人类智力已至极限(三)

我们可能无法变得更聪明

物理极限

如果神经元之间以及脑区之间的交流真是限制智力发展的瓶颈，那么朝着小型化方向进化的神经元(彼此之间会挨得更紧，交流更快)应该会构成一个更聪明的大脑。同样，如果轴突通过进化，能在更长的距离上，以更快的速度传递信息，即使不变粗，也能让大脑的运行变得更高效。但是，有种东西的存在，却使神经元无法变小，轴突的长度也不能超过某个临界点。或许，你可以把它称作“局限之母”：这就是离子通道，神经元用来产生电脉冲的那些蛋白质，它们天生就不稳定。

离子通道都是微型阀门，通过改变自身结构来实现开或关。当它们打开时，钠、钾、钙离子会通过细胞膜，进入神经元，产生电信号，用于神经元间的交流。由于离子通道太小，单凭热振动(thermal vibration，原子在热能驱动下产生的一种振动)，便可轻松打开或关闭这些通道。一个简单的生物学实验就会让这种缺陷暴露无遗：先用一根玻璃微管，在神经元表面隔离一个离子通道，就像用玻璃杯罩住人行道上的一只蚂蚁。当你调节离子通道上的电压，试图将它打开或关闭时，你会发现它并不像厨房里的灯那样，说开就开，说关就关，它的开或关完全是随机的。有时，它根本就打不开，有时在本不应该打开的时候却又打开了，产生一些无意义的神经“噪音”。你可以不断调节电压，但你所做的一切，仅仅是有可能使通道打开或关闭。

听起来，这像是一个可怕的进化缺陷，但实际上，这是一种折中方案。“如果通道太松，会产生很多‘噪声’，使它会不停地打开或关闭”， 就像先前提到的生物实验那样，拉夫林说， “如果通道太紧，它确实不会产生多少‘噪声’，但这样一来，你得花费更多力气才能打开或关闭它”，也就是说，神经元需要耗费更多能量才能控制离子通道的开关。换言之，神经元使用这种一触即发的离子通道可以节省能量，但副作用是通道的开关不稳定。这又会出现一个利弊问题：只有当你拥有很多离子通道，并通过“投票机制”来决定神经元是否产生电脉冲时，离子通道才是可靠的(即只有当多数离子通道都处于同一状态时，才能决定神经元是否放电)。但是，如果神经元变小，“投票机制”就会出问题。“当你缩小神经元，可产生电信号的离子通道也会减少”，拉夫林说，“‘噪声’则会随之增多。” 在2005 年和2007 年发表的两篇论文中，拉夫林和同事计算了一下，如果要保留足够的离子通道，是否对轴突的最小尺寸会有所限制。结果很令人吃惊。“当轴突直径为150 ～ 200 纳米时，它们就会产生大量的噪音，”劳克林说。在这种情况下，每根轴突上只有少量离子通道，以至于只要一个通道意外打开，就会致使轴突传递一个信号(见第33 页图框)，尽管神经元还没有放电的打算。在大脑中，最细的轴突可能发出的噪音信号已经达到每秒6 次，如果再将它们的直径哪怕缩小一点点，它们发出噪音的次数就可能超过每秒100 次。拉夫林指出：“大脑皮层灰质中的那些神经元，它们的轴突的直径，已经非常接近物理极限。”

信息、能量和噪声之间的这种最基本的折中方案并不限于生物学。从光纤通信、无线电传输到电脑芯片，这种机制都适用。晶体管的作用和离子通道类似，都控制着电信号的通断。50 年来，工程师设计出的晶体管越来越小，塞在芯片上的晶体管越来越多，计算机的运行速度也越来越快。在最新一代的芯片上，晶体管的直径是22 纳米。在这种尺度下，在晶体管中均匀掺入硅元素变得非常困难(这个过程叫做掺杂，是指向晶体管掺入少量的其他成分，用以调整半导体的性能)。当晶体管的直径接近10 纳米时，单个硼原子的随机出现或缺失都可能引起不可预测的后果。

这时，工程师也许会回到绘图板，用一种全新的技术重新设计芯片，以避开当前的这种限制。然而，生物进化不可能重新开始：它必须在既定规则下，使用在过去5 亿年里出现的“零件”来进行，瑞士巴塞尔大学的发育神经生物学家海因里希· 莱歇特(Heinrich Reichert)解释说，这就好像要用改良的飞机零部件建造一艘战舰。

此外，还有一个原因让人怀疑，人类大脑能否通过一次进化上的飞跃变得更聪明。当神经元首次进化出现时，地球生物本来有很多进化方向可以选择，但6 亿年后，奇怪的事情发生了。罗斯指出，虽然从表面上看，蜜蜂、章鱼、乌鸦和聪明的哺乳动物长得千差万别，但如果再看视觉、触觉、嗅觉、情景记忆和方向感背后的神经回路，你会发现，“这些动物的神经回路的构成惊人地相似”。这种进化上的趋同性说明，解剖学或生理学上的某种解决方案已经趋近成熟，很少有改进的余地了。

也许，现今动物已经有了最合理的“神经蓝图”，而这幅蓝图是胚胎中的细胞通过信号分子和物理接触发生相互作用，然后逐步绘制而成的，在动物中已经根深蒂固。

能否突破极限

那么，在现有构建模块下，我们大脑的复杂程度是不是已经触碰到物理极限？拉夫林认为，大脑功能可能受到了一些硬性限制，如同光速受到的限制一样。“就好像你碰到了收益递减规律，”他说，“虽然投资得越来越多，但收益却越来越小。”我们的大脑中仅能容纳这么多神经元，神经元之间只能建立这么多连接，这些连接每秒钟所能承载的电信号也就这么多。而且，如果我们的体型和大脑变得更大，我们会在能耗、散热上付出更多代价，神经信号从一个部位传到另一个部位也要浪费更多时间。

尽管如此，除了进化之外，人类可能还有更好的智力提升方法。毕竟，蜜蜂和其他群居昆虫做到了这一点：蜂巢里的蜜蜂们行动一致，形成了一个集体，而集体智慧要大于单个蜜蜂的智慧的总和。人类也是如此，通过社会交往，我们已经学会了将自己与他人的智慧融合起来。

而且，我们还有科学技术。几千年来，书面语言让人们可以在体外储存信息，不再局限于大脑记忆。也许有人会说，互联网将会终结智力向体外扩展的趋势。从某种意义上讲，这可能是正确的，就像有些人说的那样，互联网使人变得愚钝：人类的集体智慧——文化和计算机——可能会削弱个人智慧向前发展的动力。

环球科学杂志 撰文 道格拉斯· 福克斯(Douglas Fox) 翻译 栾兴华

本文译者：栾兴华在北京大学医学部获得博士学位，现在任职于上海瑞金医院神经内科，她的主要研究方向为神经肌肉痛、遗传性脑血管病以及神经病理学。