利维坦按：
本文作者艾伦·莱特曼（Alan Lightman）既是物理学家，同时也写小说和随笔，可谓在科学和人文领域都有很广泛的涉足，他1993年的小说处女作《爱因斯坦的梦》（Einstein's Dreams）还成了国际畅销书（好几个国内出版社也出版过该书的中文版）。尽管莱特曼是唯物主义者，但他并不认为自己是无神论者。用他自己的话说就是一位"灵性唯物主义者"。
莱特曼认为，我们的思维能力还不足以思考那个所谓的"上帝"是否存在："爱因斯坦认为，人类就像走进一座大图书馆的孩子。我们在书架上看到很多书，用各种语言写成，但我们无法理解所有这些语言。这是他的不可知论观点，而我觉得我无法超越爱因斯坦。我不是无神论者的原因是因为，我不喜欢任何形式的绝对。"
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最近，在麻省理工学院麦戈文脑科学研究所（McGovern Institute for Brain Research）神经科学家罗伯特·德西莫尼（Robert Desimone）的办公室，我们正在讨论如何判断两个人是否会坠入爱河。
我们坐在一个巨大的玻璃橱柜旁边，里面陈列着脑科学史上的奇异之物：一个装满电极和导线的木箱，用于对大脑施加电流和电击；一个带有真空管的脑波"同步器"；还有一个可以追溯到上世纪40年代、令人恐惧的金属尖钉，用于进行脑叶切除手术。
我问德西莫尼是否认为未来的脑科学家可以通过对两个人神经元的完整读取来预测他们是否会坠入爱河。德西莫尼带着孩子般的笑容回答我："我是唯物主义者，所以我的回答是肯定的。"他告诉我，目前我们的模型只是概率性的。它们可能会说，"你与玛丽相爱的概率是70%，而与爱丽丝相爱的概率是40%。"
然而，根据德西莫尼的说法，未来的预测概率将逐渐接近100%。我自己也是一名科学家，但我对于脑科学家或计算机能够准确预测我会爱上谁这件事感到有些不安。与此同时，我也钦佩科学在理解人类以及我们在宏伟计划中的位置方面取得的惊人进展。
关于爱的问题，只是我在过去几年中向科学家、哲学家、伦理学家和宗教领袖提出的众多问题之一。这些年来，我一直在进行一档名为《寻求：科学时代的意义探索》（Searching: Our Quest for Meaning in the Age of Science）的公共电视系列节目的制作，该节目于2023年初首播。
我想知道：在一个日益科学和技术发展的世界中，成为人类意味着什么？复杂的人类体验，例如相爱、与自然建立联系或欣赏美，是如何从物质大脑中产生的——一个由原子和分子组成的集合体？
我自称是一位灵性唯物主义者（spiritual materialist）。作为一名科学家，我是一个唯物主义者。不过，这并非指在汽车和漂亮衣服中寻求的物质幸福，而就是字面上的理解：一切都由原子和分子构成，仅此而已。此外，我相信宇宙的物质构成受少数基本法则支配。
然而，我也曾经有过超验的经历。我与野生动物有过眼神交流；在一个夏夜仰望星空时，我的身体在消弭，感觉自己正在与比我更大的事物融合在一起；我感到与其他人和生物有着千丝万缕的联系；我欣赏美，也体验过敬畏之情。当然，我们所有人都有过类似的感受，比如见证孩子的出生或观看日食的时候。虽然这些经历各不相同，但它们具有足够的相似性，以至于我将它们归为"灵性"。因此，我是一个灵性唯物主义者。
许多人将灵性与全能、有意识和超自然的上帝联系在一起。我尊重这样的信仰，但我的灵性观念并不需要这些元素。在我看来，所有人类的经验，包括灵性经验，在完全科学的世界观下也是相容的，尽管有些经验无法简化为零和一。我相信这些经验不仅源于物质的原子和分子，而且还可以用达尔文进化的力量来解释。
近年来，随着国家和世界日益两极分化，科学与灵性之间的对话变得愈发重要。这两者并不是互相排斥的，然而许多人却表现得好像它们是互斥的。我们能够发明抗生素和智能手机，同时也能创作交响乐或被日落的霞光震撼。我们是实验者，同时也是体验者。
在这些"灵性"经验中，最重要的是与自然、他人和整个宇宙的连接感。在先前的文章中[1]，我描述了我们对自然产生连接感的进化基础。由于我们人类在200万年的历史中有超过99％的时间是在户外生活，因此关注自然对于生存至关重要，例如选择栖息地、觅食和判断即将来临的风暴迹象。
正如进化力量可能塑造了我们对自然的深层联系，它们也可能塑造了我们与他人建立联系的需求，这与我们感到自己是某种更大整体的一部分有关。
这占据了人类历史的大部分时间，尤其是在早期的狩猎采集者群体中，群体成员彼此之间高度依赖以求生存。危险总是无处不在。有人外出觅食，而其他人则保护孩子、维持着篝火，并共同加强洞穴的防御。被排斥或与群体分离的个体，可能会迅速死亡。
欧伯林学院（Oberlin College）的社会心理学家辛迪·弗兰茨（Cindy Frantz）表示，我们与自然和人类之间的关系确实存在心理上的相似之处。她告诉我："人类的一种适应性策略就是，我们生活在这些高度合作的社群中。
对我们的祖先来说，不属于群体意味着极高的死亡几率，无法传递基因……我们进化出这些核心的社交动机，因为它们有助于人们的存活。其中最强烈的需求是归属的需求。"
最近，我参观法国南部的拉费拉西（La Ferrassie）岩穴时，和当地的人类学家布鲁诺·莫雷耶（Bruno Maureille）进行了一次引人深思的对话。他告诉我，在那里发现的骨骼显示，早在4万年前，早期人类就以仪式性的关怀埋葬他们群体的成员了。
我们之所以认为自然中的许多事物美丽，是因为我们也是自然的一部分。赤红的云彩，海贝壳的螺旋纹理，彩虹中丰富的色彩，夜晚平静池塘水面星星的倒影。从进化的角度来看，我们就是在自然中成长起来的。
当然，美的概念也包含文化的成分，特别是在涉及人的外貌美时：肯尼亚的马赛人（Masai）认为长耳垂很美丽。几个世纪以来，古代中国人缠住女孩的脚，认为小脚是美丽、女性化和优雅的象征。但有些美的概念似乎是普遍存在的。
我们很容易论证，对颜色、形状和其他美的方面的欣赏与性吸引力密切相关，并在生存中具有显著的优势。当然，性吸引力背后最原始的力量是繁殖，而当双方都健康而有活力时，繁殖才能最成功。而健康和活力又与匀称的体型、光滑的皮肤、良好的肤色、引人注目的面部特征以及身体"美"的其他要素相关。
实际上，对美的神经反应会触发大脑中与进食、性和药物相同的快乐中枢。达尔文和佛洛依德都谈到了欣赏美与性欲之间的联系。
当然，大多数美的体验并不涉及性吸引力。但对美的更普遍欣赏很可能是性吸引力这种具有生存优势特征的副产品。进化生物学家将这类副产品称为"拱肩"（spandrel）现象。【教堂顶部的"圆顶"（arch）和"拱肩"（spandrel）之间的关系。圆顶本身是由各拱形支撑物构成的。在拱形支撑物彼此咬合的地方，往往会出现这样一块由拱形支撑物的弧度构成的空间。这就是拱肩。在此意指进化的副产品。编者注】植物学家和遗传学家雨果·伊尔蒂斯（Hugo Iltis）写道："人对自然色彩、图案和和谐的热爱……必定是经过哺乳动物和类人猿进化亿万年的自然选择的结果。"
我们对美的敏感，结合我们与自然世界的亲缘关系，呈现出一些令人惊讶的美学表现和相互联系。
以"黄金比例"为例。生物学家、建筑师、心理学家和人类学家早就注意到，我们特别喜欢那些长短边之比接近3：2的矩形。这个比例接近于所谓的"黄金比例"，有时也称为"黄金数"。如果一个较大数与一个较小数的比例等于它们之和与较大数的比例，那么这两个数字就是黄金比例。从这个看似简单的定义中，我们可以确定黄金比例是1.61803……
现在我们进入更加神奇的领域。12世纪意大利数学家列奥纳多·斐波那契（Leonardo Fibonacci）发现了一个有趣的数字序列，后被称为"斐波那契数列"：
0，1，1，2，3，5，8，13，21，34，55……
在这个序列中，除了零之外的每个数字都是前两个数字的和。你可以亲自测试一下，当我们的数字越来越大时，数列中一个数字与其前一个数字的比值将逐渐接近黄金比例。例如，21/13=1.615，34/21=1.619，55/34=1.6176。因此，这个特殊的数字序列与黄金比例密切相关。在这一点上，任何对数学有欣赏之情的人都能看到黄金比例及其与斐波那契数列关系中的美。
类似的自然魔法还有很多。考虑一条螺旋线，它由一系列越来越大的正方形对角线连接而成，而这些正方形的边长正好是斐波那契数列中的数字，如下图所示：
杜克大学的机械工程师阿德里安·贝扬（Adrian Bejan）提出了一个基于眼睛和大脑的进化解释，解释了为什么我们觉得黄金比例如此吸引人[2]。贝扬认为，眼睛和大脑可能会进化出从视觉平面到大脑最大化信息传递效率的能力。试想一个矩形，如果人眼能同时扫视它的水平长度和垂直长度，那么扫视整个矩形所需的时间就会是最短的。在对眼睛结构进行分析后，贝扬发现，眼睛在水平方向的扫视速度大约是垂直方向的1.5倍。因此，最优值的比例（使得扫视整个矩形的时间最短）约为3：2，与黄金比例十分接近。
从贝扬的分析中，我们可以得出这样的论点：由于许多自然物体在构造上呈现出黄金比例，因此我们的眼睛自然而然地进化出了优化信息流向大脑的机制，以适应具有这种比例的物体。由此可以进一步推断出为什么这个比例对人眼来说如此令人愉悦。
黄金比例不仅存在于我们的身体中，也存在于海贝壳和芦荟植物中。我们对美的欣赏实际上是我们与自然融合的体现。
理解这些科学解释丝毫不会减弱我欣赏铜色云彩、螺旋海贝或星星在水中倒影的愉悦。其实这些解释反而让我更加欣喜，因为我感到自己与自然的联结更为紧密了。对我而言，斐波那契数列数学的优雅、海贝壳和植物中特定的美感，以及我对这些美的生物亲和性都是世间万物的一个侧面，是万物的整全一体以及深刻的内在联结。
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所有人类心智体验的基础，包括我所说的"灵性"体验，是意识：以第一人称参与世界；自我意识；"我"的感觉；感受自己作为一个独立实体存在于世界中；同时接收视觉图像、声音、触觉、记忆、思绪；能够构思未来并为之制定计划的能力。
意识几乎可以肯定存在于一个谱系中，从对周围环境的自动反应到高等的自我意识、自我和未来规划的能力。阿米巴虫可能从哪个层面来看都不具备意识，而乌鸦、海豚和狗几乎可以确定是有意识的。
人类最高级别的意识，即原始的人类体验，是如此独特和难以描述，与我们身体外部世界的经验如此不同，以至于我们可能永远无法通过大脑研究完全捕捉意识的本质。
像麻省理工学院的德西莫尼教授和几乎所有的生物学家和神经科学家一样，我坚信意识和所有的心智体验都是由大脑的化学物质和电流引起的感觉。但我们可能永远无法展示这种最高层次的意识是如何逐步从物质大脑的神经元和突触中产生的。
在1972年的著名论文《成为一只蝙蝠是什么感觉？》（What Is It Like to Be a Bat?）中[3]，美国哲学家托马斯·内格尔（Thomas Nagel）对意识进行了定义，强调了跨越主观/客观界限的不可能："基本上，如果一个生物具有意识的心理状态，那么它就会有它自己的感受……我们可以称之为体验的主观特质。"我们如何能够感受到蝙蝠的感受，狗的感受，甚至其他人的感受呢？
尽管我们可能没有对意识这种神秘感觉的完整解释，但有大量证据表明，它起源于物质大脑：意识与大脑的物质神经元之间的关联；意识行为表现与物质大脑结构的连接，尤其是在大脑受损时这种连接更为明显；以及通过动物观察到不同意识层级的表现。
"意识"的另一种称呼是"注意力"。在每秒海量的视觉图像、声音、气味和其他感官输入中，是什么机制让我们注意到某些事物而忽略其他事物？在大脑中发生了什么使我们可以忽略漏水的水龙头而注意到敲门的声音？
1990年，神经科学家克里斯托夫·科赫（Christof Koch）和分子生物学家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）提出[4]，将注意力集中在视觉或听觉上与神经元的同步放电有关。注意力不等同于意识。然而，它很可能是意识的必要条件，而其神经机制是理解意识之物质基础的关键步骤。
"注意力"理论在2014年得到了神经科学家德西莫尼和丹尼尔·巴尔道夫（Daniel Baldauf）的印证[5]。他们向被试展示了两种不同类型的图像——人脸和房屋，以快速连续的方式闪现，并要求他们集中注意力在人脸而忽略房屋（或反之亦然）。
这些图像通过不同的频率闪烁呈现——每隔2/3秒呈现一张新的人脸图像，每隔半秒呈现一张新的房屋图像。随后，研究人员在被试头上放置了一个类似头盔的装置，能够检测到大脑内部微小的局部磁场，并定位脑活动。通过监测被试大脑的磁和电活动频率，德西莫尼和巴尔道夫可以确定大脑的哪个区域正在接收和处理房屋和人脸图像。
他们发现，当受试者被告知专注于面部而忽视房屋时，大脑中负责面部识别的神经元会同步激活，就像一群人齐声歌唱一样；而负责注意房屋的神经元则像一群不协调的人唱歌，每个人从歌曲的随机部分开始。反之亦然。
显然，我们所感知的对某物"专注"的行为在细胞层面上起源于一组神经元的同步放电，它们的节奏性放电超过了庞大神经元群体的背景杂音。
意识的许多其他表现也与物质大脑有关。精神病学家、心理学家和神经科学家们已经开发了一些问卷调查，用于评估脑损伤患者的自我意识和能力水平。这些问卷调查会分别由三个群体进行填写：患者本人、患者的家人以及临床医生。马克·谢勒（Mark Sherer）在贝勒医学院（Baylor College of Medicine）和休斯顿德克萨斯大学医学院（University of Texas Medical School at Houston）设计了一份问卷调查，其中包括以下问题：
与受伤前相比，患者在思维和记忆能力的测试中表现如何？
与受伤前相比，患者在掌握时间、日期和当前位置方面的表现如何？
与受伤前相比，患者对最近事件的记忆力如何？
与受伤前相比，患者在规划事务方面的能力如何？
这类研究的结果显示，家庭成员和临床医生的评分较低，但患者对自己的评分却并不很低。显然，当一个人失去自我意识时，他们自己对此并不以为意。"意识到自身缺乏意识"的这种能力，需要另一与脑损伤无关的"监督性"意识部分的存在。在这种情况下，人们可能对自己能力的丧失有抵触，并高估自己的心智。自我报告始终是一个棘手的问题。因此，最可靠的报告往往来自家庭成员和临床医生。
自传性记忆（Autobiographical memory）是自我认同和自我意识的重要特征。想象一下，就好比在一个陌生人的鸡尾酒派对上，你被限制不能提及自己的历史。许多研究表明，脑损伤和痴呆会减弱自传性记忆。以阿尔茨海默症为例——这是一种破坏记忆和思维能力的疾病。
对阿尔茨海默症患者大脑的尸检显示，在脑细胞周围有一种淀粉样蛋白沉积物，以及另一种叫做Tau的蛋白，导致脑细胞形成"缠结"现象。研究人员还发现，在阿尔茨海默症中，随着脑细胞受到影响，化学神经递质（如乙酰胆碱）在神经元之间传递信号的能力会减弱。这些发现不仅清晰地展示了记忆（以及相关意识）与物质大脑之间的关联，还强调了神经元之间的通信对于意识和智力的重要性。
探索人脑意识产生的一种方法是研究其他动物中意识的行为相关性，并绘制出随着脑容量增加而逐渐升级的意识层级。海豚科生物，它们的皮质神经元数量几乎与人类相当（实际上，长鳍领航鲸的皮质神经元数量甚至超过人类）。
海豚展示了明确的自我意识和游戏行为。在一项著名的自我识别实验中[6]，研究人员将镜子放置在一个有海豚的水池中。海豚游到镜子前，凝视镜子片刻后游开。随后，研究人员在海豚的身体上做了些标记。这之后，海豚花更长时间凝视镜子中的自己——显然，它们注意到自己的身体发生了某些变化。
在开阔的海洋中，当一艘大船靠近时，海豚会停下正在做的事情，游到船首波浪中冲浪。几年前，我在爱琴海航行时，一只海豚不仅在我身旁游泳，还跃出海面穿过船尾。表面上看，它似乎在玩耍。
猴子也会玩耍。猫咪会互相追逐并抓弄悬挂的绳子。海狮会互相扔木棍。在像我们这样具有较高意识水平的动物中，我们可以看到明显的相似之处。即使在意识谱系的较低端，我们也能看到属于人类认知的一些方面。
尽管我们不甚了解意识和复杂人类经验如何从物质大脑中产生的，但我们已知的许多现象，在其中，复杂系统的行为通常在系统的个体物质层面并不显著，且无法被理解。
这种行为被称为"涌现现象"（emergent phenomena），一个例子是某些种类的萤火虫（这里指一种名为Photinus carolinus的萤火虫。编者注）。
当一群萤火虫在夜晚聚集在田野中时，起初它们会随机闪烁，就像圣诞树上的灯一样。但几秒钟后，萤火虫开始同步闪烁。这种行为无法通过研究单个萤火虫来预测，但在群体中却可以轻易地观察到[7]。
另一个例子是白蚁建造的庞大而复杂的土堆，被称为白蚁城堡（termite cathedrals）。这些土堆有时会有精心设计的通道和烟囱，用于控制空气流动、温度和湿度。
建造这样一个异常复杂的结构似乎需要某种总体规划，再由成千上万只白蚁在整个群体中执行。但是作为个体的白蚁是盲目的，它们甚至无法感知土堆的整体形状，更不用说进行那样的规划了。然而不知何故，整个白蚁群落的集体行为却可以建造出这样复杂的土丘。研究人员认为[8]，白蚁之间通过化学信号交流，并对空气流动和温度做出反应，而这些线索受到土堆形状的影响。
现在，让我们再想一想人类的大脑，里面有1000亿个萤火虫般的神经元。我们可以完全了解单个神经元的工作原理，例如电离子如何通过神经元细胞膜进行交换的，电流又是如何通过神经元传输的，以及两个神经元之间如何通过化学方式连接的，但我们仍然无法填补所有关于神经元集合如何产生我们称之为"意识"这个感觉的空白。
不过，神经科学向我们表明，意识在人类大脑这样高级大脑中的涌现，虽然远比萤火虫的发光或是白蚁城堡复杂，但它们却没有实质区别。尤其是：意识是从数以亿计的神经元的集体交互中涌现的，而非受到了任何"特异"功能或是超自然力量的加持。
最后，我将用一个例子来说明我对"灵性唯物主义"的理解。
有很多的科学证据表明，我们身体中的所有原子，除了氢和氦这两种最小的原子，都是在恒星的中心产生的。如果你可以跟随你身体中的每个原子，沿着时间的逆流追踪它们，通过你一生中呼吸的空气，通过你摄入的食物，穿越地球的地质历史，穿越古老的海洋和土壤，回到地球在太阳星云中诞生并进入星际空间之时，你就能追溯到你的每一个原子，那些确切的原子，它们的起源是银河系过去某颗特定的巨大恒星。
在它们的寿命终结时，这些恒星爆炸并将它们新生成的原子喷射到太空中，这些原子后来凝结成行星、海洋、植物，最终构成了你此刻的身体。我们通过天文望远镜看到过这样的恒星爆炸，我们知道它们的存在。
如果不是回到过去，而是前往未来，穿越到死亡之时以及死亡之后，我身体中的原子仍然存在，只是它们将分散在宇宙中。这些原子不知道它们来自何处，但它们曾经是属于我的。
其中一些原子，曾经构成了我对母亲跳着巴萨诺瓦（Bossa nova）时的部分记忆【作者母亲珍妮·加勒森 (Jeanne Garretson) 生前是一名舞蹈老师和盲文打字员。编者注】。还有另一些则组成了我对我第一个公寓里醋酸味的回忆，也有一些曾是我手掌的一部分。
如果我能给我此刻的每个原子贴上标签，印上我的社会保障号码，有人可以在接下来的1000年中追踪它们，看它们在空气中飘浮，与土壤混合，成为特定的植物和树木的一部分，溶解在海洋中，然后再次飘浮到空中。尤其是，有些原子无疑会成为其他人的一部分。
因此，我们与星辰、未来的人类世代是真真正正相连在一起的。通过这种方式，即使在一个物质的宇宙中，我们也与所有过去和未来的事物联结。我不相信奇迹，但我相信奇妙的灵性存在。
参考文献：
[1]www.theatlantic.com/technology/archive/2022/01/machine-garden-natureless-world/621268/
[2]www.witpress.com/elibrary/dne-volumes/4/2/403
[3]www.jstor.org/stable/2183914
[4]authors.library.caltech.edu/40352/1/148.pdf
[5]pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24763592/
[6]www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.101086398
[7]thehill.com/changing-america/sustainability/environment/557971-fireflies-flash-in-unison-in-magical-one-of-a/
[8]www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1818759116
文/Alan Lightman
译/tim
校对/兔子的凌波微步
原文/www.theatlantic.com/science/archive/2022/12/how-the-human-brain-is-wired-for-beauty/672291/
本文基于创作共享协议（BY-NC），由tim在利维坦发布
文章仅为作者观点，未必代表利维坦立场
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