早在19世紀(jì)，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主西班牙科學(xué)家圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾便繪制出了昆蟲(chóng)的神經(jīng)解剖圖。蜜蜂的大腦僅有幾毫克重，卻可與哺乳動(dòng)物一樣執(zhí)行某些任務(wù)，比如為同伴帶路、建造家園。蜜蜂的能力雖然受到神經(jīng)元數(shù)量的限制，但它們卻可將神經(jīng)系統(tǒng)的功能發(fā)揮到極致。

大象大腦體積是蜜蜂的500萬(wàn)倍，但運(yùn)行效率極其低下。神經(jīng)信號(hào)從大腦的一端傳到另一端，以及從大腦傳到腳趾間所需要的時(shí)間，均是蜜蜂的100倍。

人類(lèi)的大腦可能不像大象或蜜蜂那么極端，但人類(lèi)智力同樣受到了物理定律的限制。有人或許認(rèn)為，只要通過(guò)進(jìn)化，我們大腦中的神經(jīng)元數(shù)量變多，或者神經(jīng)元之間的信息交流速度加快，我們就會(huì)更聰明。但若匯總新近的一些研究，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果大腦真朝這個(gè)方向進(jìn)化，很快就會(huì)觸到物理極限。

越大越靈？

從直覺(jué)上來(lái)看，要使腦力變強(qiáng)，最明顯的方法就是增加大腦容量。然而，大腦容量的大小顯然并不是決定智力高低的唯一因素：牛的腦體積是老鼠的800倍，但牛并不見(jiàn)得比老鼠聰明多少。

大腦越大，神經(jīng)回路越多，每個(gè)神經(jīng)信號(hào)能攜帶的信息就更多，神經(jīng)元每秒鐘的放電次數(shù)就不必那么頻繁。但如果為了提升智力而無(wú)限制地增加新生神經(jīng)元，大腦的負(fù)擔(dān)也會(huì)增加。最明顯一點(diǎn)就是能耗增多。人類(lèi)大腦僅占人體重量的2%，但即便在我們休息時(shí)，它所消耗的能量也占到人體總能耗的20%。在新生兒中，這個(gè)比例更是達(dá)到驚人的65%。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元確實(shí)會(huì)隨著腦容量的增大而變大，但神經(jīng)元之間卻并不能迅速建立連接；神經(jīng)元連接點(diǎn)也確實(shí)會(huì)增粗，但增粗速度卻不足以彌補(bǔ)傳導(dǎo)路徑變長(zhǎng)導(dǎo)致的信息傳遞延遲。換句話(huà)說(shuō)，腦容量增大的那部分更多是用于建立神經(jīng)元間的連接，而不是真正為負(fù)責(zé)處理信息的神經(jīng)元提供空間。

物理極限

如果神經(jīng)元之間以及腦區(qū)之間的交流是限制智力發(fā)展的瓶頸，那么朝著小型化方向進(jìn)化應(yīng)該會(huì)構(gòu)成一個(gè)更聰明的大腦吧？

但是，還有種東西的存在使神經(jīng)元無(wú)法變小，你可以把它稱(chēng)作“終極局限”：這就是離子通道，神經(jīng)元用來(lái)產(chǎn)生電脈沖的那些蛋白質(zhì)，它們天生就不穩(wěn)定。

離子通道都是微型閥門(mén)，當(dāng)它們打開(kāi)時(shí)，鈉、鉀、鈣離子會(huì)通過(guò)細(xì)胞膜，進(jìn)入神經(jīng)元，產(chǎn)生電信號(hào)，神經(jīng)元之間才能交流。然而科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)離子通道的開(kāi)或關(guān)完全是隨機(jī)的，會(huì)產(chǎn)生一些無(wú)意義的神經(jīng)“噪音”。

聽(tīng)起來(lái)，這像是一個(gè)可怕的進(jìn)化缺陷，但實(shí)際上，這是一種折中方案?！叭绻ǖ捞?，會(huì)產(chǎn)生很多‘噪聲’，使它會(huì)不停地開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)；但如果通道太緊，卻需要耗費(fèi)更多能量才能控制通道的開(kāi)關(guān)?！睋Q言之，神經(jīng)元用這種“一觸即發(fā)”的離子通道來(lái)節(jié)省能耗，其代價(jià)是通道不穩(wěn)定。所以，神經(jīng)元上必須保持足夠多的離子通道，以某種“民主投票”的形式（多數(shù)通道保持一致才能決定開(kāi)關(guān)）來(lái)保證相對(duì)穩(wěn)定。

目前，在大腦中，最細(xì)的神經(jīng)元連接點(diǎn)上，可能發(fā)出的噪音信號(hào)已經(jīng)達(dá)到每秒6次，如果再將它們的直徑哪怕縮小一點(diǎn)點(diǎn)，離子通道再少一點(diǎn)點(diǎn)，它們發(fā)出噪音的次數(shù)就可能超過(guò)每秒100次。所以說(shuō)，我們大腦神經(jīng)元的直徑，已經(jīng)非常接近物理極限。

進(jìn)化困境

信息、能量和噪聲之間的這種最基本的折中方案并不限于生物學(xué)。從光纖通信、無(wú)線(xiàn)電傳輸?shù)诫娔X芯片，這種機(jī)制都適用。晶體管的作用和離子通道類(lèi)似，同樣控制著電信號(hào)的通道。幾十年來(lái)，工程師設(shè)計(jì)出的晶體管越來(lái)越小，塞在芯片上的晶體管越來(lái)越多，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度也越來(lái)越快。在最新一代的芯片上，晶體管的直徑是22納米。在這種尺度下，在晶體管中均勻摻入硅元素已經(jīng)變得非常困難。當(dāng)晶體管的直徑持續(xù)變小時(shí)，穩(wěn)定性最終會(huì)無(wú)法保障。

這時(shí)，工程師也許會(huì)回到繪板，用一種全新的技術(shù)重新設(shè)計(jì)芯片，以避開(kāi)當(dāng)前的這種限制。但生物進(jìn)化不可能重新開(kāi)始：它必須在既定規(guī)則下，使用在過(guò)去5億年里出現(xiàn)的“零件”來(lái)進(jìn)行?！安荒芡藫Q，只能修補(bǔ)”——這是我們無(wú)法擺脫的困境。

此外，還有一個(gè)原因讓人懷疑人類(lèi)大腦能否通過(guò)一次進(jìn)化上的飛躍變得更聰明。地球生物本來(lái)有很多進(jìn)化方向可以選擇，但6億年后，蜜蜂、章魚(yú)、烏鴉和聰明的哺乳動(dòng)物雖然長(zhǎng)得千差萬(wàn)別，但它們視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、情景記憶和方向感背后的神經(jīng)回路構(gòu)成卻驚人地相似。這種進(jìn)化上的趨同性說(shuō)明，解剖學(xué)或生理學(xué)上的某種解決方案已趨近成熟，很少有改進(jìn)的余地了。

突破方向

那么，在現(xiàn)有構(gòu)建模塊下，我們大腦的復(fù)雜程度是不是已經(jīng)觸碰到物理極限？科學(xué)家指出，大腦功能可能受到了一些硬性限制，如同光速受到的限制一樣?！熬秃孟衲闩龅搅耸找孢f減規(guī)律”，“雖然投資得越來(lái)越多，但收益卻越來(lái)越小”。我們的大腦中僅能容納這么多神經(jīng)元，神經(jīng)元之間只能建立這么多連接，這些連接每秒鐘所能承載的電信號(hào)也就這么多。而且，如果我們的體形和大腦變得更大，我們會(huì)在能耗、散熱上付出更多代價(jià)，神經(jīng)信號(hào)從一個(gè)部位傳到另一個(gè)部位也要浪費(fèi)更多時(shí)間。