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托马斯·阿奎那（Thomas Aquinas）坚信人类的行为来自对善的思考，但是他又很难忽略掉人们所做的某些与理智思考并没多大关系的事情，例如打嗝、情不自禁地用脚打拍子、听到笑话时突然大笑，等等。这是他的理论框架的一个难点，所以他把这些行为与人类正规的行为割裂开来，重新划定了一个范畴，“因为它们并非来自理性的思考”。在定义这一新的范畴时，他播下了无意识思想的第一粒种子。
此后400年间，一直没有人为这粒种子浇水，直到博学家莱布尼茨提出，大脑是可觉知部分和不可觉知部分的总和。在莱布尼茨年轻时，他一上午就可以创作300首拉丁语六步格诗。后来他又提出了微积分、二进制、政治理论、地质假说、一个动能方程式及软硬件分离的想法，还创建了一些新的哲学流派。随着灵感不断涌现，他开始像麦克斯韦、布莱克和歌德一样怀疑起来：在自己的身体里，可能有一个更深不可测的洞穴。
莱布尼茨提出了一些我们不知道的感知，他将之称为“微感知”（petite perceptions）。他推测，既然动物有无意识知觉，那为什么人类没有呢？尽管这个逻辑只是推测，但他认为，如果不假设有一个无意识的东西存在，我们就会忽略一些重要的东西。“无知觉的感知对人类思维科学而言，就像感觉不到的粒子对自然科学一样重要。”他说。莱布尼茨继续指出，像追求和倾向（“欲望”），人们同样无法意识到，但它们仍然可以驱动人们的行为。这是对无意识冲动的第一次重要阐述，他认为，自己的这种想法是解释人类行为的关键。
莱布尼茨热情地记下了这一切，写在他的《人类理解新论》（ New Essays on Human Understanding ）一书中。但这本书直到1765年才出版，那时他已经去世将近半个世纪了。这些文章与了解自我的启蒙观念产生了冲突，所以在接下来的近一个世纪里，它们都不曾被重视。无意识思想的种子再次陷入休眠状态。
与此同时，其他一些事件为心理学作为一门实验科学、材料科学的崛起奠定了基础。一位名叫查尔斯·贝尔（Charles Bell）的苏格兰解剖学家兼神学家发现，从脊髓辐射到全身的神经都不尽相同，但大体可以分为两类，即运动神经和感觉神经。前者将信息从大脑的指挥中心“运出”，后者将信息反馈回大脑。这是对大脑中另一种神秘结构模式的第一个重大发现，随后的先驱研究者将大脑的组织结构勾画了出来，于是大脑不再是一个模糊且均匀的器官。
识别这样一个莫名其妙的组织块的逻辑非常令人鼓舞。1824年，德国哲学家兼心理学家约翰·弗里德里希·赫尔巴特（Johann Friedrich Herbart）提出，想法本身也许可以通过一个结构化的数学框架来理解：可以用相反的想法来反对一个想法，从而削弱那个想法，使它低于意识的阈值。相应地，相似的想法可以互相支持，从而上升到意识层面。随着新想法的上升，它把其他相似的想法也一同拉升。赫尔巴特创造了“统觉团”（apperceptive mass）一词来表明从想法变成意识的过程不是某个想法单独完成的，而是通过与意识中其他思想的同化来完成的。就这样，赫尔巴特引入了一个关键性的理论：意识和无意识的思想之间存在着界限，即人们能够意识到一些想法，但意识不到另一些想法。
在这种背景下，德国医生恩斯特·海因里希·韦伯（Ernst Heinrich Weber）对将物理学的严谨性引入有关思维的研究中产生了浓厚的兴趣。他的新领域“心理物理学”（psychophysics）旨在量化人们的感知、反应速度和感知的精确性。这是第一次用科学、严谨的方式来测量感知，结果也令人震惊。例如，你的感知为你提供了对外部世界的精确描绘，这看起来显而易见，但在1833年，德国生理学家约翰尼斯·彼得·穆勒（Johannes Peter Müller）却注意到了一些令人困惑的现象。如果他用光照射眼睛，给眼睛施加压力，或者用电刺激视神经，所有这些都会使人产生类似的视觉感觉——那是光的感觉，而不是压力或电。这使他认识到人不是直接意识到外部世界，而是意识到神经系统的信号。换句话说，当神经系统告诉你有东西（比如光）在“外面”，你会相信，而不在意信号是怎样来的。
此后，人们开始思考物理大脑与感知之间的关系。1886年，在韦伯和穆勒去世多年后，一位叫詹姆斯·麦基恩·卡特尔（James McKeen Cattell）的美国人发表了一篇题为《大脑操作时间》（ The time taken up by cerebral operations ）的论文。这篇论文的中心观点非常简单，即你的反应速度取决于你的思考类型。如果只需对你所看到的闪光或“砰”的一声进行反应，那你可以很快地完成——闪光190毫秒，“砰”声160毫秒。但如果你必须做出选择，比如说出看到的是红色闪光还是绿色闪光，那就需要多十几毫秒。如果你要说出刚才看到的，比如“我看见一道蓝色的闪光”，那就需要更长的时间。
卡特尔的简单测量没有引起众人的关注，却成了范式转变的风声。随着工业时代的到来，知识分子开始关注机械。正如人们现在把计算机作为隐喻一样，在当时，机械隐喻也渗透到了大众的思想中。19世纪后期，生物学出现进展，行为的许多方面顺理成章地被归因于神经系统类似于机械的操作。生物学家知道，信号在眼睛中被处理，沿着连接丘脑的轴突行进，然后沿着神经通路进入大脑皮质，最后成为整个大脑处理模式的一部分，这个过程需要时间。
不过，思考却仍然被认为与此不同。它似乎不是实体的产物，而是属于精神或者灵魂的特殊范畴。卡特尔的方法直面了这一问题。通过让刺激保持不变而改变任务，即做出这样或者那样的决定，他可以测量出做决定所花的时间。也就是说，他可以测量思考的时间。他提出这种直接的方法来建立大脑和思维之间的对应关系。他写道，这种简单的实验带来了“我们对生理和精神现象完全平行的最有力的证明；毫无疑问，我们的实验同时测量了大脑和意识的变化速度”。
在19世纪的时代思潮中，“思考需要时间”这一发现动摇了“思考是非物质的”这一范式的基石。它证明了 思考和其他行为一样，不是“神奇的魔术”，而是同样拥有物质基础的。
思考等同于神经系统的处理过程吗？思维会不会就像一台机器一样？很少有人关注这一新兴的想法，大多数人仍然认为人们的心理活动会立即出现在他们发出命令之后。但对一个人来说，这种简单的想法改变了一切。
就在达尔文出版他的革命性著作《物种起源》的同时，一个来自摩拉维亚的3岁男孩和他的家人一起搬到了维也纳。这个男孩，也就是弗洛伊德，将在一种全新的达尔文式世界观的影响下成长，在这个世界里，人与其他生命没有什么不同，科学的聚光灯可以投射在人类行为的复杂结构上。
年轻时，弗洛伊德进了医学院，但更吸引他的是科学研究，而不是临床医学。他专攻神经学，并且很快就开了一家治疗心理障碍的私人诊所。通过仔细检查患者，弗洛伊德开始怀疑，人类行为的差异只能通过看不见的、在幕后隐秘地运行的心理过程来解释。弗洛伊德注意到，这些患者的行为通常不是由明显的意识驱使的，基于大脑即机器的新观点来看，他认为一定还存在隐藏的动机。根据这一新的观点，思想并非简单地等同于生活中熟悉的意识的部分；它就像一座冰山，大部分无法被人看见。
这个简单的想法改变了精神病学。此前，异常的心理过程无法得到解释，除非将它们归因于意志薄弱、恶魔上身等，但弗洛伊德坚持要在大脑中寻找原因。在弗洛伊德生活的时代，由于现代脑科学技术还未出现，他只能从系统的“外部”收集数据：通过与患者交谈，从他们的精神状态推断其大脑状态。从这点出发，他关注包含在口误、笔误、行为模式和梦的内容中的信息。他设想所有这些都是隐藏的神经机制的产物，而主体没有办法直接访问。通过检查表面的行为，弗洛伊德确信他能感觉到“下面”潜藏着什么。越是看到冰山的尖端在闪闪发光，他就越能领会到冰山的深度，以及隐藏的神经机制如何解释人们的思想、梦境和欲望。
运用这个概念，弗洛伊德的导师兼朋友约瑟夫·布罗伊尔（Josef Breuer）建立了一种似乎可以帮助癔症患者的有效方法，即让他们不受限制地讲述自己最早的发病情况。弗洛伊德将这种技术应用于其他神经官能症的治疗，并提出患者内心深处的创伤性经历正是他们的恐惧、癔症性瘫痪、偏执等的隐藏来源。他猜想，这些问题被意识隔离了起来。解决的办法就是将它们引入意识层面，使它们能够被直接面对，从而消去其引起神经官能症的能力。这种方法成了20世纪精神分析的基础。
虽然精神分析的流行性和细节发生了相当大的变化，但弗洛伊德的基本思想提供了第一条探索大脑隐藏状态的神经机制如何驱动思想和行为的途径。1895年，弗洛伊德和布罗伊尔共同发表了他们的成果，但之后，布罗伊尔对弗洛伊德强调无意识思想的性根源越来越不赞同，最终两人分道扬镳了。接着，弗洛伊德出版了主要阐述无意识的著作《梦的解析》（ The Interpretation of Dreams ），在书中分析了自己的情感危机和父亲死后引发的一系列梦境。弗洛伊德的自我分析让他发现了自己对父亲意料之外的感情，例如，憎恨、羞愧和羡慕交织在一起。这让他开始思考自由意志的问题。他认为，如果选择和决定源于隐藏的心理过程，那么自由选择要么只是一种幻觉，要么至少比以前认为的更受约束。
到了20世纪中叶，思想家们开始意识到，人类对自我所知甚少。人们不是处在自我的中心，而是处于自我遥远的边缘，只能觉察到很少正在发生的事情。
弗洛伊德对无意识的大脑的直觉是正确的，但在他生活的年代，现代神经科学尚未发展起来。现在我们可以从多个层面窥视人类的颅骨，无论是单个细胞的电脉冲，还是激活大脑广阔区域的模式，都可以进行研究。现代科技塑造并描绘着人类内在宇宙的图景。在接下来的章节中，我们将一起进入意想不到的领域。
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你为什么会生自己的气？或者说，究竟是谁对谁生气？为什么盯着瀑布时岩石似乎在向上“走”？为什么其他人都知道他中风瘫痪了，美国最高法院曾经的法官威廉·道格拉斯（William Douglas）还声称自己能踢足球和徒步旅行？为什么大象托普西（Topsy）会被爱迪生处以电刑？为什么人们喜欢拿出一部分钱放在没有利息的圣诞节账户？如果酒后的梅尔·吉布森（Mel Gibson）是反犹主义者，而清醒的他又真诚地道歉，那么哪一个才是真的他？尤利西斯和次贷危机有什么共同点？为什么女性舞蹈表演者在一个月内的某些时候能赚更多的钱？为什么名字开头是“J”的人更有可能嫁给名字同样以“J”开头的人？为什么人们总想倾诉秘密？为什么有些人在婚姻中更容易出轨？为什么服用抗帕金森病药物的患者会成为强迫性赌徒？查尔斯·惠特曼（Charles Whitman）这位高智商的银行出纳员和鹰级童子军（Eagle Scout），为什么突然在得克萨斯大学的大楼里射杀了48个人？
这一切与大脑的幕后运作有什么关系？正如我们将要看到的，一切都关系甚大。