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《正念之脑》（ The Mindful Brain ）是一本小书，只有100页。这本书于1978年出版，包含了两位杰出的科学家关于大脑的两篇文章。其中一篇是由约翰斯·霍普金斯大学的神经科学家弗农·芒卡斯尔（Vernon Mountcastle）所写，至今仍是脑科学领域最具代表性和最重要的专题文章之一。芒卡斯尔提出了一种关于大脑的优雅的思维方式，这种思维方式是许多著名理论的标志性特征，但也很令人惊讶，至今它还在使神经科学界出现两极化倾向。
我第一次读《正念之脑》是在1982年。芒卡斯尔的文章对我产生了直接且深刻的影响，正如你将看到的，他的观点深刻影响了我在本书中提出的理论。
芒卡斯尔的论述精确而博学，但也晦涩难懂。他写的那篇文章的标题并非朗朗上口：《大脑功能的组织原则：单元模块和分布式系统》（ An Organizing Principle for Cerebral Function: The Unit Module and the Distributed System ）。文章开头的几句话很难理解，我在这里把它列出来，以便你能感受到他的文章风格。
毫无疑问，19世纪中期，达尔文的进化论对神经系统的结构和功能的概念产生了重大影响。斯宾塞、杰克逊和谢灵顿，以及许多他们的追随者的思想都植根于进化论，即大脑在系统发育过程中是通过不断增加顶端部分来发展的。根据这一理论，每一次新的增加或扩大都伴随着更复杂的行为的发展，同时，对更靠近尾部和更原始的部分，以及它们所控制的更原始的行为施加一个规则。
芒卡斯尔在这开头的三句话中说的是，大脑在进化过程中通过在旧脑部分上增加新脑部分而变大。旧脑部分控制着更原始的行为，而新脑部分则创造出更复杂的行为。这一点听起来应该很熟悉了，因为我在第1章中已阐述了这个观点。
然而，芒卡斯尔接着说，虽然大脑的大部分都是通过在旧脑部分上增加新脑部分而变大的，但这并不是新皮质占据人类大脑体积约70%的原因。新皮质变大是通过对同一事物（一个基本回路）进行多次复制而实现的。想象一下，我们正在观看人类大脑进化的一个视频：大脑一开始是很小的，然后在大脑的一端出现了一块新的东西，接着另一块新的东西出现并叠加在了上面，这个过程不断持续下去。在几百万年前的某个时刻，出现了一个新的部分，我们现在称之为新皮质。新皮质开始时很小，但后来越变越大，不是通过产生任何新的部分，而是通过反复复制一个基本回路实现的。随着新皮质的不断进化，它的面积越变越大，但厚度却没有增加。芒卡斯尔认为，虽然人类大脑的新皮质比老鼠或狗的新皮质大得多，但其实它们都是由相同的元素组成的，人类大脑的新皮质只是包含更多的这一元素而已。
芒卡斯尔的文章让我想起了达尔文的《物种起源》一书。达尔文很担心他的进化论会引发一场骚动。因此，他在那本书中介绍了大量关于动物界变异的相对无趣的内容，直到最后才描述他的理论。即使如此，他也从未明确表明进化论适用于人类。读芒卡斯尔的文章时，我有一种类似的感觉，觉得芒卡斯尔也担心他的观点会遭到人们的口诛笔伐，所以在下笔时小心翼翼、深思熟虑。以下是芒卡斯尔文章中的第二段话：
简而言之，运动皮质不存在任何内在的运动，感觉皮质也不存在任何内在的感觉。因此，阐明新皮质中任何一个区域的局部模块回路的工作模式都具有重要的普遍意义。
在这两句话中，芒卡斯尔总结了他文章中提出的主要观点。他认为，新皮质的每一部分都是基于同一原则工作的。从视觉、触觉、语言到高级思维，所有我们认为是智能的东西，从根本上来说都是一样的。
回顾一下前面讲到的内容，新皮质被划分为几十个区域，每个区域执行不同的功能。如果你从外部观察新皮质，你是看不到这些区域的，各区域之间没有分界线，就像卫星图像不会显示国家之间的政治边界一样。如果你切开新皮质，就会看到一个复杂而详细的内部构造。然而，无论你切开的是新皮质的哪个区域，其构造细节看起来都差不多。一片负责视觉的皮质看起来就像一片负责触觉的皮质，而后者看起来就像一片负责语言的皮质。
芒卡斯尔指出，这些区域之所以看起来相似，是因为它们都在做着同样的事情。使这些区域有所区别的不是它们的内在功能，而是它们所连接的东西。如果你将一个皮质区与眼睛相连，就得到了视觉；如果你将同一皮质区与耳朵相连，就得到了听觉；如果你将两个不同的皮质区相连，你就得到了高级思维，如语言。然后芒卡斯尔指出，如果我们能发现新皮质所有部分的基本功能，就能理解整个新皮质的工作方式。
芒卡斯尔的想法与达尔文的进化论一样令人惊讶和深刻。达尔文提出了一种机制，或者说是一种算法，来解释生命不可思议的多样性。许多表面上看起来不同的动物和植物，许多类型的生物，实际上都是同一个基本进化算法的表现。相应地，芒卡斯尔提出，所有我们认为与智能有关的东西，表面上看起来是不同的，实际上都是同一个基本的皮质算法的表现。我希望你能理解芒卡斯尔的提议是多么出人意料和具有革命性。达尔文提出，生命的多样性是基于一种基本算法。芒卡斯尔提出，智能的多样性也是基于一种基本算法。
和许多具有历史性意义的事情一样，人们对于芒卡斯尔是不是第一个提出这一观点的人，存在一些争议。根据我个人的经验，每个观点多少都会借鉴一些先例。但据我所知，芒卡斯尔是第一个明确并细致地阐述通用皮质算法的人。
有意思的一点是，芒卡斯尔和达尔文的观点存在一个有趣的不同之处。达尔文知道算法是什么：进化以随机变异和自然选择为基础。但达尔文并不知道这个算法位于身体的什么位置，直到多年后，人类发现了DNA。相比之下，芒卡斯尔不知道新皮质的算法是什么，也不知道智能的原理是什么，但他知道这种算法在大脑中的具体位置。
那么，关于皮质算法的位置，芒卡斯尔的观点是什么呢？他认为，新皮质的基本单位，即智能的单位，是“皮质柱”。通过观察新皮质的表面，可以发现一根皮质柱大约占据了1平方毫米。皮质柱沿着整个2.5毫米厚的新皮质向下延伸，其体积可以达到2.5立方毫米。根据这一定义，人类大脑的新皮质中大约有15万根皮质柱并排堆叠在一起。你可以把一根皮质柱想象成一小根细长的意大利面，那么人类大脑的新皮质就像15万根细长的意大利面，彼此垂直堆叠在一起。
皮质柱的宽度会因物种和脑区的不同而有所差异。例如，在小鼠和大鼠身上，每根胡须会有一根对应的皮质柱，这些皮质柱的直径约为0.5毫米。在猫身上，视觉皮质柱的直径约为1毫米。但我们尚未掌握足够多的数据，证实人脑中皮质柱的大小。为了简单起见，我暂且认为每根皮质柱大约占据1平方毫米，以及我们每个人的大脑中大约有15万根皮质柱。尽管实际数字很可能与此不同，但这并不影响我们接下来要讨论的主题。
皮质柱在显微镜下是不可见的。除了少数例外，每根皮质柱之间并没有明显的界限。科学家之所以知道这些界限的存在，是因为同一皮质柱中的所有细胞都会对视网膜的同一个部分或皮肤的同一片区域做出反应，而与之相邻的其他皮质柱则会对其他部分或区域做出反应。正是这组反应定义了一根皮质柱。这种现象在新皮质中随处可见。芒卡斯尔指出，每根皮质柱可以被进一步分成几百个“迷你皮质柱”。如果一根皮质柱是一根细长的意大利面，那么你可以把迷你皮质柱想象成更细的一缕，就像人的一根根头发，在一根意大利面大小的区域里并排堆叠。每个迷你皮质柱包含100多个横跨各层的神经元。与较大的皮质柱不同，迷你皮质柱在物理形态上是清晰可见的，通常可以用显微镜看到。
芒卡斯尔并不清楚皮质柱和迷你皮质柱的具体功能到底是什么。他只是指出，每根皮质柱都在做着同样的事情，而迷你皮质柱是其中一个重要的组成部分。
让我们来回顾一下。新皮质是一片神经组织，大约有一张桌布那么大。它被划分为几十个区域，每个区域分别做着不同的事情。每个区域又被分为成千上万根皮质柱。每根皮质柱由几百个发丝状的迷你皮质柱组成，每个迷你皮质柱由一百多个细胞组成。芒卡斯尔提出，在整个新皮质中，皮质柱和迷你皮质柱具有相同的功能：执行一套基本算法，负责感知和智能的各个方面。
芒卡斯尔关于通用算法的观点基于以下几点证据。第一，正如我已经提到的，在新皮质中随处可见的回路非常相似。如果我给你看两块回路设计几乎相同的硅芯片，我们就能基本确定这两块芯片具有几乎相同的功能。这也同样适用于新皮质中的回路。第二，相对于人类祖先而言，现代人的新皮质扩张在进化过程中发生得更快，只有短短几百万年的时间。这段时间可能不足以使事物进化出多种新的复杂能力，但足够进化出更多相同的副本。第三，新皮质各区域的功能并非一成不变。例如，在患有先天性失明的人群中，新皮质的视觉区并不能通过眼睛获得有用的信息，转而承担一些与听觉或触觉有关的角色。第四，新皮质具有极度灵活的功能。人类可以做的许多事情都不存在进化压力。例如，人类的大脑并没有进化出为计算机编程或制作冰激凌的功能，这两件事都是最近的创举。我们能做这些事情，说明大脑依靠的是一种通用的学习方法。对我来说，最后一个论点最具说服力。大脑能够学习几乎任何事情，这就要求它遵循一个普适的智能原理。
事实上，还有更多的证据可以支持芒卡斯尔的观点。尽管如此，他的想法在刚提出时还是引起了诸多争议，即使到今天争议仍然存在。可能的原因我认为有两个。一是芒卡斯尔并不知道皮质柱的功能。在大量旁证基础上，他提出了一个令人惊讶的观点，但并没有指出皮质柱如何能真正做到所有与智能相关的事情。二是他的观点对一些人来说是很不可信的。例如，你可能难以接受“视觉和语言在本质上是相同的”这一观点，毕竟两者感觉起来并不一样。鉴于上述不确定性，一些科学家指出，新皮质不同区域之间存在差异，以此否定芒卡斯尔的观点。虽然与相似之处相比，这些差异相对较小，但如果你仔细研究这些差异，就可以论证得出，新皮质的不同区域之间是存在差异的。
芒卡斯尔的观点在神经科学领域就像圣杯一样闪耀着。无论研究哪种动物或大脑的哪一部分，无论公开还是私下，几乎所有神经科学家都想了解大脑是如何工作的，而这便要求了解新皮质是如何工作的，这样一来，了解皮质柱的作用就成了重中之重。这就是说，无论我们是想了解大脑还是了解智能，归根结底是要弄清楚皮质柱的功能以及它是如何实现这一功能的。虽然皮质柱不是大脑的唯一奥秘，也不是与新皮质有关的唯一奥秘，但了解皮质柱是迄今为止破解大脑奥秘最重要的一环。
2005年，我应邀在约翰斯·霍普金斯大学就我们的研究做了一次演讲。我讲述了我们探究大脑新皮质的经历，我们是如何处理这个问题的，以及我们取得的进展。做完这类演讲后，演讲者往往会与研究人员面对面交谈。我此行最后一个要见的人是芒卡斯尔和他的系主任。我很荣幸能够见到这位在我一生中为我提供了如此多见解和灵感的人，芒卡斯尔也听了我的演讲。交谈过程中，芒卡斯尔认为我应该到约翰斯·霍普金斯大学工作，他将为我安排一个职位。我没想到他会对我抛出橄榄枝，这对我来说不同寻常，但我的家人和事业都在加利福尼亚州，我不可能做出这样的决定。但当我回忆起1986年，研究新皮质的提议被加州大学伯克利分校拒绝这件事时，我又在想，如果当初我接受了他的提议，那又会怎样呢？
离开之前，我请芒卡斯尔在我那本烂熟于心的《正念之脑》上签名。离开时，我既感到开心，又有一丝伤感。开心是因为我遇到这样一位充分认可我的研究的人；伤感则是因为我可能很难再见到他了，即使我的研究成功了，可能我也无法与他分享我所学到的东西了，更无法得到他的帮助和反馈。怀着这种心情，我坐进了出租车，并下定决心一定要完成这份使命。