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一个人的大脑如果逐渐被新鲜神经细胞替换(替换是缓慢的,不会造成思维的停滞),那更新完毕后他还是他吗?

2021-07-09知识

这个问题有很多事实基础不对。

大脑神经细胞原则上不替换,出生后只做减法。「原则上」是指有例外情况,加上这三字只为防杠。例外情况规模很小、很局部,不影响大脑整体生理特征,这里就不细说了。不替换的原因很简单,稍微描述神经系统一个局部的生理就可以类推。

鼻腔中的嗅觉感受神经细胞,在胚胎时期形成。刚形成的时候它的轴突还没伸出去。发育过程中,嗅觉细胞的轴突要逐渐延长,汇集成束,向脑的方向延伸。在脑的底部,轴突末端汇集到一个叫做「嗅球」的古老中枢神经结构,在这里完成连接和分区,然后嗅球的神经细胞再发出轴突,向更高级的脑皮层连接、映射,形成嗅觉。

这里问题在于:这个两级连接从鼻子到脑,轴突延伸长度达到几厘米,汇聚和分区都非常复杂,胚胎发育时鼻腔中细胞的轴突,嗅球细胞的轴突,它们怎么知道该往哪个方向长,跟谁连接?

答案是细胞内部靠定位:胚胎每个细胞出生时都像拿了一本手册,知道自己在哪里、该怎么长(不同的长法用基因的激活、时序和表达剂量规定,就像手册上的操作流程)。细胞外部靠化学信号梯度引导。胚胎发育过程中,细胞组织会有非常复杂的化学信号网(也是流程中各细胞分泌的),引导轴突向信号浓度梯度的方向延伸生长,直到连上它该连的细胞。这还是简单的外围神经系统。大脑内部的神经元连接情况比这更复杂,胚胎发育机制更不明。现在看来它也没法在胚胎阶段就实现高度的精确,而是先发育出一大堆轴突连接,出生后其中不断有神经元死亡,其中一些连接被废掉,形成更精确的连接网络。这就像先出粗胚,再精雕细刻。工程原理上显然更合理,通用性和适应性更强。

明白了它怎么长出来的,就很容易发现:只能在胚胎期施工。出生了系统就要上线工作了(实际上施工主体在出生前就结束,胎儿有一段上线工作时间),岂能容得轴突乱飞,化学信号泛滥?沿路的细胞组织也早就长好了各干各的事,岂能大家来迁就你一根瞎跑乱撞的轴突?

主网在出生前就建好了,不添加新的神经细胞,那么出生后大脑在发生什么变化?新思想、新记忆是怎么产生的?

简要描述:神经细胞会产生新的树突,跟已有的其它神经细胞的轴突接触,形成新的连接。对这些细胞生理不熟悉的,可以试试这个类比:网络干线建好了,上线之后不能再建。但是我们可以在身边墙上做更多的插座,插入更多的水晶头,把很多本地网线连上干线。

神经元连接概念图。实际连接情况多半是一根轴突后面连着很多个下级细胞的树突。图中其它部分都是显微镜尺度,唯独轴突可以长达一米以上,穿过大半个身体。大脑中的神经元,细胞本体绝大部分在外层的灰质,中间的白质(占大脑大半体积)全是轴突和保护轴突的髓鞘细胞,也就是一大堆搅在一起的线缆。

想想看,老的神经元死了,你怎么可能补一个代替它?它的轴突很可能从脖子拉到手指尖,一米多长!也可能从大脑的听觉区连到语言区,轴突混在脑白质那天文数字的轴突线缆堆里面!你怎么重新拉过去?就算你能拉过去,原先连接到哪里?原先一大堆跟它连接的细胞,连接现在都死了。那么都有谁谁谁,连了几个树突,什么时候连上的,连接对递质的敏感性怎样,哪里记载过吗?有谁给「新来的」留下了线路图?日志?

这些连接要素无法精确复制,新增一个神经元就毫无用处,只可能捣乱。所以神经元不替换,只会一批批死去。幼年时靠它们恰到好处的死去慢慢塑造心智,老年时也因为它们不可避免的死去慢慢丧失心智。

那么这个类比中谁是计算机?

没有计算机。这才是大脑机制高明到恐怖之处。神经元本身只是个网络组件,没有CPU,没有本地存储,只为生成和支持连接而存在。连接为传递神经冲动(电位形式)而存在。而神经冲动是个二值函数,只有冲动(1)和平静(0)两种状态。这些冲动在连接网络中的承继、分组、时序和互动,本身就是所有的数据。一切思想、记忆、灵魂、意识,都由这些连接承载。智能的实体,是无数连接构成的大网中,永不止息的冲动之潮。

现在倒回去想想这个问题该这么问吗。