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紧接着，塔利指出，如果他能敲除果蝇的学习能力，那他同样也应该可以改变或提高这种能力。通过移除CREB蛋白的基因，他培育出了一种能够学习但却记不住学习内容的果蝇——所学很快便从记忆中消失了。不久之后，他又培育出了一种果蝇，这种果蝇学习速度极快，对于特定气味之后会有电击这事，它们只需经历一次便会对此气味产生恐惧心理，而其他果蝇则需要经历上10次。塔利称这些果蝇具有过目不忘的记忆力。它们远非聪明，且反应得明显有些过头了。就像一个人在经历自行车事故的时候阳光明媚，他便有了过度解读，然后就拒绝在晴天骑自行车了。俄罗斯伟大的人类记忆学家舍雷舍夫斯基（Sherashevsky），正是亲历者。这种人的脑子里塞满了太多琐事，以至于只见树木不见森林。智力是记忆和遗忘的有机结合。我经常遇到这样的事：我很容易“记住”，准确说来是辨认出我以前读过的一篇文章，或听过的一个广播节目，但无法背诵出来。这表明，记忆在某种程度上深藏于我的意识之中。想必，它在记忆学家那里隐藏得并没有那么深。[4]
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塔利认为，CREB是学习和记忆机制的核心，是一种控制其他基因的主基因。因此，对理解学习的寻求最终变成了对基因的探究。要证明某种生物不仅仅是依靠先天本能，还可以进行后天学习，那么就得对基因展开研究，只不过我们发现，理解学习能力的最佳方法在于了解基因，以及了解使学习得以发生的基因产物。
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到目前为止，知道CREB并非果蝇和海参所特有，这一点并没有令人感到惊讶。事实上，同样的基因也存在于小鼠之中，通过敲除小鼠的CREB基因，已经培育出了突变小鼠。正如预想的那样，他们无法完成简单的学习任务，比如记不住隐藏在游泳池中的水下平台在哪里（这是老鼠学习能力实验的标准测试），也记不住哪些食物可以安全食用。通过注射CREB基因的反义基因（可以短期抑制该基因）到小鼠大脑，小鼠会暂时失忆。同样，如果它们的CREB基因特别活跃，它们就是学习能力超强者。[5]
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从老鼠到人类，从演化上来看只有细微的差别。我们人类也有CREB基因，位于2号染色体，但它的重要伙伴——帮助CREB发挥作用的CREBBP，位于16号染色体。此外，另一种名为α-整合素的“学习”基因也位于16号染色体，这就是我在此章中对学习能力进行探讨的由头，尽管略显牵强。
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在果蝇中，环腺苷酸系统似乎在被称为蘑菇体的大脑区域异常活跃，蘑菇体是果蝇大脑中的伞状神经元突起。如果果蝇的大脑中没有蘑菇体，那么它通常无法学习到气味和电击之间的联系。CREB和环腺苷酸似乎是在这些蘑菇体中行使职责的。具体是怎么回事，现在才弄清楚。通过系统地搜寻其他无法学习或记忆能力丧失的突变果蝇，罗纳德·戴维斯（Ronald Davis）、迈克尔·格罗特维尔（Michael Grotewiel）和他们在休斯敦的同事们发现了一种新型的突变果蝇，并称之为“沃拉多”。对于此命名，他们解释道，“volado”是智利的口头语，意思是“心不在焉”或“健忘”，一般用在教授身上。就像“笨蛋”“卷心菜”和“芜菁甘蓝”那样，“沃拉多”也是学习困难户。但与这些果蝇的基因所不同的是，“沃拉多”的基因似乎与CREB或环腺苷酸无关。它的这种基因编码一种名为α-整合素的蛋白质亚基，该蛋白在蘑菇体内表达，其作用似乎是将细胞结合在一起。
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为了验证这并非一种除了改变记忆之外还有很多其他功能的“筷子”基因（详见11号染色体那章），休斯敦的科学家们做了一系列设计精妙的试验。他们选取了一些体内“沃拉多”基因被敲除的果蝇，并插入了一个与“热休克”基因（在突然受热时才会被激活的基因）有关的新拷贝。他们对这两个基因作了精心的安排，使得只有在热休克基因开启的情况下，“沃拉多”基因才会起作用。在低温度下，果蝇不具备学习能力。然而，在热刺激3小时后，它们突然变成了学习能手。再过几个小时之后，随着热刺激逐渐消退，他们再次失去学习能力。这意味着“沃拉多”在学习行为发生的时候很是重要，而非只用于形成与学习相关的构造。[6]“沃拉多”基因的职责是产生一种将细胞结合在一起的蛋白质，暗示着记忆在很大程度上来说，就是神经元之间的紧密连接。当你学习某样东西时，你会改变大脑的物理网络，并在以前没有或较弱的地方建立起紧密的连接。我几乎可以接受这个说法，认为这就是学习和记忆的根本所在，但我很难想象，我对“沃拉多”一词含义的记忆，是如何由神经元之间紧密的突触连接而形成的，这显然令人费解。然而，将问题降维到分子水平也远没能解决问题，反而带来了新的麻烦。即记忆机制不仅是神经细胞之间的连接，神经细胞之间的连接本身就是一种记忆。它和量子物理学一样令人心潮澎湃，比占卜板和飞碟更令人感到兴奋不已。
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让我们更为深入地研究一下这个谜团。“沃拉多”的发现暗暗指向了一种假说，即整合素是学习和记忆的核心，且这方面的证据早已有了。到1990年，人们已经知道一种抑制整合素的药物可以影响记忆。具体来说，这种药物干扰了一种被称为长时程增强效应（LTP）的过程，这似乎是记忆形成过程中的关键事件。大脑底部深处有一个叫作海马体（希腊语中海马的意思）的结构。海马体的一部分被称为阿蒙角（源自埃及神话中与公羊有关的神，后来亚历山大大帝在对利比亚的西瓦绿洲进行秘密访问后，称其为父）。特别需要提出的是，在阿蒙角中有着大量的金字塔形神经元（注意，此处一再出现埃及元素），它将其他感觉神经元的输入信息集中在一起。金字塔形神经元很难被激活，但如果两个独立的信号同时输入，其联合作用便会将它激活。一旦被激活，就变得更容易被再次激活，但只能被最初激活它的两个信号之一所激活，而无法被其他信号所激活。因此，看到金字塔的画面和听到“埃及”这个词，两者结合在一起，才会共同激活金字塔形细胞，并在两者之间形成一种联想记忆。而如果只想到海马，虽然也可能与同样的金字塔形细胞有所关联，但却无法以相同的方式来“增强”，因为它并没有与其他信号一起结合同时激活金字塔形细胞。这是长时程增强效应的一个例子。很显然，如果你认为金字塔形细胞是一种关于埃及的记忆，那么当你看到金字塔的画面或听到“埃及”这个词，该细胞就会被激活。而无论是看到海马的画面还是听到海马这个词，都是全然无效的。
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如同海参的学习那样，长时程增强效应，绝对依赖于突触特性的改变。在上面的这个例子中，输入信号的细胞和金字塔细胞之间的突触发生了改变，而这种改变几乎肯定与整合素有关。奇怪的是，对整合素的抑制并不会干扰长时程增强效应的形成，而只会影响其持续时间。整合素或是将突触紧密结合在一起所必需的。
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我刚才提到，金字塔形细胞实际上可能本身就是一种记忆。这简直是无稽之谈，因为童年记忆甚至根本就不在海马体里，而是在大脑新皮质中。位于海马体内部和周遭的部分，是负责产生新的长期记忆的。据推测，金字塔形细胞是以某种方式将新形成的记忆传送到它的居所的。我们之所以知道这些，是因为两位在20世纪50年代不幸遭遇了离奇事故的优秀年轻人。在科学文献中，按名字的首字母缩写，第一位被称为H.M.，他的一部分大脑被切除了，以防止因自行车事故而引起癫痫发作。第二位被称为N.A.，是一名空军雷达技师，有一天，他正坐着制作一个模型，碰巧转过身来。非常不凑巧的是，一位正在玩微型花剑的同事向前刺了下，花剑正好穿过N.A.的鼻孔，直插入他的大脑。
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两人至今都患有严重的健忘症。他们可以非常清楚地记得他们童年时的事情，以及事故发生前几年的事情。在被要求回忆过往时，如果不被打断，他们可以短暂地记起刚刚所发生的事情，但无法形成新的长期记忆。他们认不出每天见到的人，也认不出回家的路。N.A.的症状较轻，他无法领会看电视的乐趣，因为插播的广告会让他忘记之前所看过的内容。
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H.M.可以很好地学习并掌握新的技能，但无法忆起他是否学过这项内容。这意味着程序性记忆与事实或事件的“陈述性”记忆不同。另有3名对事实和事件有严重健忘症的年轻人，通过对他们进行研究证实了这一区别，结果表明，这些年轻人去上学、阅读、写作以及学习其他技能，几乎没有什么困难。经过扫描，发现这3个人的海马体都非常小。[7]
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除发现记忆是形成于海马体中的之外，我们还有更多的收获。H.M.和N.A.的共有损伤表明，大脑的另两个区域同记忆的形成有关：H.M.缺少内侧颞叶，N.A.缺少部分间脑。受此启发，神经科学家们在寻找最重要的记忆器官时，逐渐把范围缩小到一个主要结构——鼻周皮层上。也许是在CREB的帮助下，来自视觉、听觉、嗅觉或其他区域的感官信息正是在这里进行处理并形成记忆的，然后信息被传递到海马体，再由海马体传递到间脑进行临时存储。如果被认为是值得永久保存的，就会作为长期记忆被送回新皮质。当你在不断查找某人电话号码的时候，大脑却突然回忆起来了，而这个神奇时刻，背后经历的正是这样的过程。此外，记忆从内侧颞叶传到新皮质很可能发生在夜晚睡眠期间，因为老鼠大脑中的脑叶细胞在夜间十分活跃。
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人脑是一台远比基因组更加了不起的机器。如果你喜欢量化指标，那么，大脑有数万亿个突触，而基因组有数十亿个碱基；大脑的重量是以千克来计，而基因组的重量是以微克来计的；如果你喜欢几何学，那么，大脑是一种模拟的三维机器，而基因组是一部数字化的一维机器；如果你喜欢热力学，那么，大脑在工作时会产生大量的热，就像蒸汽机一样；对于生物化学家来说，它需要成千上万种不同的蛋白质、神经递质和其他化学物质，而DNA仅仅只需要4种核苷酸；对于缺乏耐心的人来说，看起来突触是一直都在变，一直都在创造学习记忆，而基因组却没怎么变，其变化甚至比冰川还要慢；对于崇尚自由意志的人来说，经验就好比一个无情园丁，对我们大脑中的神经网络进行修整，这对器官的正常运作至关重要，而基因组则以一种预先设定好的方式传递信息，灵活性相对较小。从各方面看来，有意识、由意志主导的生命都比无意识、由基因决定的生命更有优势。然而，詹姆斯·马克·鲍德温认识到，现代人工智能极客们所推崇的这种二分法是错误的。大脑是由基因制造的，其好坏取决于它天生的设计。事实上，它是一种被设计为可由经验修改的机器，这一点被写在了基因之中。而解密这是如何实现的成为现代生物学中最大的挑战之一。毫无疑问，人类大脑是体现基因能力的最佳写照。一个伟大领袖的标志就是他知道什么时候该放权。而基因，收放自如。
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[1] 弗兰肯斯坦，是玛丽·雪莱长篇小说《科学怪人》中的主角。在该小说中，弗兰肯斯坦是个热衷于生命起源的生物学家，他怀着犯罪心理频繁出没于藏尸间，尝试用不同尸体的各个部分拼凑成一个巨大人体。该作被认为是世界第一部真正意义上的科幻小说，影响十分深远，因而弗兰肯斯坦也就逐渐成了科学怪人的代名词。——译者注
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基因组：生命之书23章 17号染色体 凋亡
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为祖国捐躯，伟大而光荣。
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——贺拉斯
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不过是古老的谎言。
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——威尔弗雷德·欧文
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学习是在脑细胞之间建立新连接的过程，不过与旧连接的丧失也脱不了干系。自诞生以来，大脑就存在众多细胞之间的连接，只是其中很多连接在发育过程中给丢掉了。例如，对于刚出生的婴儿，大脑两侧的视觉皮层都同时接收双眼输入的信息。而（在发育过程中）经过较为大幅的修整，情况变成了大脑的一侧仅接收来自右眼的信息，而另一侧仅接收来自左眼的信息。生活经历使那些不必要的连接逐渐凋敝，从而使大脑从一个普通装置变成一个特殊的精密装置。就像雕刻家在一块大理石上凿刻，慢慢雕琢成了人形。与此类似，环境也是慢慢剥去了多余的神经元，以使大脑变得更强。而在失明或永久被蒙住双眼的年轻哺乳动物中，这种大脑神经元的筛选过程从不会发生。
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但这种凋敝不仅仅意味着突触连接的丧失，同时还意味着整个细胞的凋亡。当小鼠的ced-9基因出现问题时，大脑中多余的细胞无法正常凋亡，从而导致小鼠无法正常发育。最终，小鼠的大脑组织混乱，负荷过重，无法工作。民间有个普遍的说法：我们每天损失多达一百万个脑细胞。这个数据过于冰冷，毫无意义。在我们年轻的时候，甚至当我们还在子宫里的时候，我们的脑细胞就一直在快速死去。但如果不是这样，那人类的大脑将永远都无法思考。[1]
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在ced-9等基因的刺激之下，多余的细胞会集体凋亡（其他ced基因会导致其他身体组织中相关细胞的凋亡）。这些凋亡的细胞有序地遵循着凋亡程序。在显微镜下观察到，线虫的胚胎包含1090个细胞，但在其发育过程中会有131个细胞凋亡，就像是为维护整体利益而英勇献身，最终成虫体内仅保留959个细胞。他们呼喊着“为祖国捐躯，伟大而光荣”，英勇地逝去了，就像士兵们冲向凡尔登的峰顶，工蜂自杀式地蜇入侵者一样。这一类比可谓恰如其分。体细胞之间的关系确实很像蜂巢中蜜蜂之间的关系。体细胞的祖先们曾经是独立的个体，大约在6亿年前，他们演化出了相互合作的决定。而在大约5000万年前，群居的昆虫也做出了几乎完全相同决定：遗传上关系相近的个体意识到，如果把繁殖后代变成一项专门的工作，效率就会高得多，在细胞那里，它们把这项任务交给了生殖细胞；在蜜蜂那里，承接这项任务的是蜂王。[2]
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虽然主旋律是分工合作，但演化生物学家已经开始意识到这种合作也是有限度的。正如凡尔登的士兵偶尔也会被迫叛变，如果工蜂抓住机会，杀死蜂王，也可以取而代之，自己繁殖；只有依靠其他工蜂加强警惕才能阻止这种情况的发生。于是蜂王通过与多个雄蜂交配来确保工蜂对自己的忠诚，因为这样的话，大多数工蜂只是同母异父的姐妹，工蜂之间相同的遗传信息较少，共同的利益驱动也会较少。人体细胞也是如此，叛变是一个永恒的难题。终末分化的细胞经常会忘记为生殖细胞服务的“奉献”职责，转而开始自我繁殖。毕竟，每个细胞都是由生殖细胞繁殖而来的，让它们终生无法繁殖的确很残忍。因此每一天人体组织中都会有细胞打破这个枷锁重新开始分裂复制，似乎是受到基因自我繁殖的古老召唤。如果这些细胞的分裂失控，就会导致癌症的发生。
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