文章來自微信公眾號(hào)：SELF格致論道講壇（ID：SELFtalks），作者：王立平（中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所所長(zhǎng)、深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)）
“對(duì)本能行為的理解，將在很大程度上幫助人們揭開大腦的神秘面紗，讓人們了解到底大腦的‘本底結(jié)構(gòu)’特征，哪些能力能在未來被開發(fā)利用，能為真正模擬人腦的類腦智能技術(shù)提供一些新的研究線索?！?/p>
薛定諤說的是對(duì)的，“人的本性就是吃”。不過除了吃，大腦還有很多其他基本的功能去維持機(jī)體的正常運(yùn)行。其中最主要的功能是要保證機(jī)體生存，只有生存下來才能進(jìn)行其他的學(xué)習(xí)，獲得其他更高級(jí)的功能。
任何生物的延續(xù)都需要從吃開始。沒有食物，就要捕獲食物；而作為被捕食者，就要學(xué)會(huì)防御。吃飽后就睡覺，睡醒后就會(huì)想其他一些美好的事情，比如求偶。
照片中的這個(gè)帥哥，美女走過去了，他還會(huì)回頭再看看，其實(shí)這都是非常本能的反應(yīng)?；蛟S他會(huì)跟女朋友解釋，說自己并不是為了看美女，只是想看看她穿的裙子后面有什么圖案。
這也說明他可能在探索一個(gè)非常新奇的東西，而這種探索的能力，也是非常本能的，與生俱來，不需要去學(xué)習(xí)。
照片中公獅和母獅的交配，老虎媽媽對(duì)老虎寶寶的關(guān)愛……這些都是非常本能的行為，正是這樣才有了下一代，才能保證物種的生生不息。
爬行腦、情緒腦和理性腦
生物學(xué)家把大腦分成了爬行腦、情緒腦和理性腦。
本能行為由大腦主宰
如果你正在一條小巷中散步，突然躥出來一條狗，你會(huì)怎么做？跑！如果周圍正好有一扇開著的門，不管這戶人家你認(rèn)不認(rèn)識(shí)，可能最好的辦法就是跑進(jìn)去、藏起來。
做出這種行為就是動(dòng)用了爬行腦。所有的動(dòng)物都有類似爬行腦的大腦功能，用以維持基本的生理活動(dòng)——防御天敵。
如果后來你非常榮幸地碰到了一位美女，并且和她發(fā)生了一些浪漫的故事?；貞浧疬@個(gè)故事，你感覺非常美好。當(dāng)然，也許有人的感受并不美好，因?yàn)槟俏幻琅_走了他的1000元錢。感覺好或不好，就動(dòng)用了你的情緒腦。
在這個(gè)巷子里行走到的時(shí)候，你數(shù)出這里有175個(gè)酒吧，20個(gè)賣水的地方，它們加在一起的數(shù)量是195個(gè)，這個(gè)時(shí)候，你就動(dòng)用了你的理性腦。理性腦是后期獲得的能力，從而形成的一種理性概念。
而我今天講的行為都是不需要學(xué)習(xí)，天生就有的。比如嬰兒天生就有的手掌抓握反射、吮吸行為等，這都是本能行為。
這段視頻顯示了一個(gè)正在走路的女士突然被別人一嚇，條件反射地跳了起來，然后轉(zhuǎn)身就跑。有人說“跳”這個(gè)動(dòng)作是后學(xué)的，不是天生就會(huì)的?！疤边@個(gè)動(dòng)作或者能跳多高或許是后期習(xí)得的或訓(xùn)練的，但能夠做出這種動(dòng)作卻是下意識(shí)產(chǎn)生的一種防御性行為。
再來看這只正在草叢中找東西吃的小鼠，如果它只專注于找食物，而沒有能力防御老鷹的話，它肯定早就成為了老鷹的食物。
幾千年前我們的祖先就已經(jīng)把本能行為定義得非常清楚了——“飲食男女，食、色、性也”。
這些是人的本性，不需要后天去學(xué)習(xí)，大腦的基本功能之一就會(huì)去執(zhí)行、去負(fù)責(zé)、去管理這樣的行為，以便讓我們能夠生存下來，然后再學(xué)習(xí)其他東西。
1973年諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)得主、動(dòng)物學(xué)家洛倫茲曾從生態(tài)行為學(xué)的角度定義本能行為——未經(jīng)學(xué)習(xí)的嬰幼動(dòng)物就具有的一些基本能力（包括進(jìn)攻、防御、進(jìn)食、睡眠、生殖、求偶等）；在同一物種的個(gè)體間變化不大，且在不同的環(huán)境中保持相對(duì)穩(wěn)定；對(duì)個(gè)體的生存和物種的繁衍非常重要。本能行為都由大腦負(fù)責(zé)。
解析大腦與動(dòng)物的本能
大腦是一個(gè)非常復(fù)雜的物體，如果說浩瀚的宇宙中有1000億顆行星，那大腦中就有1000億個(gè)神經(jīng)元，大腦和宇宙一樣復(fù)雜，一樣深不可測(cè)。
說它復(fù)雜不僅僅因?yàn)樯窠?jīng)元的數(shù)量多，還因?yàn)樯窠?jīng)元之間的連接特征非常復(fù)雜，細(xì)胞種類非常復(fù)雜。
舉個(gè)例子，我們把這個(gè)報(bào)告廳比喻成大腦，將報(bào)告廳中穿白衣服的男生定義為某一類神經(jīng)元，但這個(gè)角落穿白衣服的男生和那個(gè)角落穿白衣服的男生所負(fù)責(zé)的事情可能就是不一樣的。
1000億個(gè)神經(jīng)元在不同的腦區(qū)有不同的功能，呈不同的分布特征，有不同的遺傳特征，這些構(gòu)筑了大腦非常復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行著復(fù)雜的生理功能，包括本能行為。
怎么解讀大腦的功能呢？最常用的方法就是給大腦一個(gè)信息輸入，然后進(jìn)行信息讀取。這就好比你打一下旁邊的人，給他一個(gè)信息輸入，然后看他的反應(yīng)——他可能打你一下，或者是躲一下。
我們常常把大腦比喻成一個(gè)黑箱子，我們不知道里面是什么結(jié)構(gòu)，所以我們只能通過這種方式去了解大腦。
比如我們先記錄一個(gè)小孩正常行為下的腦電圖，然后讓一條狗來追他。孩子肯定會(huì)跑，那么他是一邊跑一邊喊，還是選擇躲在什么地方呢？這些行為會(huì)動(dòng)用大腦的什么功能呢？
通過記錄腦電圖等發(fā)生的變化去研究大腦中的哪些細(xì)胞、哪些核團(tuán)、哪些腦區(qū)可能參與了這些行為，進(jìn)而解析大腦運(yùn)行的一些基本規(guī)律。
在這么復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中去解析大腦運(yùn)行的規(guī)律，當(dāng)然很難。1000億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞中，有那么多的種類，那么復(fù)雜的連接方式；如果將其中神經(jīng)纖維首尾相連，可以繞地球4圈多，現(xiàn)在卻集中在一個(gè)1.5千克重的腦空間里。
我們?cè)撛趺慈ソ馕瞿?？生物學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新方法。
人體中本來是沒有感光細(xì)胞的，但我們利用基因工程，將某一物種中的“感光基因”“植入”到大腦中特定的神經(jīng)元上，然后再將一根光纖插進(jìn)大腦中，當(dāng)光纖照射的時(shí)候，光照雖然照到了所有的神經(jīng)元，但只有被植入了感光基因的神經(jīng)元能對(duì)特定波長(zhǎng)的光起反應(yīng)。
這種方法就像踩剎車、油門；用不同的光敏感的基因，我們就可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)色光能讓這群神經(jīng)元興奮起來，而黃色光能抑制這群神經(jīng)元。用一束藍(lán)光或一束黃光就可以非常精準(zhǔn)地調(diào)控（興奮或抑制）大腦中復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)體系了。
這些神經(jīng)元到底要干什么？它們對(duì)大腦有什么貢獻(xiàn)？通過光遺傳神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，我們?nèi)フ{(diào)控這些神經(jīng)元，看它們能不能刺激大腦做出某些行為，如果能，就表明我們可以精準(zhǔn)地調(diào)控某些動(dòng)物的某些功能。
比如這只小黑鼠和這只小白鼠，它們?cè)臼呛门笥眩P(guān)系非常親密。但就是因?yàn)樾『谑蟮哪X里被植入了感光基因，所以被光調(diào)控后的小黑鼠現(xiàn)在正拼命地撕咬小白鼠?？梢韵胂?，如果小白鼠的個(gè)頭很小，它一定會(huì)被咬死。
光刺激下丘腦某類負(fù)責(zé)進(jìn)攻的神經(jīng)元（ESR1）
加州理工學(xué)院 David Anderson’lab （Cell, 2014）
后來科學(xué)家制作了一個(gè)類似蟑螂的機(jī)器人，原本小黑鼠看到它還覺得很好玩，并沒有產(chǎn)生去咬死的沖動(dòng)。但只要打上一束光，小黑鼠就開始拼命地抓捕它。通過這種方法，我們就可以找到大腦可能負(fù)責(zé)捕獲獵物的神經(jīng)元。
光刺激丘腦一類神經(jīng)元控制捕食（ZI的GABA神經(jīng)元）
上海科技大學(xué)沈偉實(shí)驗(yàn)室（Nature Neuroscience, 2019）
同理，我們也會(huì)找到負(fù)責(zé)其他行為的那些神經(jīng)元。
恐懼在本能中或許擁有至高無上的地位
還是舉被狗追的例子。如果你正在咖啡店里喝咖啡，享受著美妙的時(shí)光，這時(shí)闖進(jìn)來一群狗，你會(huì)怎么辦？你要不就鉆到桌子底下，要不就跑到其他房間去，這個(gè)時(shí)候你是絕對(duì)不會(huì)再繼續(xù)享受你的美妙咖啡時(shí)光的。
所以，和其他本能相比，恐懼或許擁有絕對(duì)的、至高無上的地位。因?yàn)槿绻麆?dòng)物沒有恐懼這種本能，它可能就會(huì)失去生命。
同理，如果你正在打盹，突然傳來幾聲狗叫，你也不會(huì)繼續(xù)睡覺，你也會(huì)弄清楚到底發(fā)生了什么。不過大腦中到底是哪些神經(jīng)元負(fù)責(zé)人們做出相關(guān)的動(dòng)作（不同大腦狀態(tài)之間的精準(zhǔn)切換），至今還是個(gè)謎。
我們實(shí)驗(yàn)室也一直關(guān)注動(dòng)物到底是怎么產(chǎn)生恐懼本能的。這些魚正在沙灘邊曬太陽，突然一只老鷹俯沖下來，魚兒們紛紛快速逃跑。
可不幸的是，有一條魚跑慢了，于是它成為了老鷹的美食。
再看一個(gè)視頻。老鷹又來了，這兩條魚中的一條選擇馬上裝死，另一條選擇馬上逃跑。而且，只要老鷹的影子剛一閃，那條魚就已經(jīng)開始逃跑了。
大家想，它有時(shí)間弄清楚這只老鷹有幾個(gè)爪子，它長(zhǎng)沒長(zhǎng)牙齒嗎？沒時(shí)間。因?yàn)槟菚?huì)降低它逃跑的速度。所以想生存下來，首先就要做到精準(zhǔn)、及時(shí)、快速地防御天敵的襲擊。
為了更好地解析本能恐懼的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制，我們用一把電極帶著已經(jīng)插到腦區(qū)里的光纖去調(diào)控提前改造好的光感基因，調(diào)控的時(shí)候同時(shí)記錄腦區(qū)發(fā)生的變化。
我們還可以把另外一把電極放在另外一個(gè)腦區(qū)，去觀察腦區(qū)之間會(huì)產(chǎn)生什么聯(lián)系，從而研究到底是哪些神經(jīng)元負(fù)責(zé)機(jī)體做出不同的防御行為。我們希望這樣做，能夠把1000億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)解讀得相對(duì)清楚些。
如果大家去我的實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，都會(huì)得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。我們沒有真的拿老鷹做實(shí)驗(yàn)，而是模擬了老鷹襲擊時(shí)的陰影刺激。
有窩逃跑
如果這只小鼠沒有地方可躲，它就會(huì)選擇裝死，先躲過一劫。
無窩凍結(jié)（裝死）
這也是為什么我們總說，如果遇到狗追你，你千萬不要跑，因?yàn)槟闩懿贿^狗的。什么時(shí)候可以跑呢？離門很近的時(shí)候就一定要跑。
你做出這些本能反應(yīng)不需要想太久，因?yàn)橄刖昧?，腿就被咬了。所以大家看到，老鷹來了后，這只小鼠并沒有想很久。而如果沒有地方可躲，它就會(huì)選擇裝死。
所以我們得出這樣的規(guī)律：有地方可躲，就馬上躲進(jìn)去，不再輕易出來；沒地方可躲，就選擇裝死。
光遺傳學(xué)如何解析大腦的工作
那么，光遺傳學(xué)到底是如何在腦子里找到這群細(xì)胞的呢？
大腦中一類細(xì)胞控制本能恐懼反應(yīng)：光遺傳誘發(fā)持續(xù)性本能凍結(jié)行為
為了解答這個(gè)問題，我們用了很多年的時(shí)間。后來我們發(fā)現(xiàn)，原來并不是那群穿白衣服的男士們（上圖中白色區(qū)域）干的，而是中間穿紅衣服的女士們（上圖中紅色區(qū)域）干的。
于是我們拿光去調(diào)控這群穿紅衣服的女士（一群細(xì)胞）。果然，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物開始裝死了。
這說明這群細(xì)胞感受到了來自外界的刺激，而且這種刺激的信號(hào)對(duì)生物具有威脅性。
而如果我們換一個(gè)刺激信號(hào)，比如模擬鴿子在上空盤旋，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，小鼠根本不受影響，它該干什么還是在干什么。
人們?cè)隰~、猴子身上都做過這類實(shí)驗(yàn)，都具有精準(zhǔn)的重復(fù)性。這樣一來，我們就能精準(zhǔn)地找到負(fù)責(zé)相關(guān)行為的神經(jīng)元，并解析出非常精準(zhǔn)的防御路線。
我們還發(fā)現(xiàn)有一類細(xì)胞是跟逃跑的本能相關(guān)。怎么找到這些細(xì)胞呢？只要打熱光，動(dòng)物毫不猶豫地跑回去，就跟剛才老鷹襲擊它的時(shí)候的天然反應(yīng)是高度一樣。于是，我們就懷疑這群細(xì)胞跟逃跑的本能相關(guān)。
另外一類神經(jīng)元：光遺傳調(diào)控本能逃跑反應(yīng)
大腦控制著機(jī)體所有的行為。
我們的大腦精準(zhǔn)地控制本能恐懼行為
圖中藍(lán)色的部分是上丘，是感知覺的中心。它就像一個(gè)整合器，收到感知覺信息后，就會(huì)往下傳，大腦也被分成了不同的層，不同種類的細(xì)胞扮演著不同的角色。
再來看一個(gè)視頻。我們看到這只青蛙正在捉蚯蚓，但是非常可惜的是，“螳螂捕蟬，黃雀在后”——一輛汽車朝它碾壓了過來。命喪車輪的青蛙到底哪里做錯(cuò)了？是貪吃，還是腦回路出現(xiàn)了問題？
有人說，它應(yīng)該像前面提到的魚和老鼠一樣，一感受到車輛的光亮就逃跑。但是它跑得了嗎？它根本來不及跑，因?yàn)檐囁偬炝?。所以這只青蛙犯的錯(cuò)在于，它不應(yīng)該來到馬路上，它應(yīng)該在沼澤地、在草叢里活動(dòng)。
這也再次告訴我們，如果某種生物想生存下來，它首先要適應(yīng)環(huán)境，要學(xué)會(huì)防御天敵；而防御天敵本身又是適應(yīng)環(huán)境的一個(gè)必不可少的大腦本能，沒有這種本能，根本談不上后來去學(xué)其他任何東西。
大腦活動(dòng)與多種行為息息相關(guān)
本能行為很多時(shí)候還和精神疾病有關(guān)系，比如抑郁癥。我們經(jīng)常會(huì)看到或聽到關(guān)于抑郁癥患者跳樓自殺的新聞報(bào)道。
大家猜一猜，在做出輕生行為的瞬間，他們會(huì)有恐懼感嗎？沒有。因?yàn)檎Ｈ艘坏綐沁吘蜁?huì)下意識(shí)地后退。對(duì)于有焦慮癥、抑郁癥和創(chuàng)傷后抑郁障礙的人來說，疾病本身就和本能行為有著千絲萬縷的、互為因果的關(guān)系。
再舉一個(gè)例子。很多人都有睡眠問題，尤其是患有焦慮癥、狂躁癥、抑郁癥的患者，他們可能都有睡眠問題，而睡眠不好又會(huì)導(dǎo)致身體出現(xiàn)很多別的問題。如果連續(xù)10天、20天、100天睡不好覺，你想我還能做好的事情嗎？所以我們的本能行為和精神疾病有著密切的關(guān)系。
電影《美麗的心靈》的主人公是諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主約翰·納什，他本人也是一位精神分裂癥患者，他有被害妄想癥。這種人會(huì)覺得有人要害自己而表現(xiàn)為恐懼感升高的癥狀，而這種癥狀也是很多精神疾病的典型癥狀。
汶川地震后，很多人都有創(chuàng)傷后的應(yīng)激障礙，變得非常容易害怕。我們?nèi)绾螌?duì)他們進(jìn)行干預(yù)治療呢？
其中一個(gè)方法就是不停地給他播放汶川地震的各種鏡頭。越害怕，越暴露。暴露的同時(shí)讓他轉(zhuǎn)移注意力。在臨床上，這種做法叫交替感覺刺激，這樣利用調(diào)控恐懼狀態(tài)，能糾正人們可能存在的創(chuàng)傷抑郁癥。
除了維持生存、產(chǎn)生恐懼、主動(dòng)防御，大腦的活動(dòng)還與很多行為有關(guān)系。
比如人們應(yīng)該按照正常的規(guī)律去吃飯，但如果某人本來很苗條，她自己卻不這樣認(rèn)為，于是一直節(jié)食，最后得了神經(jīng)性厭食癥。相反，如果一個(gè)人抵抗不了漢堡的美味誘惑，一直吃一直吃，最后也會(huì)得病。目前我們也在解讀大腦中的攝食中樞。
和吃飯一樣，睡覺也是一種本能的行為。工作學(xué)習(xí)了一個(gè)白天，晚上就要休休。白天有白天的作息規(guī)律，晚上有晚上的作息規(guī)律，大腦在嚴(yán)密而細(xì)致地維持著機(jī)體的生存。
如果你連續(xù)不規(guī)律作息，身體肯定會(huì)出現(xiàn)各種疾病，同樣還會(huì)引起很多其他問題，比如血壓的問題、免疫力的問題、代謝的問題，甚至還有男歡女愛的問題。
現(xiàn)代人面臨著很大的壓力，這種壓力應(yīng)激遠(yuǎn)不只是讓你心情不好，而且會(huì)持續(xù)地影響你的很多行為，包括生殖的能力，甚至有可能影響到下一代。
如果你準(zhǔn)備要二胎，生育專家一定會(huì)建議你心情放輕松一些，去度度假，這其實(shí)就是讓你緩解大腦的壓力，因?yàn)榇竽X的確會(huì)影響你的行為。
現(xiàn)代教育也利用了大腦恐懼的本能——寫不完作業(yè)，肯定要罰站；考一百分，就能得獎(jiǎng)勵(lì)。
教育還利用了大腦探索的本能。自由地探索未知的世界是一種本能。孩子們天生愛探索，所以在教育中，探索應(yīng)該被極度重視。
探索是孩子們的本能，順應(yīng)他們的探索就會(huì)讓他們發(fā)揮自己的特長(zhǎng)。喜歡探索自然科學(xué)，就應(yīng)該好好學(xué)自然；喜歡探索數(shù)學(xué)，就應(yīng)該好好學(xué)數(shù)學(xué)；喜歡探索薛定諤的貓，就應(yīng)該好好學(xué)物理……只要喜歡探索，就應(yīng)該去探索。
研究大腦，理解本能，理解其他復(fù)雜的、高級(jí)的認(rèn)知功能的目的，一是希望能夠幫助治療一些疾病。現(xiàn)在全球醫(yī)療負(fù)擔(dān)重，每年會(huì)消耗近10000億美元的費(fèi)用用于治療10億精神病患者。二是希望能利于類腦智能技術(shù)的發(fā)展。
AlphaGo是第一個(gè)擊敗人類職業(yè)圍棋選手的人工智能機(jī)器人?，F(xiàn)在很多人都擔(dān)心，未來人類會(huì)不會(huì)被機(jī)器人所替代？
實(shí)際上，AlphaGo當(dāng)時(shí)能取勝，是利用了人腦中的一個(gè)基本法則——突觸可塑性，再加上深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)靠重復(fù)、靠大數(shù)據(jù)、靠統(tǒng)計(jì)學(xué)。
但是人腦中還有更多復(fù)雜的功能，像我剛才提到的基本的、本能的、快速的，不需要大量學(xué)習(xí)，甚至不需要學(xué)習(xí)就能有的能力。這些能力是遺傳固化下來的，人一出生就有的。
兩輛車如果慢速錯(cuò)車，AlphaGo肯定能識(shí)別出來；但如果高速錯(cuò)車，恐怕AlphaGo就不能快速識(shí)別出來了。同理，機(jī)器人射門的動(dòng)作也和人類射門的動(dòng)作不一樣。
也就是說，對(duì)本能行為的理解，將在很大程度上幫助人們揭開大腦的神秘面紗，讓人們了解到底大腦的“本底結(jié)構(gòu)”特征，哪些能力能在未來被開發(fā)利用，能為真正模擬人腦的類腦智能技術(shù)提供一些新的研究線索。
文章來自微信公眾號(hào)：SELF格致論道講壇（ID：SELFtalks），作者：王立平（中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所所長(zhǎng)、深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)）
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