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基因组：生命之书23章 16号染色体 记忆
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遗传是一部能够自我修复的机器。
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——詹姆斯·马克·鲍德温，1896年
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人类基因组好似一本书。通过从头到尾仔细阅读，并适当考虑到印迹基因等特殊因素，一个熟练的技术人员就有可能制造出完整的人体。若是掌握了解读此书的要领，即便是当今的“弗兰肯斯坦”[1]亦能轻易完成这一壮举。之后呢？他可以造出一个长生不老的躯壳，但是要让这个“人”真正意义上地活着，可不只是造出来就了事那么简单，得去适应环境、改造环境，并对外界环境做出反应。还必须摆脱“弗兰肯斯坦”的控制，获得完全自主的生活。从某种意义上来讲，基因就像作家玛丽·雪莱（Mary Shelley）小说中那个倒霉的医学生一样，必须逃脱造物主的控制，也必须给予生命以自由，让生命找寻自己的出口。基因组没有告诉心脏该何时跳动，眼睛该何时眨眼，大脑该何时思考。即便基因精准地设置了一些个性、智商和人性等方面的参数，但也要懂得何时该放手，让它们自行其是。在本章所介绍的第16号染色体上就有这么一个懂得收放权力的基因，它关乎学习和记忆功能。
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虽然人类在很大程度上是由我们内在基因所驱动的，但更多的还是取决于我们一生的所学所知。基因组就像是一台处理信息的计算机，借由自然选择从外界获取有用的信息，并将其纳入自身框架。演化过程中，信息处理速度极慢，往往需要好几代人的时间才能产生些许变化。因此基因组衍生出了一种更为简便快速的机器（大脑），以在短短数分钟或数秒钟之内便从外界获取到信息，并将该信息转化为具体行为，也就不足为怪了。基因组通过神经来传递手被烫的信息，然后大脑就马上下达指令让手从炉灶上移开。
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“学习”属于神经科学和心理学范畴，与本能正好相反。本能是由基因决定的，而学习靠的是经验积累，两者几乎没有什么共同点，或者说在20世纪的大部分时间里，行为主义心理学学派让我们所有人都这么认为。然而，为什么有些是后天习得，而有些是出自本能呢？为什么语言是一种本能，而方言和词汇是后天习得的呢？本章所特别提及的詹姆斯·马克·鲍德温（James Mark Baldwin），是20世纪一位籍籍无名的美国演化论理论家，他在1896年撰写出一篇文章，总结了一场激烈的哲学争论。不过这篇文章在当时几无人知，确切地说，在随后的91年里，也未能惊起任何涟漪。但幸运的是，文章在20世纪80年代后期被一群计算机科学家重新翻了出来，他们如获至宝，觉得鲍德温的观点能为他们教会计算机学习提供指导。[1]
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鲍德温苦苦思索的问题是，为什么有些是在后天习得的，而非人生来就有的本能。人们普遍认为，后天习得的是好的，先天的本能是坏的，或者说，后天习得更加高级，先天本能比较原始。因此，这是人类处于高等级的一个标志——我们可以学习各种东西，而动物基本只能依靠本能。人工智能研究人员随即顺理成章地将学习能力列为重中之重：他们的目标是制作出通用的学习机器。但这本身就是行不通的。人类和动物借由本能，所能做的事情是一样的。我们爬行、站立、行走、哭泣和眨眼，可小鸡也有同样的本能。我们要学习的是动物本能所无法企及的事情：比如阅读、驾驶、理财和购物等。鲍德温写道：“意识的主要作用是让孩子学习先天遗传所无法传递的东西。”
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通过逼迫自己学习，我们把自己置身于选择性的环境之中，以被赋予解决未来难题的本能。于是，学习逐渐成为人的本能。就像我在13号染色体那章中所提到的，乳业的横空出世使得人体难以消化乳糖这一问题成为当务之急。最初的解决方案是深加工——制造奶酪。但后来身体演化出了一种解决方案，即在成年后仍能产生乳糖酶。这么看来，如果目不识丁的人在繁衍方面长期处于劣势的话，也许人会演化到天生就能识文断字的地步。实际上，由于自然选择是从环境中提取有用信息并将其编码到基因中的过程，在某种意义上，你可以把人类基因组看作是40亿年来所学之集大成者。
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然而，把本应习得的能力转变为人的本能，其好处是有限的。比如在语言方面，我们有着很强的本能，但也很灵活，如果自然选择将词汇全都融入语言本能，显然是不明智的。那样的话，语言就会成为一种僵化的工具：比如缺少用于计算机的词汇，我们将不得不把它描述为“当你与之交流时会思考的东西”。同样地，自然选择考虑到了（请原谅这番目的论的说辞）要给候鸟配备了一套恒星导航系统，但却不够完备。由于岁差现象，定位就会逐渐产生偏移，因而鸟类在每一代都要通过学习来重新校准它们的星罗盘，这至关重要。
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鲍德温效应是关于文化和基因演化之间的微妙平衡。他们不是对立面，而是并肩携手、互相影响，以期获得最好的结果。一只鹰可以从它的双亲那里学到处世哲学，从而更好地适应当地的条件；相比之下，布谷鸟所有的一切均有赖于本能。因为它们是被代养的，永远见不到双亲，因而从破壳那天起，便得在短短数小时内将养父母亲生的孩子们推出鸟巢，还得在尚幼时就在没有双亲指导的情况下自己迁徙到非洲宜居地区，得摸索如何找寻并吃掉毛毛虫，得在第二年春天返回出生地，寻觅配偶，并把卵产在其他合适的鸟巢里——所有这一切均是本能行为，不过在后天的博弈过程中经验会日渐增长。
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我们不仅低估了人类大脑对本能的依赖程度，还常常低估了其他动物的学习能力。例如，大黄蜂从后天的经验之中学到了很多如何从不同种类的花中采集花蜜的方法。不加以练习的话，教一种只会掌握一种。然而一旦有过，比如给乌头采蜜的经验，遇到类似的花，比如虱子草，它们便能更好地进行处理，从而证明它们所做的不仅仅是记住每一朵花，而是已经总结出了一些抽象的原理。
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另一个十分典型的动物学习例子便是海参，它是一种再渺小不过的动物了。它慵懒、个头小、结构简单、也不发声。它的脑子极小，除了吃吃喝喝就是交配，无忧无虑令人羡慕。它不能迁徙、交流、飞行或思考，它只是那么“苟且”地活着。与布谷鸟甚至大黄蜂相比，它的生活简直不值一提。如果简单动物靠本能，复杂动物靠学习的观点是正确的，那么海参这种动物就没必要学习了。
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但它能够学习。如果一股水柱喷到它的鳃部，它就会缩回鳃。但如果水柱反复吹打鳃部，这种收缩就会逐渐停止。海参认为这是假警报，习以为常了，便不再做出反应。尽管这无法和学习微积分相比，但毕竟也是在学习。相反，如果在水被喷射到鳃部之前，电击一次，海参就会学着把鳃收缩得更多一些——这一现象被称为敏感化。就像巴甫洛夫（Pavlov）著名的狗试验那样，海参也可以形成“条件反射”。用一股非常轻柔的水流喷射它的鳃部，如果同时伴随着电击，它的鳃就会缩回。此后，仅靠在平时通常不足以让海参收回鳃的轻柔水流，就可以使经过试验的海参迅速收缩它的鳃。换句话说，海参具有与狗或人一样的学习能力：习惯化、敏感化和联想性学习。然而，这些学习甚至都不用经过大脑。负责这些反射和学习活动的是腹神经节，它是海参这个黏糊糊生物腹部的一个小的神经中枢。
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这些实验背后的埃里克·坎德尔（Eric Kandel），并非要跟海参过不去，而是有着其他目的。他想了解学习发生的基本机制。什么是学习？当大脑（或腹神经节）获得一种新的习惯或改变行为的时候，神经细胞会发生什么变化？中枢神经系统由许多神经细胞组成，每个细胞都向下游传导电信号，而突触连接着神经细胞。当电神经信号到达突触时，它必须先转换成化学信号然后才能继续它的电信号之旅，就像一位乘坐火车的乘客横渡海峡需要转乘渡轮那样。坎德尔的注意力很快便集中在这些神经元之间的突触上，发现学习似乎能改变它们的特性。因此，当海参对假警报习以为常时，传入神经元和负责鳃收缩的神经元之间的突触就有点被削弱了。反过来，当海参对刺激变得敏感时，突触就会加强。坎德尔和他的同事逐渐用一些巧妙的方法针对海参大脑中的一种特殊分子进行研究，发现这种分子对突触强度的增减起到了关键作用。这种分子被称为环腺苷酸。
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坎德尔和他的同事们发现了围绕环腺苷酸的一系列化学变化。且不论它们的名称，想象有这么一连串的化学物质，分别称为A、B、C等：
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A制造出B，
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B激活了C，
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C打开一个被称为D的通道，
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从而使更多的E进入了细胞，
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延缓了F的释放，
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F这种神经递质将信号通过突触传递给下一个神经元。
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现在，C也通过改变形式激活了一种叫作CREB的蛋白质。动物如果缺乏这种激活形式的CREB，虽然仍可以学习东西，但往往不超过1小时便全都忘得一干二净。这是因为CREB一旦被激活，就会启动基因，从而改变突触的形状和功能。这些被激活的基因称为CRE基因，即环腺苷酸反应元件。如果讲得更为详细一些，或又将令人感到抓狂了。但请再有点耐心，马上便会豁然开朗。[2]
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事实上并没有这么复杂，是时候轮到“笨蛋”上场了。“笨蛋”是一种突变果蝇，它无法领会某种味道以及经常伴随而来的电击，到底意味着什么。它发现于20世纪70年代，是一系列“学习突变体”中的第一个，通过给受辐射的果蝇一些简单的任务，让它们学习，并选出不能完成任务的果蝇进行繁殖，随后就得到了“卷心菜”“健忘症”“芜菁甘蓝”“小萝卜”和“大头菜”等突变体（再一次表明果蝇遗传学家在基因命名方面比人类遗传学同行显得随意多了）。目前在果蝇中总共发现了17种学习突变体。受坎德尔的海参研究启发，冷泉港实验室的蒂姆·塔利（Tim Tully）开始着手找出这些突变果蝇到底出了什么问题。让塔利和坎德尔高兴的是，这些突变体中被“破坏”的基因都参与了环腺苷酸的形成或相关反应。[3]
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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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