在于，阐明上述这些主张并不是“白板说”的辩词，而是“白板说”的衍生物。包括一些科学家在内的不少人都抱有先入为主的看法，认为大脑不可能有什么先天的组织结构，或是过于简单地认为，如果大脑中存在先天的组织结构，那么这种结构又是如何在基因中进行编码，并在大脑中得以发展的呢？因此，他们会选择性地看待有关证据，有时甚至达到了莫名其妙的地步。
从一开始我就认为，“白板说”的这几种新理论非常令人难以置信，事实上，这些理论几乎没有逻辑条理。大脑里一无所有，那么它就什么也产生不了，因此大脑的复杂性必然有其出处。它不可能仅仅来自环境，因为拥有大脑的关键之处在于它会实现某些特定的目标，而环境无法告诉我们这些目标应该是什么。特定的环境会促使有机体能够修筑水坝，依据星象而迁徙，通过舞动和叫声来吸引雌性的注意，用腺体在树木上做标记，写十四行诗，等等。对于某个种族而言，某句话可能寓意着逃走的警告；而对于另外一个种族来说，这句话可能很新奇，会被新纳入他们的语音体系中；而对于其他的种族而言，他们又可能会把这句话作为语法分析的对象。因为，信息本身并不能告诉你应该怎么做。
同样，大脑组织也并非什么可以使人类个体获得某种实用能力的妖魔鬼怪。它只是一种生理机制，一种能够按照特定的方式将输入转化为输出的物质组合。那种认为单一的普通物质可以做到深入洞察、控制手部活动、吸引伴侣、养育孩子、躲避捕食者和战胜猎物等一系列活动，而无须分化为特定的具体用途的看法并不可信。与其认为大脑之所以能够解决这些问题是因为它的“可塑性”，还不如说大脑是通过魔法来解决这些问题的。
在本章中，我还会对那些反对人性概念的最新科学发现进行深入的检验。从其自身来看，这些发现都非常重要，即使它并不支持之前得出的一些过于夸张的结论。对“白板说”的这些救命稻草进行评估后，我们就能准确地总结出反对“白板说”的科学论据。
基因重要，环境也重要
人类的基因组通常被视为人类这个物种的精华所在，因此，在2001年人类基因组序列被公布出来后，评论者们蜂拥而至的场景也就毫不奇怪了，他们纷纷运用它来对人类的各种事件进行科学的阐释。克雷格·文特尔（Craig Venter）[5]的公司塞莱拉曾经与一家公共事业机构在基因序列的研究方面展开竞争，文特尔在一次新闻发布会上提出，基因数目比预期的要少。他说：“我们拥有的基因数目并不足以证明生物决定论是正确的，人类的多样性并非是由我们的遗传密码决定的，我们所处的环境才是关键所在。”在英国，《卫报》将这一言论作为了头条新闻：“……已经发现了人类行为的秘密所在。决定我们行为的，是环境而不是基因。”另一家英国报纸的社论这样写道：“看上去，我们原有的自由应当远远超出了目前已经获得的自由。这一发现也会让左派感觉很欣慰，因为他们认为不论出身如何，每个人都有着巨大的潜力。然而，它斥责了右派对统治阶级和原罪的偏爱。”
所有的一切都源自于3.4万这样一个数目！如此一来就产生一个问题：基因的数目究竟要达到多少才能够证明人类的丰富多样性是由我们的基因密码决定的？才能证明我们未来所能获得的自由将少于我们现在所拥有的？才能证明右派是对的而左派是错的？是5万个还是15万个？或者反过来，如果研究结果表明人类的基因数目是2万，这能否表明我们原本应该更加自由？或者说环境的作用应该更大？又或者左派会更加感到欣慰？事实上，没有人知道这些数字意味着什么。没有人知道要多少个基因才能构成大脑的一个功能单元，构成一个通用的学习模式，或者构成介于这两者之间的任何事物—更不用说原罪或是统治阶级的优越性了。因为目前尚无法知晓基因是如何构建出大脑的，因此，人类基因组中的基因数目只是一个数字而已。
如果你对此不以为然，那么就请思考一下秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的例子吧。这种小线虫拥有约1.8万个基因，按照那些基因组评论家们的逻辑，它的自由、多样性和潜能应该是人类的两倍。而事实上，这种线虫只有在显微镜下才能看清楚，它由959个细胞构成，严格地遵循基因程序而发展为一个神经系统，这个神经系统由302个神经元依照固定的线路图构成。就其行为而言，它的进食、交配、趋近或逃避特定的气味等活动也很有限。单就这些，就可以使我们显而易见地认识到，人类的自由和行动的多样性源于我们所具有的复杂的生物学构造，而并非某种单一的构造。
因此，真正神奇的是人类拥有的细胞数以百万亿计，神经细胞数以千亿计，但我们真正需要的基因数目只是蛔虫这样低级生物的两倍。许多生物学家认为，人类基因的统计数目可能被低估了。基因组中的基因数目只能是粗略的估算；就现阶段来说，它们的确切数目尚无法统计出来。基因估算程序寻找的是DNA中那些与已知基因相似的基因序列，以及那些具有足够活性、能够参与到蛋白质形成过程中的基因序列。那些人类独有的基因或者仅在形成胎儿的大脑时具有活性的基因（这些都是与人性最相关的一些基因）以及其他一些不易察觉的基因可能没有被纳入到估算范围中。当前有一些不同的看法，认为人类的基因数目应该是5.7万个或者7.5万个，甚至是12万个。然而，即便是人类拥有的基因数目是蛔虫的6倍，而不是2倍，这依然是一个难解之谜。
许多对此感到迷惑不解的生物学家并没有得出结论说，人类没有我们之前想象的那么复杂。相反，他们认为，基因组中的基因数目与有机体的复杂程度并没有什么关系。基因与生理构造并不是一一对应的，并不是说一个有机体有2万个基因，它就有2万个生理构造，或者说一个有机体有3万个基因，它就有3万个生理构造。基因构成了特定的蛋白质，其中某些种类的蛋白质形成了有机体的肉体和体液。但其他一些种类的蛋白质则可能会开启或者关闭基因的功能、增加或者抑制它们的活性，或者将其他蛋白质分解或合成新的化合物。詹姆斯·沃森指出，过去我们总在直观上认为，特定数目的基因负责特定的功能，而现在，这种看法应该有所调整了：“想象一下，如果你观看的是一出有3万名演员参与的戏剧，最后你可能就会糊涂了。”
通过基因间的交互作用，一种有机体被构建的过程可能比另一种有着和它一样基因数目的有机体的构建过程要复杂得多。对一个简单的有机体来说，许多基因共同构建成了一种蛋白质，并且这种蛋白质形成了该有机体的组成部分。对一个复杂的有机体来说，一个基因可能开启了另一个基因的功能，并由此又激发了第三个基因的活性（但这只有在第四个基因具有活性的情况下才行得通），而第三个基因又关闭了第一个基因的功能（但这只是在第五个基因不具有活性的情况下才可以），如此等等。这实际上描绘了在基因数目一定的情况下，如何构造出更为复杂的有机体的方法。这样一来，有机体的复杂程度不仅取决于基因的数目，而且还取决于用方框-箭形图描绘的基因之间互相作用的复杂程度。增加一个基因，并不意味着仅仅是增加了一个成分，还意味着基因之间互相作用的方式也将成倍增加，因此，有机体的复杂性取决于活性基因和非活性基因可能的联结方式。遗传学家让-米歇尔·克莱威利（Jean-Michel Claverie）认为，可以将基因数目作为2（活性基因与非活性基因）的乘方的指数，从而估算出有机体的复杂程度。按照这种方法计算的话，人类基因组的复杂程度就不是蛔虫的2倍，而是它的216 000倍（计算出来的数字有4 800位。）
基因的数目并不能反映出基因组的复杂程度，这可能还有另外两个原因。一个原因是，一种基因可能不止会参与一种蛋白质的合成，而会参与几种蛋白质的合成。就像在杂志的文章中插入广告一样，一个基因通常被分解成DNA上的几个片段，负责蛋白质片段的编码（编码序列），而DNA上那些不参与蛋白质片段编码的片段（基因内区）则插入到了这些片段中间。因此，一个基因的片段可以按照多种方式结合起来。一个由A、B、C、D四种编码序列构成的基因，可以按照ABC、ABD、ACD等方式合成蛋白质—每个基因可以合成10种不同的蛋白质。与简单的有机体相比，复杂的有机体中更可能出现这样的合成方式。
第二个原因是，这3.4万个基因只占人类基因组的3%。人类基因的其他部分，还包括并不负责蛋白质编码的DNA以及可以被看成“垃圾”的DNA。但正如一位生物学家最近指出的那样，“‘垃圾DNA’这个词暴露了我们的无知”。不负责编码的DNA的规模、排列以及构成内容会对激发其周围基因的活性，从而合成蛋白质的方式产生巨大影响。基因组那些不负责编码的区域的数百万个基本构成部分包含的信息，是决定人类个体特殊性的因素之一，也超过了3.4万个基因包含的信息。
因此，尽管存在一些奇怪的看法（认为人几乎和蠕虫一样简单），但人类的基因组完全能够构建出复杂的大脑。当然，“人类的复杂多样性并不是由我们的遗传编码决定的”，但我们并不需要借助于基因的概念来说明这一点—我们早就知道，一个在日本长大的孩子会说日语，同样的，如果这个孩子在英国长大的话，就会说英语。我们在本书的其他章节中还会讨论这一问题：为了构建某种道德立场，科学发现被篡改得面目全非，而这种道德立场借助于其他理论基础原本是可以更容易建立起来的。
联结主义
关于“白板说”的第二种科学辩护来自联结主义，该理论认为，大脑就像计算机中的人工神经网络，可以掌握各类统计模式。
认知科学家认为，组成大脑指令系统的一些基本过程（比如，对联结的储存和提取，对各要素的排序，注意聚焦，等等）通过大脑中紧密交织的神经细胞（大脑细胞）网络而得以执行。那么问题在于，某种类型的神经网络在经由环境塑造之后，能否解释人类所有的心理活动？或者说是由基因组形成了不同的神经网络，以符合诸如语言、视觉、道德、恐惧、性欲和直觉心理学等特定领域的需要？当然，联结主义者是不会信奉“白板说”的，但是他们却信奉最可靠的机械论学说，即他们认为大脑是一个通用学习装置。
神经网络究竟是什么呢？联结主义者使用这一概念，指代的并非是大脑中真实的神经回路，而是作为一种隐喻，指代基于神经元和神经线路的计算机程序。在最常见的理论取向中，“神经细胞”携带的信息活跃程度高低不一。它们的活动水平标志着客观世界的某种单一特征的存在或不存在（或者说是强烈程度和确信程度）。这些特征可能是某种颜色，或者是一条具有一定倾斜度的线条，或者是字母表中的某个字母，又或者是某种动物拥有四条腿的特性。
神经网络可以表示不同的概念，这主要取决于神经网络中哪些神经细胞处于激活状态。如果与“黄色”“飞行物”“歌唱”这些概念相对应的神经细胞处于激活状态，那么神经网络就会联想到“金丝雀”；如果与“银色”“飞行物”“轰鸣声”这些概念相对应的细胞处于激活状态，那么神经网络就会联想到“飞机”。人工神经网络是按照这种方式进行运算的：神经细胞通过类似于突触的结点与其他神经细胞发生联系。每一个神经细胞都会对来自其他神经细胞的输入信息进行运算，并相应地改变其活动水平。神经网络通过信息输入来改变细胞之间的联结强度，从而掌握相关信息。联结的强度决定了负责信息输入的神经细胞激活或抑制那些负责信息输出的神经细胞的可能性。
联结主义的神经网络之所以能够学会对各类事物进行运算，主要有赖于神经细胞代表的是什么，它们之间是如何具有先天性联系的，经过训练之后这些联结会发生怎样的变化。如果任何一种事物都与其他事物存在联系，那么神经网络就会将一系列事物所有特性之间的联系都纳入其中。例如，在给出了关于许多鸟类的特征描述之后，神经网络就能够做出假定，具有歌唱特征的事物往往能够飞翔，有羽毛而又能飞翔的事物往往会歌唱，或者既会歌唱又会飞翔的事物往往长有羽毛。如果一个神经网络中的输入层面与输出层面发生联系，它就能够掌握两种观念之间存在的联系，比如，小型软体飞行物是动物，而大型金属飞行物是飞行器。如果该神经网络的信息输出层面将信息反馈到了前面的信息输入层面，那么神经网络就会按照既定次序做出标记，比如构成单词的某些发音。
神经网络模型的吸引人之处在于，这些网络能够自动地将已有的联系推广应用到类似的新项目上。如果某个神经网络已经从训练当中得知，老虎食用“Frosted Flakes”（一种著名的谷类食物品牌），那么它就会总结出，狮子也食用“Frosted Flakes”，因为“食用Frosted Flakes”并没有和“老虎”联结起来，而是与“吼叫”“长有腮须”等更为简化的特征联结在了一起，而这些特征同时也构成了关于“狮子”的表征。与洛克、大卫·休谟（David Hume）及密尔等人拥护的联结主义学派一样，联结主义学派也声称，这种类化正是智慧的关键所在。如果情况果真如此，那么经过严格训练的其他类别的神经网络也就可以对人类智慧进行解释了。
计算机模型建构者往往将他们的模型用于一些简单化的游戏问题上，以此来证明这些模型大体上是有用的。于是，就引申出这样一个问题：这些模型能否“按比例扩大”，以使其能够解决一些更具现实性的问题？或者，像怀疑论者说的那样，这些模型建构者是在“上树捞月亮”。在此，我们发现了联结主义存在的问题。在阅读一长串词语或者学习各种关于动物的固定看法等一些限定性的问题上，简单的联结主义网络能够展示出超凡的记忆能力和概括能力。然而，在模拟那些更接近现实生活的人类智慧的特征方面，比如，理解语句或者对生命体进行推理，联结主义网络显然具有局限性。
人类并非只是随意地将彼此之间具有相似性的事物联系起来，也不是单纯地将经常出现在一起的事物联系起来。相反，人类大脑拥有联合智能，能够形成各种理论假设：例如，关于事物的真实情况是怎样的，对哪些人做了什么事情，时间、地点和原因是什么，等等。这些都依赖于一个复杂的运算体系，其复杂程度远远超过了通用联结主义神经网络中神经细胞间纷乱复杂的联结。该运算体系还需要具备像规则、变量、命题、目标状态和不同类型的数据结构等类型的逻辑构建，并将它们组织成一个更大的系统。包括盖瑞·马库斯（Gary Marcus）、马文·明斯基（Marvin Minsky）[6]、西摩·佩珀特（Seymour Papert）、杰瑞·福多、芝诺·派利夏恩（Zenon Pylyshyn）、约翰·安德森（John Anderson）、汤姆·贝弗（Tom Bever）、罗伯特·哈德利（Robert Hadley）在内的不少认知科学家都证明了这一点。同样认同这一点的还有一些不在联结主义学派之列的神经网络模型的提出者，比如，约翰·赫梅尔（John Hummel）、洛肯德拉·夏斯特里（Lokendra Shastri）、保罗·斯莫伦斯基（Paul Smolensky）。对于联结主义的局限性，我曾经在一些学术性文章和通俗读物中都进行过详细阐述，这里对我自己的部分观点仅作简要说明。
在《心智探奇》（How the Mind Works）[7]中有这样一个章节，叫作“联结浆糊”（Connectoplasm），其中我列举了一些简单的逻辑关系，这些逻辑关系暗含在我们对一个完整思想（比如某句话的含义）的理解背后，却很难用通用的网络模型进行表征。第一种能力是对某个种类和某个个体之间的区别做出鉴别的能力：作为通称的鸭子和某个特定的鸭子。这两者之间具有一些共同特征（如游泳、嘎嘎叫、有羽毛等），而在标准的联结主义模型当中，它们同样是由一些活跃的单元序列所表征的，但人们却很清楚这两者之间的区别。
第二种能力是综合，即能够形成一种复杂的新思想的能力。所谓新思想，并非只是将简单想法合并起来，而且还包含它们之间的各种关系。比如，“猫捉老鼠”就不能通过对“猫”“老鼠”“捕捉”这样的单元进行逐一激活的方式来获得。
第三种能力是量化逻辑（或者说对变量的绑定）：比如，对“一直在捉弄一部分人”和“有时候会捉弄所有的人”进行区分。如果没有像“x”“y”“括号”这样的运算替代符号以及像“对所有的x来说都成立”这样的陈述，那么网络模型也无法告诉你这两者之间的差别。
第四种能力是递推：将一种思想嵌入另一种思想中，这样一来，我们不仅能够接纳“艾维斯还活着”这样的想法，而且还可以接纳“《国家问询者》报道说艾维斯还活着”这样的想法，或者可以接纳“一些人认为《国家问询者》报道说艾维斯还活着”这样的想法，或者“令人惊奇的是，一些人认为《国家问询者》报道说艾维斯还活着”的想法，如此，等等。联结主义网络将会对这些命题进行叠加，因此也就混淆了它们使用的各种主语和谓语。
最后一种令人费解的能力，是我们能够做出直接的而不是含糊不清的推理：比如，我们会知道鲍勃·迪伦（Bob Dylan）是一位祖父，尽管他看上去不像一个祖父，或者知道地鼠不属于啮齿类动物，尽管它们看上去很像老鼠。如果什么也没有，只有一小簇的神经细胞来代表客体的特性，而且也没有对规则、变量、定义进行界定，那么神经网络只有借助于固定的模式，而在面对一些非典型案例时，它就会感到很困惑。
在《语词和规则》（Words and Rules）一书中，我对一种单一的语言现象进行了细致研究，并将其作为个案来检测联结网络在解释语言实质方面的能力。这种语言现象就是将词语或者只言片语组合从而形成新的词语搭配。人们不只是记住一些语言片段，而且还能够创造出新的语言。比如，一个很简单的例子就是英语中的过去式。像“to spam”或者“to snarf”这样一些既定的新词，人们无须翻词典来查看它们的过去式是怎样的，他们本能地就会知道这些词的过去式是“spammed”和“snarfed”。个体在2岁左右就具备了合成新词的能力，这个时期的儿童会不断地运用那些不规则动词的过去式后缀，比如“We hold the baby rabbits”（我们捉住了小兔子）和“Horton heard a Who”（霍顿认识无名氏）。
很显然，要解释这种能力，需要借助于大脑中的两种运算操作。像“held”和“heard”这样的一些被储存在记忆中的不规则词语，用的时候需要从大脑提取，就同其他的词语一样。像“walk-walked”这样的规则形式可以通过语法规则的心理描述（mental version），即“在动词后面加上‘ed’”来生成。即使个体失忆，他依然会使用这条规则。当遇到的词语不熟悉或者其过去式没有储存在记忆中时，就会运用到这一规则。比如，对于“to spam”，当儿童不能够回想起像“head”这样的不规则形式，而又需要一定的方式来标示出它的时态时，儿童就会运用这一规则。将某个后缀与动词结合起来只是关于人类重要能力的一个简单例子：将词语和短语结合起来形成新的句子用来表达新的思想。这是第3章中介绍的认知革命的新观点之一，它是对我在前面讨论中提到的联结主义的一种逻辑层面的挑战。
联结主义者曾经用过去式作为他们的试验场，以此来考证能否在不使用规则和不把大脑活动过程划分为记忆系统和语法合并系统的情况下，对这一体现人类创造性的范本进行复制。有一系列的计算机模型都试图用简单的联结网络模型来生成过去式。这些网络通常是把动词中的声音和过去式中的声音联系起来：如，“am”和“ammed”联系起来，“ing”和“ung”联系起来，等等。这些模型通过类比就可生成新的形式，正如从老虎类化到狮子一样：掌握了“crammed”，模型就可以猜测出“spammed”；掌握了“folded”，模型就会生成“holded”。
然而，人类讲话的能力远不止会从声音联想到声音，因此这些模型不可能完全做到与人类相仿。之所以如此，是由于这些网络模型缺乏解决逻辑关系问题的机制。多数模型在面对那些发音不同于已知词语的新词时，都会感到很困惑，因而它们不可能通过类比产生新词。比如，假定碰见一个新词“flig”，多数模型并不会像人类那样联想到“frilged”，相反，其会联想到一个非常奇怪的混合“freezled”。这主要是因为，这些模型并没有设置变量，如代数中的x或者语法中的“动词”，不管对某一范畴的属性的熟悉程度如何，对于该范畴中的任何元素来说，这些变量都是适用的。正是这种配置使得人们可以进行明确的而不是含糊不清的推理。网络模型只能让一部分发音与另一部分发音联系，因此，当遇到一个陌生的动词时，由于其发音与以往习得的任何词语的发音都不同，它们就会从网络中搜索最为相似的发音，并把这些发音拼凑在一起。
同样，这些网络模型也不能对那些有着相同发音但过去式不一样的动词加以区分，比如“ring the bell-rang the bell”（摇铃）和“ring the city-ringed the city”（环绕城市）。这主要是由于标准模型表征的只是声音，它们并不清楚那些需要进行不同变形的动词之间在语法上的差异。这里最关键的区别在于：像“ring”这样简单的词根表示的意思是“发生共振”（其过去式为“rang”），而由名词“ring”衍生而来的比较复杂的动词代表的是“环绕”（过去式为“ringed”）的意思。为了记录这些差别，一种语言使用系统必须配置有分组数据结构（比如“由名词ring转化来的动词”），而不仅仅是各个基本单元的简单合并。
然而，另一个问题是，联结主义网络模型对那些输入的统计资料进行了严密的追踪：以确定对每一种发音模式而言，它们可能会存在多少个动词形式。这就使得它们不能对这样一种现象做出解释：儿童发现了过去式的“-ed”规则之后，就开始出现诸如“holded”或“heared”之类的错误。联结主义网络模型提出者只有通过频繁、持续地输入规则动词（由此向网络灌入“-ed”规则）才能引发类似的错误，而这种方式完全脱离了儿童的经验。最后，来自认知神经科学的大量证据表明，语法组合（包括规则动词在内）和词汇查找（包括不规则动词在内）在大脑内是由不同的系统分别进行处理的，而不是由某个单一联想网络进行处理的。
问题并不在于，神经网络模型能否理解句子的含义，或者是能否完成语法结合的任务。它们最好不具备这种能力，因为那种认为思维属于一种神经系统运算形式的观念蕴含的意思是：某种神经网络能够对大脑所做的一切进行复制。问题在于这样一种观念：只要进行充分练习，人类就可以使用通用模型去从事任何活动。许多模型提出者都对网络模型进行了加强和翻新，或者是将这些模型合并到了那些更加复杂、更加强大的系统当中。他们认为，可以由一些大块的神经网络硬件专门用来负责那些像“动词”或者“命题”这样的抽象符号，而将一些其他机制（比如同步发射模式）联结在类似于创作型和复述型的符号结构中。模型提出者们还认为，存在一系列负责词语、英语后缀，负责关键语法特征的神经细胞。他们还认为，存在一种可以在记忆中提取不规则形式的网络，和另一种能够合并动词与后缀的网络，两者共同建构成了混合系统。
一个由扩大的子网络构建而成的系统可以逃脱所有的批评。但这样一来，我们讨论的对象就不再是某种通用的神经网络模型了，而是变成了某种复杂的系统，它天生就是为了完成某项人们擅长的任务的。在童话故事《石头汤》中，一个流浪汉借用了一位妇女的厨房，宣称要用石头做汤。但他一步一步地请求妇女给予他越来越多的原料来调和汤的味道，最终，他借助这位妇女提供的材料做出了一锅丰盛的汤。那些认为不需要任何先天事物就能从通用的神经网络中构建出智力的联结主义模型支持者，与故事中流浪汉的行为如出一辙。使神经网络变得更为智慧的设计选项还包括对大脑中的先天结构进行建模，这样就能明白每一个神经细胞会对什么东西做出反应，它们如何联结在一起，什么样的神经网络会并入更高一级的系统之中，以及以什么方式并入等问题。
这些设计通常是经过模型提出者们精挑细选的，就如同发明者在装有晶体管和二极管的盒子内细致地搜寻那样。然而在真正的人脑中，那些构造是通过自然选择演化而来的。当然，一些神经网络的模型构造是从对自然选择的模拟过程演化而来的。唯一可行的解释是，以往学习的某些情节会使得神经网络处于一种准备状态，从而能够进行当前的学习活动。不过问题在于，引发初始学习过程的神经网络必然是先天就被划分好了的。
因此，那些认为神经网络可以用统计学习来替代心理结构的流言是不真实的。简单的通用网络并不能达到人类思维和言语的最基本要求；复杂且经过分化的网络只是一锅石头汤，其中大量有意义的工作都是围绕着如何设置网络内部的先天神经线路进行的。一旦认识到这一点，神经网络模型就成了复杂人性论不可或缺的一个补充，而不是替代物。神经网络模型消除了基本认知步骤和大脑生理活动之间的沟壑，从而在生物学与文化之间的解释链条上发挥着重要的纽带作用。
神经系统的可塑性
从其形成历史来看，神经科学大部分时间都面临着一种尴尬：大脑似乎在每一个具体方面都是先天分化好了的。就身体而言，我们可以看到个体生活经验带来的诸多影响：比如，皮肤是棕褐色的或者苍白的，是结了硬茧或者柔软的，是骨瘦如柴、臃肿不堪又或是轮廓分明的。然而，在大脑中并不会发现这样的烙印。那么，肯定是我们的描述存在一些问题。人们通过学习可以获得大量的知识—掌握他们自己的语言、文化、技术和事实资料等。同样，一个750兆的基因组不可能对大脑中数百万亿的联结进行逐个分化。大脑必定是以某种我们不知道的方式发生着变化，以应对外部环境输入的信息。那么唯一的问题就是，大脑是如何发生变化的？
现在我们终于开始探讨大脑是如何发生变化的了。神经系统的可塑性是科学家们研究的热点问题。几乎每周都能看到与之相关的研究成果。这些成果揭示了大脑在子宫中的分化过程以及个体出生后大脑适应外部环境的方式。尽管在这数十年间并没有人真正弄清楚过大脑中究竟发生了什么变化，但关于大脑可塑性的发现对天性与教养之争起到了推波助澜的作用，这并不奇怪。一些人将大脑的可塑性描述成了可以扩展人类潜能的一个征兆，认为可以通过利用大脑潜能来对儿童教养方式、教育、医疗和老龄化等问题进行改革。
而且，还有一些宣言声称，大脑的可塑性证明了大脑不可能具有任何重要的先天性组织。杰弗瑞·艾尔曼以及由西极学派的联结主义者组成的研究小组在《关于天性的再思考》一书中写道：“以不同的方式去思考不同事情（比如语言、人类和物体等）的倾向性或许只能作为捕捉人们注意力的工具在大脑中实现，从而确保有机体能够接收到在后续学习开始之前必须输入的特定大量经验。”理论神经科学家史蒂芬·夸兹（Stephen Quartz）和特伦斯·谢诺沃斯基（Terrence Sejnowski）在一份“建构主义宣言”中写道：“尽管大脑皮层并非一块白板……然而在生命早期阶段，大脑皮层在很大程度上近似于一块白板，因而那些天赋论看起来令人难以置信。”
毫无疑问，神经发育和大脑可塑性成为了人类知识新领域的重要组成部分。一组线性的DNA序列是如何负责如此错综复杂，使我们能够思考、感知和学习的三维器官装配的呢？这是一个令人难以想象的问题，它吸引着神经科学家为之进行了数十年的探索，此外，它还证明了那种认为我们正在到达“科学终点”的看法是错误的。
这些研究发现本身很有吸引力，同时也颇具挑衅意味。众所周知，大脑皮层（表层灰质）可以被划分成不同的功能区。一些区域代表特定身体部分的功能；另一些区域代表视野或声音方面的功能；还有一些区域则侧重于代表言语或思维。现在我们知道，经过学习和训练之后，这些区域之间的界限可能会发生改变。但这并非意味着大脑组织能够生长或萎缩，只是意味着如果用电极对大脑皮层进行探测或者用扫描仪进行监测的话，可以发现脑区之间的界限会有所变动，而界限就是大脑功能停止和功能开启的地方。例如，对于小提琴演奏者而言，他们的大脑皮层中代表左手手指功能的区域就有所扩展。神经科学家们观察后发现，如果使用诸如识别图形或者注意某个空间位置之类的简单任务来对一个人或者一只猴子进行训练，大脑中的部分皮层区域，甚至是某些单个的神经细胞可以被确定是在执行该项任务。
当人们丧失某种感知或者身体部位的功能时，在新任务中大脑组织的重新分配就会表现得尤为明显。先天性盲人会运用他们的视觉皮层阅读盲文。先天性聋人会运用他们的听觉皮层来进行手势语言的加工。截肢者会使用之前负责失去肢体功能的脑区来负责身体其他部分的功能。年幼的儿童在经历脑损伤后，甚至是在大脑左半球（成年人的这个区域是负责言语和逻辑推理的）完全切除之后，他们长大之后仍可以表现的相对比较正常，而对于经历同样遭遇的成年人来说，这种损伤则可能导致瘫痪。所有这些例证都表明，大脑组织在感知和认知加工中的分配并不是永久性的，也并不是建立在颅骨内的大脑组织精确定位基础上的，而取决于大脑本身的信息加工方式。
当大脑尚在子宫里孕育时，我们就可以看到大脑组织的这种动态分配。并非像工厂里装配电脑那样，完成装配之后还需要进行首次启动，大脑在被塑造的过程中本身就是动态的，而且这些活动本身又参与了大脑的塑造过程。有关猫科动物和其他哺乳动物的实验发现，如果在胚胎发育过程中大脑的化学活性被抑制，最终就可能会导致严重的畸形。
而且，大脑皮层的不同区域之所以会出现不同的发育状况，还取决于它们接收输入信息的不同。在一项精细设计的实验中，神经科学家米甘卡·苏尔（MrigankaSur）将雪貂的大脑进行了精密的“重组”，使来自眼睛的信号传送到其主要的听觉皮层，也就是通常是用来接收来自耳朵信号的大脑区域。接下来当他用电极探测听觉皮层时，他发现，该区域的许多活动功能与视觉皮层相类似。视野内的地点、位置就好像一幅图画那样在听觉皮层被呈现了出来，单个神经元会对特定空间方位和运动方向的线条做出反应，这与正常的视觉皮层中的神经元相类似。雪貂甚至还能够运用它们被重组的大脑来接近某些物体，而这些物体只能通过视觉途径探测到。输入到感知觉皮层的信息必然参与到这样一种整合过程中：视觉输入使得听觉皮层的部分功能类似于视觉皮层。
这些研究发现究竟意味着什么呢？它们是否表明，正如词典中关于“可塑性”的定义解释的那样，大脑是“可以被塑形、被铸造、被模塑或者被雕琢的”？在本章的后半部分，我将向你证明答案绝非如此。关于大脑如何因经验而发生改变的研究成果并没有证明学习的影响力远远超出了我们的想象，或者是外界输入的信息能够对大脑进行明显的重塑，或者基因并不能决定大脑的形状。事实上，有关大脑可塑性的论证远没有它们乍看起来那样激进：我们假定的那些具有可塑性的大脑皮层区域，在功能上几乎与它们在发生改变之前完全等同。而且，关于大脑发育的最新研究结果驳斥了那种认为大脑具有很强可塑性的观点。现在，我们就来对这些观点进行依次审视。
实际情况是，我们在学习时大脑发生的变化并非像一部分人声称的那样，属于一项革命性的研究发现，对天性与教养之争或者人类潜能具有重大意义。19世纪，德米特里·卡拉马佐夫在牢房里反复琢磨着这件事：思维来源于神经尾部的颤动，而不是来源于某种非实体的灵魂，当时他已经做出了这一推断。如果思维和行动是大脑生理活动的产物，并且思维和活动会受到经验的影响，那么经验就必然会在大脑的生理结构上留下痕迹。
因此，并不存在诸如经验、学习和训练是否会影响大脑之类的科学问题，即便稍微了解一些科学常识的人也会知道，它们肯定会对大脑产生影响。会拉小提琴的人，他们的大脑不同于那些不会拉小提琴的人，还有那些使用手势语言或盲文的人，他们的大脑也不同于那些具有语言或阅读能力的人，这些都不足为奇。当你被介绍给一位陌生人，或者当你听到一些闲言碎语，当你观看奥斯卡电影时，又或者当你擦拭高尔夫球杆时，你的大脑都在发生变化。简而言之，无论何时，经验都会在大脑中留下痕迹。
唯一的问题在于，学习是如何对大脑产生影响的。难道记忆就储存在蛋白序列里，或储存在新的神经细胞或者突触里，或储存于原有突触的能量改变之中吗？当人们学会某种新的技能时，记忆是否只是储存在专门负责技能学习的器官当中（比如，小脑和脑基底核）呢？或者，同时它也会对大脑皮层的功能进行调节？灵敏度的提高是取决于更多大脑皮层的参与，还是取决于在既定面积的大脑皮层中更为密切的神经突触的参与？这些都属于重要的科学议题，然而，对人们能否学习或者能够在多大程度上进行学习的问题，这些议题并没有给出任何解释。我们已经知道，接受过训练的小提琴演奏者要比那些初学者演奏得更好，否则我们最初就不会用扫描仪对他们的大脑进行扫描了。神经系统的可塑性仅仅是学习和发展的另一种表述，它们被置于不同的分析水平上进行了描述。
这些原本是显而易见的事情，但目前任何有关学习的陈词滥调都可以披上神经科学术语的外衣，并被视为一种伟大的科学启示。《纽约时报》的头版头条新闻曾有过这样的报道：“一位精神病学家认为，谈话治疗能够改变病人的大脑结构。”我希望如此，否则这位精神病学家就是在欺骗她的病人了。“通过对环境的操控可以改变一个儿童的大脑发育方式，”儿科神经病学家哈里·丘加尼（Harry Chugani）在接受《波士顿环球报》采访时说，“一个生活在充满攻击、暴力或者缺乏刺激环境中的儿童，将会在他的大脑联结和行为当中体现出来。”的确如此。如果环境能够从根本上影响儿童的成长，那么它必然会通过改变大脑中的联结来实现这一点。
《教育技术与社会》杂志的一期专刊就旨在“考察学习者大脑中学习活动发生的确切位置，教育技术应该基于它们对学生大脑产生的影响来进行设计和评价”。该刊特邀编辑（一位生物学家）并没有指出其他可能，比如，学习可能发生在一些诸如胰腺之类的其他身体器官当中，或者发生在某种非物质的灵魂中。甚至神经科学领域的某些教授曾一度声称，只有对那些“机器中的幽灵”的信奉者们而言，这些“研究发现”才会成为新闻：“科学家已经发现，大脑内部的联结是可以发生改变的……你有能力改变大脑内部神经末端的联结。”这是一件好事，因为如果不是这样的话，我们可能会成为永久的健忘者。
这位神经科学家是一家“运用大脑研究技术来研制一些旨在促进人们学习和表现的产品”的公司主管人员。还有许多类似的新公司都怀有这样一种雄心壮志。一位咨询师说道：“如果能够得到适当的重视和培养，人类将具有无限的创造力。”他向顾客讲授如何绘制出“与他们的神经模式相匹配的图表”的观点。一位表示满意的顾客说：“年龄越大，大脑当中形成的联结和联系就越多，因此大脑中就会储存更多的信息。我们要做的就是去利用它。”许多人都对神经科学倡导者倡导的一些缺乏证据基础的公开声明坚信不疑，如经常变换开车回家的路线能够延迟衰老带来的影响。于是，随后就出现了一批销售天才，他们意识到滑轮、球类以及其他玩具能够“提供视觉和触觉方面的刺激”，能够“鼓励人们进行运动和追击”，这些都是一项声势浩大的“基于大脑”的儿童教养和教育运动的一部分，我们将在后面关于儿童的章节里再次谈到这一运动。
这些公司正是利用了人们对“机器中的幽灵”的信仰，暗示影响大脑的任何一种学习形式（可以推断，这种形式是相对于那些不会对大脑产生影响的学习形式而言的）的作用都将会是意想不到的真实、深远和强大。然而，这纯属误解。所有的学习都会对大脑产生影响。当科学家研究出学习如何影响大脑时，这毫无疑问十分令人振奋，但它并不会使学习本身变得更为广泛和深远。
对于神经系统可塑性的第二种误解，可以追溯到那种认为头脑中的任何事物都源于感觉的观念。在被广为宣扬的有关大脑皮层可塑性的研究中，探讨的主要都是初级感觉皮层，即首先接收感官（经由丘脑和其他皮层下器官）信号的灰质块。使用可塑性来支持“白板说”的作者们认为，如果初级感觉皮层具有可塑性，那么大脑的其他部分必然会更具可塑性，因为心灵是在感觉经验的基础上建立起来的。比如，一位神经科学家认为，苏尔的重组实验“向近年来强调基因力量的观点发起了挑战，并且将促使人们重新考虑环境因素在塑造正常的大脑组织方面的作用”。
然而，如果大脑是一个由许多构件组成的复杂器官，那么道德就不会应运而生了。初级感觉皮层并不是心理活动产生的基础，而只是大脑当中的一个小配件，恰巧在感觉分析最初阶段专门负责特定的信号加工。我们假定，初级感觉皮层的形状并不固定，它的结构完全由外界输入的信息决定。这是否就意味着整个大脑没有形状，而且其所有的结构都源于外部信息的输入呢？但事实绝非如此。举例来说，初级感觉皮层只是错综复杂的庞大系统的一部分。
随着大脑不断发育，不同系列的基因会在不同的大脑区域里被激活。大脑的储存机制一应俱全，可以将神经元联结起来，其中还包括那些通过吸引或排斥轴突（形成神经纤维）从而接近目标的分子，以及那些将轴突黏合或隔离开的分子。对不同种类的哺乳动物而言，大脑皮层区域的数目、大小以及联结程度也有所差异；人类和其他灵长类动物在这些方面也存在差别。这些差别是由进化过程中基因方面的变化导致的，而这些进化过程也刚刚为我们所认识。例如，遗传学家最近发现，人类大脑的发育过程中激活的基因序列和黑猩猩大脑发育过程中激活的基因序列并不相同。
在显微镜下，大脑皮层的不同区域看起来几乎是相同的，这一情境使我们难以弄清楚大脑是否有可能分化出了负责不同任务的不同皮层。然而，由于大脑是一个信息加工系统，因此这并不能说明什么。无论CD储存的内容是什么，它们表面的显微孔看上去都是一样的。同样，对那些不懂的外行来说，不同书本上的字符串看上去也没有什么差别。在一个携带有信息的媒介上面，其内容取决于基本元素的组合模式（比如，大脑中的信息就取决于微型神经线路的具体情况），而不是取决于它们的物理表象。
而且，大脑皮层本身并不等同于整个大脑。皮层褶皱下隐藏的是其他一些大脑器官，人性的重要内容正是由这些器官驱动的。这些器官包括：海马，它可以巩固记忆并支撑我们的心理地图；杏仁核，它可以赋予我们的经验以特定的情感色彩；丘脑下部，它激发着我们的性欲和其他欲望。即使许多神经科学家深受大脑皮层可塑性的影响，他们仍指出，皮层下结构的可塑性极其微小。这并非属于解剖学上的一个小瑕疵。一些评论者特别指出，神经可塑性证明了进化心理学的错误性，他们认为，大脑皮层的可塑性说明，大脑不支持进化过程中的特化现象。然而，进化心理学中的大部分主张都是关于恐惧、性欲、爱和攻击之类的内驱力的，它们绝大部分存在于皮层下的神经线路中。简要来讲就是，不管哪一种理论，但凡人类先天形成的能力都必须通过某种皮层和皮层下网络才能得以实现，而不是由某一块单独的感觉皮层决定的。
关于大脑的另一个基本问题也因为近年来人们对可塑性的狂热追逐而被忽略了。神经活动在大脑发育过程中起着至关重要的作用，但这样的研究发现并没有证明学习在大脑形成过程中起关键作用，也没有证明基因不能决定大脑的形成。
有关神经发育的研究往往局限于天性与教养的说法，但如果将其作为发展生物学方面的问题（即一个由单一细胞构成的球体是如何分化成了一个功能完好的器官）来考虑的话，我们的研究就会得到有富有成效的发现。但如果这么做的话，研究者就需要抵制他们头脑当中的那些联结主义的传统观点。初级感觉皮层并不是大脑中最稳定的部分，一系列经验通过它之后只会变得更具可塑性。相反，初级感觉皮层可能算得上是大脑中极易受信息输入影响的部位了，这些信息输入使得大脑有了适当的发展。
在大脑的装配过程中，不可能存在一幅完整的基因蓝图，原因有二。第一个原因是，一种基因不可能会预测到环境（包括由基因组中的其他基因构成的环境）中的每一处细节。它必须分化出一个明确的适应性发展程序，以确保有机体作为一个整体，能够在营养、其他基因、生命周期中的生长速度以及物理和社会环境等条件发生变异的情况下正常运作。那么，这就需要关于有机体其他构成部分的发展模式的反馈信息。
以身体发育为例，构建起股骨形状的基因并不能够确定其上面的杵的形状，因为杵必须与盆骨中的髋臼相联结，而髋臼的形成过程又受到基因、营养、年龄和其他偶然因素的影响。因此，当胎儿在子宫里踢腿的时候，杵臼会不断地调整各自的形状，以便更好地围绕彼此进行转动（我们知道这一点，是因为实验当中的动物都会发育出粗大变形的关节并因此导致瘫痪）。同样，构成眼睛晶状体的基因并不会知道视网膜在多远的位置上，或者构成视网膜的基因并不知道晶状体在多远的位置上。
因此，婴儿的大脑当中配置了一个反馈环路，这个回路可以利用视网膜上的图形清晰度作为信号来减缓或加速眼球的生理发育。这些都是关于“可塑性”很好的案例，不过这些可塑性物质的隐喻却容易令人误解。这些机制被设计出来并不是为了让不同的环境去塑造不同的器官。恰恰相反：这些机制需要确保能够产生一个恒定不变的器官，并且这个器官能够胜任其职责，而不论环境怎样变化。
与身体一样，大脑也必须利用反馈回路来将其自身塑造成一个工作系统。这一点在感觉区域尤为明显，因为这一区域必须要应对不断增长的感觉器官。单就这一原因而言，我们也能预料到，大脑活动在其自身发育过程中也起到了一定的作用，尽管其最终形态与股骨和眼球一样，在某种意义上具有一定的遗传性。目前，这一切是怎样发生的在一定程度上仍是一个谜，但我们已经知道，神经刺激的模式能够引发基因的表达，并且一种基因也可以引发其他基因的表达。既然每个大脑细胞都包含有一个完整的遗传程序，那么从原理上来讲，之所以存在这样一种装置，是为了产生神经活动以引发任何不同区域内的某种先天构成的神经回路的发育。如果事实真的如此，大脑活动就不会对大脑形状进行塑造；相反，大脑活动只是会告知基因组某个神经回路应该到达大脑的哪一部位。
因此，即使是一个彻头彻尾的天赋论者也不一定会相信，在颅骨中的“GPS”的协调作用下，大脑本身会不断地进行分化，这一分化过程遵循着这样一个原则：如果是位于左鬓角和左耳之间，那么就会成为一个言语回路（恐惧回路或面孔识别回路）。在正在发育的大脑的某些部位，某种发展程序可能会被一些混合在一起的刺激源、神经放电模式、化学环境以及其他信号激活，其最终结果是形成某种才能。对于不同的人而言，这种才能在大脑中的位置也各不相同。总之，大脑属于一个运算器官，而且只要信息流模式相同，同一运算就可能发生在不同的位置上。就好比在你的计算机上，某个文件或程序可能会位于不同的存储部位，或者被分别存储在不同的分区或磁盘内，但每次它都会以相同的方式运行。我们无须惊讶的是，正在发育的大脑为了符合各种运算需要，至少会对神经中枢资源进行动态分配。
大脑的发育不可能取决于一个完整的基因蓝图的第二个原因是，基因组的资源非常有限。在进化过程中，基因总是在不断发生变异，通过自然选择就可以逐渐将那些不好的基因淘汰掉。大多数进化论生物学家认为，自然选择只能支撑这么大一个基因组。这意味着，如此复杂的大脑中的基因算法必须进行最大限度的压缩，以便能够更好地与大脑的发育和功能保持一致。尽管在大脑当中有一大半基因组要么起主要作用，要么完全不起作用，但这并不足以详细描述大脑内部的联结图。
大脑的发展程序必须是富有策略性的。比如，将眼睛中的每一个轴突（输出神经纤维）都以有条不紊的方式与大脑联结起来。眼睛的临近点必然会与大脑的临近点之间发生联结（一种被称作地形图的排列），与两眼相对应的位置最终在大脑里也会非常接近，但并不会混杂在一起。
哺乳类动物的大脑能够用更明智的方式对这些联结进行规划，而不是为每一个轴突在基因上安排一个特定位置。神经生物学家卡拉·沙茨（Carla Shatz）在有关猫的大脑发育的研究中发现，通过每只眼睛的脑电波先是朝向一个方向运动，然后又转到其他方向去了。这就意味着，一只眼睛中相邻的神经元可能会在同一个时间内向四周产生电冲，因为它们常常会被同一个波阵面所击中。不过，对于那些位于不同眼睛当中的轴突或者位于同一只眼睛当中的距离较远的轴突而言，它们的活动就不会产生关联，因为一条脑电波如果掠过一个轴突，它将会错过另一个轴突。正如在球迷们从不同的方向形成“人浪”时，你仅仅知道在某个时间某人会站起来（因为同时站起来的那些人必定是坐在一起的），在这种情况下，你能够重新勾画出球场的座位分布图。同样地，大脑通过监听哪些位置的输入神经元同时产生了电冲，也能够重构两只眼睛的空间分布。
最早由心理学家唐纳德·赫布（Donald Hebb）提出的神经网络中的学习法则之一便是，“同步放电的神经元会产生联结；活动不同步的神经元不会发生联系”。当电波在视网膜上发生数天或者数周的交叉时，视丘下部就会将自身组成不同的层面，每个层面都来自一只眼睛，同时，相邻的神经元对应着视网膜上的相应部位。从理论上讲，大脑皮层能够以类似的方式对它的联结进行处理。
另外一个问题是，到底是大脑的哪些部位在运用这种自动安装技能呢？视觉系统似乎并不需要这种技能来生成形态学方面的联结组织，而是在基因的直接控制作用下生成了一个粗略的地形图。一部分神经科学家认为，在使地形图更加精细化的过程中或者在对来自两只眼睛的输入信息进行整合时，“同步放电的神经元紧密连在一起”这种技能或许仍然派得上用场。当然，这一观点也受到了质疑，不过，我们可以假定它是正确的，然后看它到底意味着什么。
从理论上说，“同步放电的神经元紧密连在一起”这种方法可以通过眼球对外部世界的凝视来实现。外部世界存在着线条和边角，会同时对视网膜上的临近部位产生刺激，这样就给大脑提供了信息，以便形成一个规则的地图或对其进行微调。不过，在沙茨关于猫的例子中，“同步放电的神经元紧密连在一起”是在没有任何外部环境信息输入的情况下起作用的。在动物的眼睛能够睁开以前，以及在杆体和锥体相互衔接并开始发挥作用之前，视觉系统是在漆黑的子宫里发育起来的。在视觉大脑中枢必须进行自我联结的过程中，视网膜电波就在视网膜组织内部生成了。也就是说，眼睛生成了一个测试图样，大脑利用它完成了自身的装配过程。
在通常情况下，眼部轴突会携带一些与外部环境相关的事物的信息，然而，这种发展程序会命令那些轴突负责携带一些信息，以洞察某些来自同一只眼睛或者同一只眼睛的同一个部位的神经元。当我看到有线电视装配工找出地下室中的哪根电线通往楼上特定房间时，我感觉可以用它做一个近似的类比。装配工在卧室里的电线终端接上了一个被称作“单块效果器”的音频发生器，然后到楼下听取装在墙体内部的电线束中每根电线的信号。尽管这些电线是用来往楼上传递电视信号而不是往楼下传递测试音的，但在装配的过程中，这些电线也起到了往楼下传递测试音的作用，因为一种信息通道可以服务于两种目的。这一类比的寓意在于，“大脑发育取决于大脑活动”这一研究发现并没有表现学习或经验方面的任何问题，这仅仅是表明，大脑在自我联结的过程中运用了其自身的信息传递能力。
“同步放电的神经元紧密联结在一起”这样的策略，解决了一种特定的神经通路问题：将感觉器官的表面与大脑皮层中的类地图表征联结起来。这种问题不仅仅存在于视觉系统，也存在于其他的空间感觉系统中，比如触觉。因为覆盖一片初级视觉皮层（以接收来自二维的视网膜表面的信息）这一问题就类似于覆盖一片初级体觉皮层（以接收来自二维的皮肤表面的信息）。甚至听觉系统也可能会使用这种技术，因为表示不同声音频率（简单来说就是间距）的信息输入发生在内耳里单维的隔膜处，而且大脑会用它处理视觉和触觉中的空间信息的方式来处理听觉中的音高。
不过在其他大脑皮层区域，这种策略可能会失灵。例如，嗅觉系统以另一种完全不同的技术进行自我联结。不像视觉、听觉和触觉，当它们到达感觉皮层时都会按照相应位置进行排序，而当嗅觉到达感觉皮层时，各种味道都混合在了一起，并且是按照构成它们的化合物成分进行分析的，每一种嗅觉都是由鼻子当中不同类型的感受器进行探测的。每一个感受器都与一个神经元发生联结，这个神经元能够把感受器探测到的信号传递到大脑，当将这些轴突联结至大脑中相应位置时，基因组确实会针对不同的轴突使用不同的基因，所有的基因数目多达上千种。这种方式极大地节省了基因。由每个基因产生的蛋白质都会被使用两次：一次是在鼻子里，作为一种感受器来探测空气中的化学物质；第二次是在大脑中，在对应的轴突末端作为一种探测器将这种气味引导至嗅球中的适当位置。
另外一些大脑区域在联结问题方面也是各不相同的。比如延髓，它能够产生吞咽反射以及其他一些固定的活动模式；又如杏仁核，它主要负责恐惧和其他一些情绪；再如腹内侧额叶，它主要参与社会推断过程。对于感觉地图以及其他一些只是再现冗余重复的外部世界信息或者大脑其他部位的结构而言（比如，用于视觉、触觉和听觉的初级感觉皮层），“同步放电的神经元紧密连在一起”的策略或许算得上是一种比较理想的方法了。不过其他一些涉及诸如味觉、吞咽、逃避危险或者结交朋友之类的功能区域，必然需要通过更为复杂的技术来进行联结。这仅仅是对于我在本章开头所提的基本观点的一种推理：环境并不会告知有机体的不同部位，以及有机体的目标是什么。
极端可塑论把初级感觉皮层中发现的可塑性作为了一种隐喻，来说明大脑的其他部位发生了什么。这两章的最终结果表明，这并不是一个很确切的隐喻。如果感觉皮层的可塑性可以代表整体心理状态的可塑性，那么关于我们自身或他人身上的不足之处就很容易改变了。举一个完全不同于视觉的例子，如性取向。多数男性同性恋者的荷尔蒙首次发生变化，亦即预示着他们的青春期到来之时，他们会从其他男性身上感受到一种激动人心的吸引力。谁也不清楚为何一些男孩子成为同性恋者，基因、产前激素或其他一些生物因素和偶然因素都有可能导致同性恋，但我个人认为，导致同性恋的因素并不像导致异性恋的因素那样多。
在过去，社会的包容性不太强，一些痛苦的同性恋者只好去求助于心理医生，希望医生能够帮助自己改变性取向。即便在今天，仍有一些宗教群体会迫使他们当中的同性恋者去“选择”异性恋人。在这一过程中，他们对同性恋者采用了不少欺骗手段—精神分析、捏造罪行以及条件反射等技术，这些技术都运用了“彼此激发，彼此结合”这一无懈可击的逻辑（比如，在激发起同性恋者的性欲的同时，让他们去注意《花花公子》杂志中的折页）。但这些技术后来均以失败告终。尽管有少数不确定的特例（这些人可能进行了有意识的自我控制，而不是性取向真正发生了改变），但大多数同性恋者的性取向并不能靠经验而改变。大脑的某些部位是没有可塑性的，而且有关感觉皮层如何进行联结的研究成果并不会改变这一事实。
当大脑经历了我们称为“可塑性”的变化时，它到底在做什么呢？一位评论者认为，“基督的大脑等价物可以将水变成酒”，并认为这是对那些主张进化使大脑各个部位获得了负责不同任务的专门化功能理论的反证。那些不相信奇迹的人对此提出质疑了。神经组织并不是一种有魔力的物质，它们不能根据需要以各种形式呈现，相反，它只是一种遵循因果定律的机械装置。当我们仔细审视那些有关可塑性的典型例子时会发现，那些变化根本就不是什么奇迹。在每个案例中，发生变化的大脑皮层与它们改变之前相比，在功能上并没有很大的差异。
关于可塑性的多数例证都涉及初级感觉皮层重新划分区域的问题。与被截断或不能活动的手指功能相关联的脑区可能会被与其相邻的手指借用，或者要扩展与某个灵活的手指有关的脑区的功能范围，就必须牺牲其临近区域的功能。大脑对外部信息输入进行重新评估的能力非常强大，但那种由替代皮层完成的信息加工并没有实质性变化，大脑皮层仍然会对皮肤表层以及联结点处的信息进行加工。不管对它们进行怎样的刺激，有关一根手指或视野部分的象征意义都不可能无限放大，而且大脑本身固有的联结也会起到一定的限制作用。
对盲人来说，他们的视觉皮层被盲文借用会怎样呢？乍一看，就好像发生了真正的质变。但或许并非如此。我们并没有看到大脑皮层的哪一处空白点被某种天赋借用了。有关视觉皮层在解剖结构方面的功能运用，盲人阅读盲文和正常人阅读之间可能没什么两样。
神经解剖学家早已弄清楚了，有多少从眼睛给大脑皮层传递信息的神经纤维，就有多少从其他脑区给视觉皮层传递信息的神经纤维。这种双向的联结方式有多种用途。它们可能会把注意力集中在视野当中的一部分，或者将视觉与其他感觉之间进行协调，或者给图像分区，或者使用心理表象（即在头脑想象当中浮现事物图像的能力）。也许盲人仅仅是运用这些预先设置好的双向的联结来阅读盲文。当他们触摸这些盲文时，他们可能只是对这一行行的凸点进行了“想象”，就好像一个眼睛被蒙住的人也可以对放在他手上的物体进行想象一样，当然盲人的速度要快得多。
已有研究证明，盲人具有的心理图像—或许只是视觉图像—包含着一定的空间信息。视觉皮层非常适合盲文阅读中所需的心理运算。对视力正常的人而言，眼睛可以对景物进行扫视，为视网膜中央窝（即视网膜的高分辨率中心）提供更为详细的信息。这一点类似于盲人在一行盲文上不断移动手指，给指尖上高分辨率的皮肤提供详细信息。因此，盲人的视觉系统功能在很大程度上与视力正常的人一样，尽管他们缺乏来自眼睛的信息输入。对触觉世界进行长年累月的想象练习以及对盲文具体信息的关注，都有助于视觉皮层充分利用来自大脑其他部位的先天性信息输入。
对聋哑人来说也同样如此。某种感觉不仅是转移到先前被闲置的区域，而是接管了对相应神经回路的控制。劳拉·佩蒂托及其同事经过研究发现，聋哑人利用颞叶上回（临近初级听觉皮层的一个区域）来识别手语当中的手势成分，就如同听力正常的人利用同一位置来加工口语当中的语音一样。同时他们还发现，聋哑人使用侧前额叶从记忆当中提取手势，就像听力正常的人用它从记忆当中提取语词一样。这些现象应该不足为奇。
正如语言学家早已知道的那样，手语的组织形式与口语非常相似。它们使用词汇、语法，以及将无意义的手势合并成有意义的信号的语音规则，正如口语当中的语音规则，将无意义的发音合并成有意义的词语一样。而且，口语在一定程度上是模式化的：词语和规则的表征可以根据将它们与耳朵和嘴巴联结在一起的输入-输出系统来加以区分。佩蒂托及其同事们认可的最简单的解释是：对手语使用者来说，他们大脑中特定的皮质区域专门负责语言（词语和规则），而不负责语言本身。聋人大脑中的这些区域的作用和听力正常的人是一样的。
让我们回过头来重新审视那种最令人惊讶的可塑性：雪貂的大脑被重新进行了联结，它的眼睛为丘脑和大脑皮层的听觉区域提供信息输入，使得这些区域的功能与丘脑和大脑皮层的视觉区域一样。但是，即使在这种情况下，水也没有变成酒。苏尔和他的同事们注意到，重新定向的信息输入并没有改变听觉脑干的真正联结，而只是改变了突触的强度模式。由此他们也发现，新生成的听觉脑干和正常视觉脑干之间存在许多差异。听觉脑干中的视野表征更加模糊和混乱，因为该处的脑组织适宜于听觉分析而不适宜于视觉分析。例如，左-右方向的视野图像要比上-下方向的视野图像更为精确。这是由于左-右方向的图像映在听觉皮层的中轴线上，对正常动物而言，这代表的是不同的声音频率，并由此获得来自内耳的信息输入，然后按照频率对这些输入信息进行精确处理。但上-下方向的图像会垂直映在听觉皮层的中轴线上，这种情况下通常会获得大量的相同频率的信息输入。同时，苏尔还注意到，初级听觉皮层和其他用于听觉的脑区之间的联结并没有被新的信息输入所改变。
因此，信息输入模式会对一块感觉皮层做出调适，使之与该信息输入相啮合，但这仅仅局限于联结已经存在的情况下。苏尔认为，雪貂听觉皮层的神经线路在经过重新布置之后之所以能够加工视觉信息，是因为特定的信号处理方式同样可以用于处理那些未经加工的感觉输入，不管它们是视觉的、听觉的还是触觉的。
根据这种观点，感觉丘脑或皮层有一种功能是完成特定信息输入的模式化操作，而与它们属于哪种形式的信息输入（视觉、听觉或触觉）无关；当然，具体类型的感觉输入会提供一些被传输和加工的基础信息……如果中枢听觉构造的正常组织形式没有被听觉信息输入改变，或者至少是没有发生明显的变化，那么我们就可以假定，一些类似于实验中在雪貂身上观察到的视觉信息输入操作，对正常的雪貂来说，也同样可以通过听觉途径来完成。也就是说，这些动物的视觉信息输入被诱发至听觉通道，为我们提供了另一扇不同的窗口，从中我们可以看到某些类似于正常个体听觉丘脑和皮层方面的功能运作方式。
那种认为听觉皮层天生就适合分析视觉输入信息的观点并不牵强附会。我认为，听觉当中的频率（音高）发挥了类似于空间视觉的诸多功能。大脑会使用不同的强度去处理各种音高，就如同它们是处于不同位置上的物体一样。同时，大脑处理音高阶差的方式与它处理空间中物体运动的方式相一致。这就意味着，某些对视觉方面所进行的分析可能与对声音方面所进行的分析一样，至少可以在一定程度上估算出，这些分析都使用了相似类型的神经线路。来自耳朵的信息输入代表的是不同的频率；而来自眼睛的信息输入代表的是不同位置的地点。感觉皮层当中的神经元（无论是视觉的还是听觉的）可以接收来自邻近的输入纤维传递的信息，并从中提取出简单化的模式。因此，听觉皮层当中的神经元通常会探测滑音是上升还是下降，是混合音还是纯音，并能够分辨来自不同方位的声音。但对于大脑神经线路被重新联结的雪貂来说，听觉皮层中的神经元却能自动探测到一定倾斜度的线条、地点以及运动方向等。
这并不是说，初级听觉皮层可以处理来自大脑外部的视觉信息输入。大脑皮层仍然会调整突触之间的联结，以更好地适应信息输入模式。重新进行了神经联结的雪貂就是一个极为典型的例证，它表明，发育过程中的感觉皮层会进行自我组织并成为功能良好的系统。然而，其他有关可塑性的例子并没有证明来自感官的信息输入能够使一个无固定形状的大脑变得无所不能。大脑皮层具有先天性结构，这样它就能够进行特定的运算。在许多有关“可塑性”的例证中，或许还隐含着使信息输入与这种先天结构相吻合的前提。
任何看过探索频道（Discovery Chanel）的人，都会看到有关小牛羚或者小斑马刚刚出生的记录片段，它们摇晃不定地站立一到两分钟之后，就可以欢快地走到妈妈身边，它们在感觉、力度以及运动控制方面简直运用自如。这种情况出现得如此之快，以至于模式化的经验还来不及对它们的大脑进行组织，因此必然存在一定的遗传机制来促进个体出生之前大脑方面的塑造。在可塑性还没有广为人知的时候，神经科学家就已经注意到了这一点。
戴维·休布尔（David Hubel）和托斯坦·维瑟尔（Torsten Wiesel）关于视觉系统发展的早期研究表明，猴子大脑中的微型线路在其出生之时就已经基本完成了。他们最为著名的实验证明了，在某个生长发育的关键期，猫的视觉系统是可以被经验改变的（比如，在黑暗的圆筒中喂养或者缝上其中一只眼睛）。但这一论证也仅仅是表明，要维持视觉系统的功能，并且在动物的成长过程中对其进行再调节，经验是必不可少的。而他们并没有证明，在大脑开始联结时，经验是不可或缺的。
我们粗略地知道在基因的引导下大脑是如何进行自我组织的，甚至在大脑皮层形成之前，用于构成不同脑区的神经元就被组织成了一个“原型图”。构成原型图的每个区域都由具有不同特性的神经元，吸引不同输入纤维的分子机制和不同的信息输入反应模式构成。轴突被许多溶解在周围液体当中或依附于临近细胞膈膜上的分子吸附或排斥。同时，不同序列的基因表现在不同的皮层发育部位。神经生物学家劳伦斯·卡茨（Lawrence Katz）曾哀叹道：“彼此激发彼此结合”已经成为了阻碍神经生物学家考察这些遗传机制如何尽其所能地发挥作用的“教条”。
不过这一趋势正在转变，最新研究结果正在逐步阐明，在没有任何感官信息的情况下的大脑自我组织机制。在被《科学》杂志称作“异端邪说”的实验当中，卡茨的研究小组将正处于成长阶段的雪貂的一只或者两只眼睛去除掉，剥夺了其通向视觉皮层的任何信息输入。然而，这只雪貂的视觉皮层最终却拥有来自双眼的标准联结分布。
利用基因技术繁殖出来的老鼠也为我们提供了一些十分重要的线索，因为只破坏某一种基因比破坏神经元或者切割大脑的传统技术要更为精确。有一个研究小组繁殖出一只老鼠，它的神经突触联结完全被阻断，神经元之间不能相互发送信号。它的大脑发育完全正常，具有完整的皮层结构、神经纤维路径以及出现在适当位置的突触。而在出生之后，该老鼠的大脑很快就退化了，这再次证明，相对于大脑在联结方面的功能，神经活动的维持大脑方面的功能或许更为重要。另一个研究小组繁殖出了一只丘脑失去功能的老鼠，它的整个大脑皮质的信息输入都丧失了。然而，它的大脑皮质却分化成了正常的皮层和分区，每一部分都是由不同序列的基因造就的。而在第三种研究中，科研人员繁殖出的老鼠缺失了一种引导分子渐变的基因，这种分子会通过激发其他某些特定位置的基因来促进大脑的形成。这种缺失的基因会导致很大的差异：大脑皮层区域之间的界限会严重扭曲。这些在被损害老鼠身上进行的实验表明，在皮层的组织结构形成方面，基因或许比神经活动更为重要。毫无疑问，神经活动起着一定的作用，这主要取决于动物种类、所处的发展阶段以及在大脑中的部位，但它仅仅是大脑的一种能力，而不是决定大脑结构的根源。
那么对于人类而言又会怎样呢？我们可以回过头来想一下有关双胞胎的一项研究。该研究证明了大脑皮层在解剖学上的差异，尤其是不同皮层区域的灰质总量是受基因控制的，类似的，还存在着智力以及其他心理特质方面的差异。关于人类大脑可塑性的例证并没有排除重要的基因组织。在关于人类和猴子可塑性的例子中被引用最为广泛的是，与某个被切除的或者失去知觉的身体部位相对应的大脑皮层有可能会重新与其他身体部位发生联结。然而，信息输入通道一旦建立就会改变大脑，这一事实并不意味着信息输入一开始就起着塑造大脑的作用。许多截肢者都会体验到幻肢的存在：对失去的肢体产生一种非常逼真、细致的幻觉。令人吃惊的是，在天生就失去某个肢体的人当中，有相当一部分人也会产生这种古怪的体验。他们能够描绘出幻肢的组织结构（例如，他们能够感觉到根本不存在的脚上有多少个脚趾），甚至还能感觉到在交谈的时候用他们虚幻的手来打手势。有一个女孩竟然能够利用虚幻的手指做算术题！心理学家罗纳德·梅尔扎克（Ronald Melzack）查阅了大量此类案例，她认为，大脑具有一个先天性的“神经矩阵”，分布在几个不同的皮层及皮层下区域，能够用来表征身体的各个部位。
认为人类大脑具有无限可塑性的看法也源自这样一些例证：儿童在早期大脑受到损伤之后，往往能够得以恢复。然而，大脑性麻痹现象（由大脑畸形或早期脑损伤导致的运动控制和语言方面的终身残疾）证明，即使是儿童，其大脑可塑性也是有一定限度的。关于人类拥有完全可塑性的一个最著名的例证是，即使一些儿童在婴儿时期通过外科手术将一个大脑半球切除，他们长大之后仍相对正常。但这或许只属于个例，它源自这样一个事实：灵长类动物的大脑基本上是一个左右对称的器官。人类大脑不对称性的典型特征（左半球主要负责语言，右半球主要负责空间注意以及一些情绪情感）是基于对称性设计这一基础的。如果大脑两半球被基因设定了几乎完全相同的能力，同时还被设定了一些细微的偏差，这些偏差使得每个大脑半球专门负责某些特定的能力，而其他能力则会逐步衰退，这也许并不会令人惊讶。当其中一个大脑半球不存在时，另一个大脑半球则需要将其所有的潜能充分发挥出来。
如果儿童的大脑两半球都有一部分皮层受到损伤，由此导致没有任何一个半球可以接替另外一个半球的功能的话，将会出现什么情况呢？如果大脑皮层区域之间可以相互替换，具有可塑性且会受到输入信息的影响，那么未受损害的大脑部位就应该能够接替受损害部位的功能。这个孩子可能会有些反应迟钝，因为他只能使用较少的大脑组织，不过他应该可以逐步发展出比较完善的人类能力。但事实似乎并非如此。数十年前，神经生物学家对一个男孩进行了研究，由于暂时性的脑缺氧导致这个男孩大脑左半球的标准语言区域和该区域在大脑右半球的镜像受到了损伤。尽管遭受这一创伤时，这个男孩刚刚出生10天，但他长大之后却成了一个在语言和理解方面存在永久性障碍的残疾儿童。
与许多儿科神经病理学的研究一样，该案例并不完全科学。不过有关另外两种心理机能的一些新近研究证明，婴儿大脑的可塑性可能并没有人们想象的那样强大。心理学家玛莎·法拉（Martha Farah）及其合作者对一个16岁的男孩进行了研究，该男孩在仅出生一天时就患了脑膜炎，并因此导致视觉皮层以及两侧大脑颞叶底部受损。如果一个人在成年期受到这种损伤，就会丧失识别面孔的能力，同时也很难对动物进行识别，尽管他们通常能够识别词语、工具、家具以及其他形状的物体。这个男孩完全符合上述症状。虽然他长大之后具有正常的口语能力，却完全不能进行面孔识别。他甚至不能识别出他最喜爱的电视剧《海岸救生队》（Baywatch）当中的演员的照片，尽管在之前一年半时间内，他每天都会观看一个小时的这个节目。由于大脑内部缺乏适当的联结，即使在长达16年的面孔观察后，并且拥有可利用的大脑皮层，也没能让他获得人类最基本的依靠视觉来辨别他人的能力。