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声音、光与热之后，
是回忆、意志和领悟。
——詹姆斯·乔伊斯《芬尼根的守灵夜》
在编织艺术里，经线是整体结构的锚定点，为其他穿梭来回的织线提供强而有力的结构支撑。它向四方空间投射而去，联结着那已编织的过去、正编织的现在和尚未编织的未来。假若人类历史是一片织布，那么它的经线从东非大裂谷开始，经过数百年的延续，在冰原、丛林里，石器、铁器与散发光芒的稀土矿石联结变化。而赋予了这些织线形状，让每一个人能成为独立个体的，是他的内在心灵。每一个人的特质，如同织布的质感和颜色，来自他生命中经历的种种，与那烦琐又可爱的大小事。接下来的故事是关于有着残缺经线的人们，以及他们裸露在外、原始又真实的心灵。
这本书里的所有故事都出自精神科较为严重的急诊病例。如果这本书是对人类心灵共通之处的探索，那么对那些异常精神状态的描述更应该追求真实。因此所有关于患者症状的描述都是真实的，唯有如此才能体现亲历者最真实的内在，但与此同时，为了保护患者的隐私，本书在其他细节上做出了相应修改。同样，这本书里关于神经科学技术的描述也都是真实存在的。这些技术为精神医学研究大脑提供了许多创新且独特的方法，有些听起来甚至如同科幻小说一般玄幻得让人无法相信，但是这些方法来自全世界实验室通过同行评议发表的科学论文（其中也包括我自己的论文）。
但即便是医学和科学加起来，也不足以完整地讲述人类复杂的内心世界。因此其中一部分故事不是从医生或者科学家的角度，而是从患者的角度，以第一或第三人称叙述，其间夹杂混乱的语言，反映混乱的精神状态。当故事在描述另一个人的内心世界——他的想法、感觉或是回忆的时候，作者不再是从科学或者医学的角度去分析，而只是从个人的角度，在沟通、理解、照护和关怀的过程中，想象、体会其中的细枝末节。从病人的角度去感知与体会非正常状态是精神科最大的挑战，其中包含了来自观察者（医生）和被观察者（病人）的主观偏见。但无论如何，那些被埋在心灵最深处的秘密声音，永远只属于那也许已经逝去的，也许永远保持沉默的，在其中饱受痛苦煎熬的和迷失的主人。
在理解病人的过程中，我不确定我作为医生的想象力有多重要，但是经验告诉我：现代神经科学和精神医学都有各自的局限性。在这种时候，比起利用显微镜观察等科学方法，文学带给我的某些想法更能帮助我认识我的病人。在我思考关于心灵的问题时，文学和科学对我而言是同等重要的。写作是我一辈子热爱的事，有机会时，我总想回到写作上，只是多年来它一直被掩盖在科学和医学之下。精神医学、想象力、科学技术，这三者完全不相干，或许正因为它们各自独立，它们才神奇地构成了我写作的空间维度。
本书的第一个维度是关于一个精神科医生，讲述他在临床一线工作上的心路历程与成长经历。如同一块布被磨损后，底下的线和它的隐藏结构就会暴露在外一样，基因发生突变并失去作用后，我们反而能借此推断突变部分的脱氧核糖核酸（DNA）原本的功能，通过损坏的过程，理解、还原事物完整的模样。同样地，每一个精神病人，以及他所经历的、难以理解的曲折离奇的事情背后，映射出来的其实是正常人（也许还有医生）隐藏的内在经历。每一个故事包含了关于人类内在经验和情感的想象，包括现在我们正在经历的以及前人千年来经历的每一时刻，尤其是那些不妥协就无法克服的逆境和困难。
本书的第二个维度从生命最基本、原始的结构——负责呼吸的细胞，负责运动的细胞，还有负责将机体与外界区隔开的细胞出发。作为生命有机体，我们与世界最早、最原始的分界，是由一个叫作外胚层的脆弱而单薄的结构形成的。经过不断分化，它最终构成了我们的皮肤以及我们的大脑。无论心智状态健康与否，我们都是透过同样一层古老的胚胎结构，与他人、外界形成生理和心理上的交流联系。故事从失去至亲的痛苦讲起，继而讲到对外在世界失去正常感知后产生的躁狂与思觉失调，最后讲到内在自我的瓦解：在抑郁症中失去感受快乐的能力，在进食障碍中失去为自身机体提供营养的动力，以及在生命行将结束时因痴呆症而失去自我。然而无论是史前故事还是现代正在发生的事，“感觉”这东西不会变成化石供我们研究，我们无从得知以前的“感觉”是什么样子（而我也无意成为演化心理学家），我们也无法直接观察另一个人的“内在感觉”。因此在故事的第二个维度里，我们必须运用适当的想象力来讲述主观内在情感。但在某些特殊的实验环境下，当我们可以应用科学技术去测量“感觉”时，我们就有机会一窥大脑处理“感觉”的内在工作机制。
本书的第三个维度是描述最新的科学研究成果，研究对象包括精神正常和异常状态。每一个故事背后都有实验与数据支持，我也在本书末尾部分提供了简短的参考文献（开源的参考文献还附上了网站资源链接），供有兴趣的读者徜徉科学瀚海，让没有科学研究训练背景的大众读者有机会接触和理解我们的研究内容。
因此，这本书不只是一个精神科医生的故事，也不只是对人类情感的想象，更不只是关于最新的神经科学技术而已。这三个维度只是分别代表一个透镜，让读者可以从不同角度探究神秘的心灵世界。要将三个透镜里的影像融合为一绝非易事，但谁又能说生而为人是轻松的呢？这本书最终如果能勾勒出某个象征心灵世界的低分辨率的影像，我已经心满意足。我要在此特别感谢我的病人，是他们为我提供了这样一个独特角度来探究这一切。还有和我一起经历这一漫长而昏暗，充满绝望、不确定性，又不时迷人而可爱的旅途的人们，他们所经历的痛苦，我可能知道，也可能不知道，而我对他们只有感激。
说点关于我自己和我所经历的事，或许能帮助读者明白作者本身的不完美。我，如同所有人一样，是一个主观多于客观的人，而这只是人类视角的小小缺陷之一。在成长过程中，我从没想过未来会踏上精神病学这条路，更遑论工程学。
我的童年充满了变化，从小镇到大城市，从北美大陆的东部到西部到中部，最后再回到东部，跟着我不辞辛劳的家人们——我的母亲、父亲和两个姐妹，我们每几年就搬一次家。我和我的家人们都把阅读视为人生最重要的追求。我记得有一回我们从美国东部的马里兰州开车到美国西部的加州，在路上，我每天不停地念书给我父亲听，一念就是数小时，而且连续读了好多天。我空闲的时候喜欢读故事和诗，甚至在骑自行车上学和放学的路上，我也不顾危险地在自行车把手上放本书，边读边骑。虽然我也读关于历史和生物的书籍，但是我更喜欢充满想象力的作品。直到我在求学路上碰见了另一种思想方法。
我上大学的时候，第一个选的课程就是“创意写作”，但是那一年我意外地从我和同学的聊天对话里，以及课程中了解到“生命科学”通过对单细胞，甚至最复杂的大型生命体细胞的研究，帮助解答了生物学中某些最深奥的难题。这些问题长久以来都被认为是难以攻克的。例如，一个细胞如何成长为一个完整的身体？血管里的免疫细胞如何形成、保存、唤醒免疫记忆？肿瘤的发病因素，包括基因、有毒化学物质、病毒感染等等，它们如何在单细胞层面上致癌？又如何据此提出有意义的预防和治疗癌症的方法？
将微观层面的基础研究结果，应用到宏观层面的复杂机体之后，可以为许多不同领域的研究带来革命性的突破。在我看来，生物学共同的秘密隐藏在宏观机体与微观细胞、分子结构之间。我因此萌生了一种新的想法：我想将这样的研究方式扩展到精神世界去，去研究意识、情感、语言引起的感情变化。我突然看见一条将我带向无穷快乐和喜悦的道路，如同托妮·莫里森
所形容的“流浪汉的确幸”（rogue anticipation with certainty），就这样，我找到了“真爱”。
在与大学室友（他们无一例外全都是理论物理学家）交流的过程中，我发现天文学家在研究宏观宇宙的时间和空间现象时，也有同样的感受。他们最初着眼于物质的最微观基础层面和物质在最小距离间相互作用的基础力学，研究的过程既宏伟如宇宙，又渺小如个人，而且同样是理论融汇与检验并行。
与此同时，我第一次接触到神经网络概念。它属于计算机科学的一个快速发展的分支。神经网络技术可以在不需要人工监督的情况下通过基本储存单位——如同细胞一样——完成记忆存储。神经网络以代码的形式存在，只有简单又抽象的属性，通过彼此虚拟联结，在程序里运行。从它的名字就不难看出，这个技术受神经生物学启发，而且它的影响对计算机科学而言深远无比，最终衍生出人工智能领域里具有革命意义的深度学习技术。今日该技术运用大量如同细胞一样的基本储存单位，影响力遍布几乎所有的信息相关产业，包括神经生物学。
大量的小东西彼此联结，似乎可以完成任何事情，只要它们之间的联结是正确的。
我开始思考是否可能在细胞层面上解决神秘如情感之物。什么会引起正常人还有生病的人内心的强烈感受，包括他们可以适应的和不能适应的感受？或者更直接地说，从生理学角度来看，在细胞和它们的联结层面上，这些“感受”的本质究竟是什么？对我而言，这可能是全宇宙中最神秘的谜题，唯一能与之相提并论的另一个难解之谜是宇宙的起源与存在的意义。
要想挑战这个难题，人脑当然是至关重要的研究对象，因为只有人类才能清楚明白地形容自己的情感。在我的观念里，神经外科医生享有直接接触人类大脑的特权；如果想要最直接地帮助治疗和研究人脑，神经外科对我而言似乎是理所当然的选择。因此，从在研究生院学习到临床医学培训阶段，我都将自己的目标设定在神经外科这个领域方向。
然而，在医学院的最后一年，我去精神科做了一次短暂的实习轮转。这是所有医学院学生的必修课，不完成就无法毕业。
在那之前，我对精神科完全不感兴趣；事实上，我觉得精神科甚至令我感觉不快。或许是因为精神科相对主观的诊断工具和方法，又或者是我内心深处隐藏着某个我尚未发现和面对的问题。无论如何，除非万不得已，我都不会选择精神科作为我的专科方向。而且在我有限的接触过程中，神经外科让我感到热血沸腾：我热爱手术室，还有那巨细靡遗、毫厘之间上演的生死大战戏码，以及缝合时那振奋人心的专注、强度和节奏感。因此，当我最终选择精神科作为我的专科时，我的朋友和家人，还有我自己，都感到相当意外。
我所接受的训练让我将大脑看作一个生物体——它也确实是一个由细胞构成、从血液获取养分的器官。但是在精神疾病里，我们无法直接观察到大脑的损伤，不像一条骨折的腿，或是一颗泵血能力下降的心脏那样直观。问题并非来自大脑的血供，而是隐藏在它内部信息交流传输的过程中，没有任何直接测量的指标，除了语言——我们和患者之间的交流对话。
精神科是围绕着生物学乃至宇宙里最难解的谜题而展开的学科，我只能用语言——我最初的，也是最大的热忱所在——去撬开一扇通往这谜题核心的大门。而这样的联结一旦建立起来，我原本的计划就发生了翻天覆地的变化。而这一切改变，如同改变人生的许多重大事件一样，都是从单一事件开始的。
在精神科实习轮转的第一天，我坐在护士站里，随手翻阅着一本神经科学方面的期刊。我先是听到一阵混乱，接着突然有一名四十多岁的男病人，高高瘦瘦，满脸稀疏凌乱的胡子，冲过一扇本应是锁上的门闯了进来。他站在我面前，我们四目相对，他的眼神里充满了恐惧和愤怒，并且朝着我大吼，我的五脏六腑紧张得蜷缩成一团。
我对人满嘴胡言乱语这件事并不陌生，但这一次不是在街头遇到陌生人。这个病人的精神状态看起来完全清醒，不像某些病人的精神状态像在云里雾里一样迷糊；他的言语完整而清晰，他所承受的伤害，明亮地映在他的眼帘里，他的恐惧是真实的。他用颤抖的声音——他仅剩的东西，勇敢面对他所受到的威胁。
而他的言语和用词，虽然不符合日常语言规范，但我必须得说，它在当下的情景中，带有一种美感。他用自成一格的文法、词汇，充满创意地表达了他极大的痛苦。虽然我们素昧平生，他依稀感觉受到侵犯，但他仍以超越常规句法和惯用语的语言形式直接面对我。他说出了一个全新的词，听起来很像我多年前在乔伊斯的作品里读到的一个词：telmetale
。《芬尼根的守灵夜》正在一个禁闭病房里重现，病人讲述着比皮肤、比头骨、比茎干、比石头更深奥的东西。我惊讶地张大嘴坐在那儿，他一边说，我如同醍醐灌顶。因为他，科学和艺术在我内心同时激荡着，而且它们并非两个并行独立的个体，而是融合为一的东西：稳定又必然，如朝日光辉不可控。这是个让人震撼的时刻，万物归一的时刻，也是我第一次体会到醍醐灌顶的重要时刻。
之后我得知他患有一种叫作“分裂情感障碍”的精神疾病，一种同时具有抑郁症、躁狂症和精神分裂症主要症状的可怕疾病。我同时也学到：这个疾病的定义其实一点也不重要，因为疾病分类对治疗几乎没有影响，临床上只能对症下药，而且缺乏背后的科学根据。没有人能从生理学角度来回答这个疾病的本质究竟是什么，或者为什么这个人会得这个病，又或者为什么人类必须经历如此怪异又可怕的状态。
即便问题看似绝望，我们还是会试图去寻求答案，这是人性的一部分。对我而言，在经历了那一时刻以后，我只能头也不回地继续前行，而且当我学得越多，我越发专注。当年我就正式将精神科作为我的专科。又经过了四年的精神科临床培训，专科考试以后，我在同一所大学的生物工程系里成立了一个新的实验室。这所大学就在硅谷的中心，我也毕业于这所大学的医学院。我计划一边帮患者治病，一边研发新的研究大脑的工具。我希望我至少能够提出些新的问题来吧。
人脑看似复杂，但它和身体其他器官一样，都是由细胞组成的。毫无疑问，它们是非常美丽的细胞，包括超过800亿个专职传导电流的神经元，每个神经元的形状如同冬天里光秃秃但枝干繁密的树，而每个神经元又会和别的细胞组成成千上万个名为神经突触的化学联结结构。微量的电活动，会通过一个叫作轴突的神经纤维——导电的纤维外部有脂肪包绕，并且形成大脑里的白质结构——不停地在细胞间传递。每一个电脉冲持续时间只有一毫秒，只有一皮安
的电流强度。人脑的所有功能都是通过电与化学相互作用而实现的，包括动作、记忆、思考、感觉，这些又都是通过细胞完成，而细胞正是可以被我们拿来研究、阐明、改变的对象。
如同生物学其他近代分支学科一样（比如免疫学之于癌症），想要更深入地在完整的大脑里进行细胞层级的研究，首先得发明新的神经科学研究方法。在2005年以前，我们还没有方法可以准确地在大脑里诱发某些特定细胞的电活动。当时细胞层面的神经电生理研究主要仰赖观察——在不同行为下透过电极倾听细胞放电。这已经是一个非常有价值的研究方法，但是我们无法通过在特定细胞里诱发或阻止放电活动，进而研究细胞层面的电活动对大脑和行为的影响，例如人的感觉、认知和行为。我的实验室在2004年创立之初研发出来的光遗传学技术，目的就是解决这个问题：如何能在特定细胞里准确诱发或抑制活动。
光遗传学技术的第一步就是生物学里天马行空的想象：将某个体外物质——一种特殊的基因——从一个生物的细胞运送到另一个生物的细胞里去。这个基因只是DNA的某个片段，可以指挥细胞去生产某个蛋白质（一个能完成细胞特定工作的生物分子）。在光遗传学技术里，我们从许多微生物（如细菌和单细胞藻类）那里，借用了它们的基因，并且将这个体外物质运送到其他脊柱动物（比如小鼠和鱼）的大脑细胞里去。这听上去是件很诡异的事，但其实它带有清晰的逻辑性和目的性——我们借用这组叫作微生物视蛋白的基因，将其运送进神经元，而它立马就能生成一个可以将光转变为电流的特殊蛋白。
正常情况下，这些蛋白被它们的原始微生物宿主用来将阳光转换为电信号或者电能，从而指导水里的藻类细胞游向阳光最适宜生存的地方，或者在某些古老的细菌里，它们能创造环境将光转换为能量。相较之下，大部分动物的神经元对光都不会有任何反应，因为没有这个必要——头骨里是一片黑暗，无光。通过光遗传学方法，我们使用基因技术让大脑里特定部位的神经元生产这些外来的微生物蛋白，这些拥有微生物蛋白的脑细胞就变得与它们相邻的细胞不太一样了。此刻只有这些被基因修改过的神经细胞能对光做出反应，而这就是运用光遗传学技术的结果。
因为电流是神经系统里传递信息的基本单位，当我们通过一根细小的光纤或者全息显示器投影，将激光投射进动物的大脑里，通过这些已经被修改过的神经细胞去改变电信号，动物的行为也会就此发生惊人的变化。借此我们可以探索目标细胞完成大脑特定功能的能力，比如感知和记忆能力。最终的结果证明这些光遗传学实验在神经科学领域非常实用，因为如此我们可以将局部的单个细胞活动与大脑全局联结在一起。如同单个词语只有存在于完整的语句里，才能在沟通过程中表达出它恰当的意义一样，我们终于得以在适当的环境下展开因果关系的研究——利用存在于完整大脑里的细胞，介导机体每个行为背后的复杂功能，以及各种功能障碍。
大多数实验都是在小鼠、大鼠和鱼类身上进行的，这些动物体内有许多神经系统结构和我们人类十分类似，只是人类的更高等一些。这些脊椎动物和我们一样有感觉，会做决定，有记忆，拥有行动能力；只要通过正确的观察方式，就可以揭示人类大脑结构的内在工作机制。借用和我们在进化链上同源，但几乎从起源时就往不同方向演化的生物体——一个从起源时就定锚在生命的经线之中，在进化过程中形成的微小而古老的成就——一项探索大脑之谜的新技术就此诞生。
我的团队紧接着研发了另一项叫作水凝胶组织化学的技术。我们以在完整大脑里达到细胞级别分辨率为目的，并在2013年首次发表了这个研究方法，当时取的名字是CLARITY；自那时起许多类似的方法应运而生。这个技术采用化学方法，在组织细胞里形成透明的水凝胶——一种柔软的水基聚合物。这种物理性质的变化可以让完整的组织器官，比如原本稠密不透光的大脑，变成透明状态，如此一来便可以透过高分辨率成像技术，直接观察细胞和它们内部的生物分子。所有令人感兴趣的部分都在原处，维持着原本的三维结构，让我们尽情观察。这不禁让我回想起我小时候爱吃的一种甜食：让人可以一眼看透的透明果冻和里头缤纷的水果片。
光遗传学技术和水凝胶组织化学技术的共通点是让我们可以直接观察完整大脑，研究个别结构和脑功能的关系。无论大脑是在健康状态还是病理状态下，我们不再需要拆解和破坏脑神经系统。我们可以直接在完整系统里进行必不可少的细节分析。这两项技术以及从中衍生出的其他众多方法，帮助全世界对大脑神经回路有了更全面的认识，带来的惊奇和影响远远超过科学领域。
通过这个方法——结合其他实验室在显微镜、基因、蛋白工程领域发展出的科技突破——科学界现今获得了无数关于细胞如何介导脑功能和行为的看法。比如研究人员找到了从大脑一端投射到另一端的轴突连接（如同一块织布里的经线，与无数其他穿梭而过的纤维缠绕在一起），通过它，大脑前额部与大脑深部负责处理强烈情感（例如恐惧和寻求奖赏）的部位发生联结，借此抑制被这些强烈情感驱动的冲动行为。这些发现之所以能实现，是因为我们现在可以在实时状态下，在动物进行复杂行为时，以快如思维和感觉的速度，对动物的脑内投射路径中清晰的神经联结进行精准控制。
这些深埋在大脑里的轴突帮助我们明确大脑状态和进行情感表达。在我们把对内在状态的认识拓展到如此精准的生理层面以后，我们也对人类的过去、人类的进化有了更深的了解。当我们还在胚胎发育期和婴儿时期时，大脑结构形成之初，基因就决定了它的未来发展方向，而也正是基因在过去千年进化过程中塑造出了人类大脑今日的模样。也因此，从某种意义上来说，我们的内在纤维是从史前人类起就扎了根的遗产，通过它，我们的祖先得以存活下来，而如今它穿越时空，又投射到我们身上。
这个通向过去的联结并不是什么魔法，这与卡尔·荣格所说的跨越时间和遥远先祖产生神秘联结的“集体无意识”交流完全不同。它起源于脑细胞结构，而脑细胞结构是我们的祖先留给我们的生理遗产。我们今天所拥有的这些神经联结（同时也是我们的研究对象），虽然个体之间存在差异，但大多数都来自适者生存法则下得以存活、延续的祖先。他们控制大脑结构的基因也一路传递下来，传到现今的我们和其他哺乳类动物身上。所以我们和我们祖先的感受可能十分相似，这绝非偶然，因为这些感受在某些时刻、某些环境下，曾经对我们的祖先具有至关重要的意义。
这些内在结构最终通过生存意志（再加上一点点运气）传到了我们身上；人性——包括我们的感情、我们的软弱，都来源于它。
现代神经科学惠及的范围已经延伸到解决人的脆弱与缓解人的痛苦：从通过大脑环路上新发现的因果关系知识，以及背后的细胞机理，指导人们利用大脑刺激疗法来治疗疾病，再到探索与精神疾病相关的大脑环路中基因所扮演的角色，乃至单纯地为某些长期被病痛折磨、被疾病污名化的病人带来希望。科学的进步为临床判断提供了重要的思考方向，这是基础科学研究的价值，但这不是什么新观念。因为我的临床工作同样为我的科研思考提供了强有力的指引。精神医学反过来推动了神经科学的发展，仅这一点就令人振奋。以解决人类所承受的病痛与苦难为志向的精神医学，与基于小鼠和鱼大脑的神经科学理论，竟然相辅相成地发展。神经科学与精神医学彼此帮助，利用彼此所拥有的资源共同发展，在更深的层面上彼此联结着。
回看过去这十五年获得的发展和突破，我不禁会回想起最初对精神科完全提不起劲的自己。那次在精神科病房的意外遭遇——病人的喊叫声，恐惧感，通过他人之眼体验现实的脆弱——深深地影响了我，我有时会问自己，如果那时的我在某种机缘巧合下已经准备好，并且积极而正向地面对那次意外，那么那次事件不过就是一场让人不舒服的遭遇而已。因此个人的领悟可能来自任何意想不到的事，科学上的发现也是一样。对我来说，那次意外教会了我“先入为主”是多么危险。我们必须和人直接接触，才能真正找到任何近乎人性的东西。
此外，还有另一层面上的意义。光遗传学技术的研究向广义的政治和社会层面说明了纯科学的价值。我们今天能利用光遗传学技术去阐述情感和精神障碍，前人所做的关于藻类和细菌的研究至关重要，这些研究都是一个多世纪以前就开始的，而那时它们不可能被预料到今天会有这样的发展和应用。科学领域的日新月异，在过去不停上演，未来也还会不断发生。光遗传学技术的故事告诉我们，科学不应该过度以转化为目标，甚至不应该过度地以探索疾病相关的问题为目的。我们越尝试去主导研究方向（比如将公共研究经费过度集中在某个特定的、与潜在治疗方案相关的大型项目上），我们越有可能会延缓科学进展。而那些尚未被发现的领域，那些真正可以改变科学发展进程、人类思想和人类卫生健康的想法，反而因此被埋没。来自意外的想法和影响不但重要，而且是必需的，无论对医学领域、科学领域，还是对身处在世界上，试图追寻各自方向的人们而言。
即使时间已经过去这么久，最近我不时还会想着去联系那位分裂情感障碍患者，那位令我第一次怦然心动而觉醒的人，想象和他坐在一起，平静地聊聊天。接受一个不可能发生的事，与精神分裂谱系障碍的本质相差不远。所以他那次在护士站的爆发，最终竟推动了精神医学与神经科学的发展，也许他并不会感到意外。我们那次的对话，于他于我，只是在真正意义上证明了一件事：即便他承受着极大的病痛折磨，他的经线和我的经线其实也并在一起，在某个角度、从某个方向，一同交织在人类共同的体验这块织布里，而在这块织布上，他的病痛也就是人性的一部分而已。