第3章 智能的生物学基础
>对于大脑操作的主要机理，我们是不可能得出一个统一答案的。
——戴维·休伯尔（David Hubel）
美国哈佛大学神经生物学教授
现象的解释
一门全面研究生命的科学，必须能对人类智能的特征及其种类做出解释。由于近几十年来，人们在生物化学、遗传学和神经心理学研究方面取得了特别进展，我们有许多理由相信，生物科学最后必定能为我们提供关于人类智能现象令人信服的描述。确实，对于我们来说，利用人类自加尔时代开始收集到的生物学资料去理解人类智能，现在正当其时。然而，由于心理学家与生物学家处在不同的环境之中，所以运用生物学解释人类智能的这一工作还只是刚刚开始。
根据我阅读得到的资料，大脑与生物科学的研究成果对我们此处所关心的两个问题产生了特别的影响。第一个问题是人类发展的灵活性。这里的主要矛盾集中在这样一个问题上：一个个体或一个群体的智力潜能或智能可以被各种干预改变到何种程度。从某种观点来看，智能的发展可被看成是相对封闭的，预先确定的，只能在细节上有所改变。而从另一种对立的观点来看，发展又有着极大的适应性或可塑性。如果在关键时候给予适当的干预，便会产生具有完全不同范畴与强度的能力以及局限性。另外，最有效的干预是什么，应选择什么样的时机进行干预，能够引起关键性变化的那些主要阶段的作用如何，都是与可塑性有关的问题。只有当我们解决了这些问题之后才有可能确定，在促使人充分发展自己的潜能方面，哪些教育干预的效果最好。
第二个问题是人类发展起来的智能的本质或同一性是什么。从一种观点来看，也就是我在前面已把他们与刺猬联系起来的一类人，他们拥有非常普遍的能力，拥有通用的信息处理机制，能够运用到大量的甚至可能是难以估计数量的用途中。从对立的观点来看，我们则联想起类似狐狸一样的人物。他们也像其他物种一样所具有的倾向是，能够实施某种特定智能的操作，而对其他智能的操作无能为力。随之而来的问题是，人在应用特定智能的时候，或者无法同时应用多种智能的时候，神经系统的不同部分起的作用是什么？这些作用达到什么程度？事实证明，要在不同层面上从一个极端（特定细胞的功能）到另一个极端（大脑两半球各自的功能）对智能的同一性进行分析，是能够做到的。最后，作为与智能同一性问题相联系的一个部分，对于语言等这些似乎在任何正常人身上都得到了高度发展的能力，与音乐等其他在人类个体身上极为普遍地存在着明显差异的能力，生物学家需要给予解释。
综上所述，这几组问题共同构成了对控制人类智能本质与发展的法则的探索，而这些法则决定，在人一生的时间里，智能是如何形成、显现并转变的。当代生物科学中的许多研究给我的一般印象是，它们虽然并没有沿着以上思路进行，但都与这些问题有关。下面我想挖掘一下对研究人类智能的学者来说似乎十分重要的“矿脉”。
我认为，目前主要的证据都有利于以下这些结论。首先，在人的成长过程中，尤其是在出生后的头几个月里，智能存在很大的可塑性与灵活性。其次，尽管如此，这种可塑性仍然受到强烈的遗传制约。最后，这种遗传的制约，从生命一开始就起作用了，并且将沿着某些途径而不是另一些途径发展。谈到智能的同一性问题，已经有越来越多的证据表明，人类有一种执行某些特定智能运作的预先倾向。这些智能运作的本质，可通过认真地观察与实验推断出来。教育方面的努力应该建立在这些智能倾向及其最大限度可塑性与适应性的知识基础之上。
所以，这就是通过衡量相关的生物学证据之后所能得出的结论。对生物科学的研究成果已很熟悉的人，以及那些对“较硬的科学”(43)报告不感兴趣的人，可以直接从这里跳到第4章去，我在第4章里介绍了确定智能的判据。而对证实前面那些结论的细节感兴趣的读者，我们则邀请他们进入以下遗传学的领域中来。
遗传学基础
如果我们选择从生物学家的视角去研究智能的问题，一开始便不可避免的，当然也是正确地要考虑遗传的因素。然而，自从大约30年前詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克(44)“揭开...
诚然，对于任何生物学的研究来说，遗传学家的发现都应该是一个起点。毕竟我们都是有生命的有机体，而且在一定意义上，我们所能够成就的一切，都保留在我们的遗传物质中。而且，基因型(47)与表现型(48)两者之间的差别(49)，是我们对任何人类个体的行为及其智能轮廓进行研究的基础。另外，对于变异的观点同样也是公认的：由于双亲中的每一位都贡献了难以计数的大量基因，由于这些基因有着无数的组合方式，所以我们不必担心除了同卵双胞胎之外的任何两个人会过分地相像，也不必担心任何两个人会表现出完全相同的智能轮廓。
遗传学在解释简单生物体的简单性状方面，取得了极大的进步。我们在果蝇行为与结构的遗传学基础上已经积累了大量的知识。通过遗传模式的研究，我们对镰刀形细胞贫血症、血友病(50)与色盲这些特定人类疾病的病理学机理，也已经基本掌握。但是对于更复杂的人类能力，例如解方程的能力、欣赏或创作音乐作品的能力以及掌握语言的能力，我们关于遗传所起的作用以及在遗传的显性表现方面的知识，却依然少得可怜。首先，我们不可能在实验室里对这些能力进行实验性研究。其次，任何复杂能力的性状并非只与一种基因或一组基因相联系，它反映了许多个基因的性状，而且其中大量的基因是多形的——能使许多不同能力在一系列环境里得以表现。确实，一旦思及像人类智能这样宽泛且含糊的能力问题时，我们应不应当使用“性状”这个词，还的确是存疑的。
那些惯于从遗传学方面考虑问题的学者们当然都思索过什么是天才的问题。按照其中一种说法，天才可能产生于相互关联的基因的某种结合，这些相互关联的基因结合转而又可能导致酶(51)的产生，从而影响大脑某个区域的特定组织。由于酶的作用，这部分组织可能进一步扩展，使大脑内部形成更多的联结或增加更多的抑制。这些可能性当中的任何一种都有可能使促成人类取得成就所需要的巨大潜能达到它的顶点。然而这条思考路线中有那么多假设的步骤，就表明了这样思考的结果同事实仍然相去甚远。我们甚至还不知道，那些具有天才或因为是天才而具有突出缺陷的人是否反映了一种与某种神经系统相关联（这种关联又可从与之有密切亲缘关系的他人身上找到）的遗传倾向。我们也不知道，这些神经系统的关联是否只是体现了偶然产生并分布的限定继承现象（在这种情况下，它们照样也会在任何两位互无亲缘关系的人身上发生）。
关于人类天才的遗传问题，最可靠的线索也许来自对双胞胎的研究。我们通过对同卵双胞胎与异卵双胞胎的比较，或通过对被一起养育长大或分开养育长大的同卵双胞胎的比较，就能了解到哪些性状是最受遗传影响的。不过，那些使用了相同资料（甚至使用了毫无争议的资料）的科学家们，在遗传性方面会得出大相径庭的结论。有些科学家在数学与科学假设的基础上认为，通过智力测验测试出的智能，80%由遗传决定。换言之，这些权威们主张，在接受测验的人群之中，智力测验分数差异性的80%应归于那些人的遗传背景。其他一些科学家们综合同样的资料，却做出了不同的假设。他们认为，遗传性因素对人的智能所起作用的比例小于20%，甚至是零。当然，大多数人的估计都在以上两个极端之间，认为遗传因素对智能的影响从30%到50%。绝大多数人的身体特征和性情主要来自遗传，人们对于这一看法已经取得了广泛一致的意见。但是当考虑到人的认知风格或人的性格这类问题的时候，遗传决定论就很难使人信服了。
对那些研究智能的学者们所关注的问题，遗传学的文献并没有给出明确的答案。但是，有许多观念却能为我们的研究提供信息。让我们首先从一个得到充分证明的事实开始：某些人由于遗传的原因，存在并发血友病等疾病或严重智力迟钝等神经系统疾病的“危险”。但这一事实本身，并不能说明他们肯定会得那种病，可能性因素以及环境的偶然性因素或特殊的遭遇，也都可能起作用。这一事实只不过向我们表明，在其他条件相同的情况下，这些人比那些没有这种遗传倾向的人更容易得这些疾病。
通过类推法，也许会认为一些人有望成为某种天才人物，这对于我们的研究是有利的。但同样，这样的判断并不能确保他们一定会成为天才。一个人在没有棋盘的情况下，是不会成为一位棋艺大师的，甚至连个业余棋手都做不了。但给了下棋的环境与某些刺激之后，有成功希望的人就有了掌握这类技能，并迅速达到高水平的特别倾向。具备天赋，当然是成为超常儿童的必要条件。不过，如果能够得益于某种“温室式”训练方法，如铃木小提琴天才教育方案，即使是那些明显缺乏遗传天赋的儿童，也照样能在短时间内取得长足的进步。
另外一种极具启发意义的思路，就是对人类性状和行为变异的思考。在美国这样数量巨大、种族众多、通婚情况复杂的人群中，我们能见到多种多样的人的特征。但随着时间的推移，极端的特征倾向逐渐很难见到，甚至完全消逝。相反，某些人群，如独自生活在南太平洋岛屿上的居民，作为孤立的种族已经生活了几千年，因为他们避免了与其他族群混合的可能性，所以表现出遗传漂变(52)：他们通过自然选择过程，具备了一种也许与其他族群完全不同的基因库。
要想把纯粹的遗传因素从那些反映不寻常自然环境或异国文化系统的影响因素中区别出来，并不是总能成功。按照曾研究过许多原始部落的病毒学家卡尔顿·盖杜谢克(53)的说法，发生遗传漂变的族群常常表现出一系列明显的特征，包括罕见的疾病、免疫力、身体特征、行为模式以及习惯。使这些遗传因素消失的原因可能有该族群的消亡、其孤立状态的结束，或者这些遗传因子逐渐演变得难以观察。所以，在这些遗传因素消失之前将它们记录下来，就是十分重要的。我们只有通过对这些族群进行认真的考察记录，才有可能确定人类能力的全部范畴。确实，一旦这样的族群消失了，那么对于他们实际从事过的活动、表现出的技能或特征，我们就无法进行推测。然而，一旦我们确定了某些族群（实际上对任何人类成员都是如此）表现出的某种能力之后，我们就可以到其他的物种成员（我们这个物种）中去寻找并试图培养这种能力了。即使遇到不好的特征或能力，也可照样寻找并加以抑制。当然，我们不可能明确地指出一种给定的性状一定具有某种遗传因素，但这种确定与我们眼下所关心的问题，即对人类性状的种类做考察记录，并无关系。
让我们再用另一种方法考虑上述观点。由于我们的基因遗传是如此多种多样，因此人们可以假定存在着我们目前还不知道的各种能力和技巧、疾病和缺陷，而无论这些能力和技巧、疾病和缺陷是否已经出现。有了遗传工程之后，无数的可能性因此就产生了。富有想象力的聪明人完全能够预见到这类可能性。然而，更为谨慎的研究战略是在不同血统的人群中做广泛的抽样调查，从而确定他们实际上已经具备了哪些能力。像研究偏远或孤立人类族群这种遗传学家争相投入的课题，实际上对心理学家来说也是极有价值的。对人类进行抽样调查的范围越广，列出人类智能种类的清单越有可能是全面而准确的。
神经生物学的视角
尽管对于研究智能的学者们来说，遗传学所能提供的帮助十分有限，但回顾一下包括神经解剖学、神经生理学、神经心理学在内的神经生物学的研究成果，会带给我们不小的收获。人们关于神经系统的知识也和遗传学的知识一样，积累得十分迅速，而且这方面的研究发现同认知及心理现象的关系，可以说是要相近得多。
限渠道化与可塑性
对神经生物学进行的研究，与我们本章所要讨论的两个主要问题有明显而密切的联系。我们能够同时找出的普遍规则和细微差异，与人类发展的灵活性以及人类能力的同一性有关。我在对此的概述中，首先思考灵活性的问题，尤其是思考那些在儿童早期发展的阶段中，有关神经系统的相对可塑性的研究成果。在回顾了有关灵活性的发现之后，我再讨论那些能帮助我们了解人类能力及其应用的研究途径。虽然我在本书全书中所要讨论的问题，主要是人类的能力，以及通过恰当的干预之后，我们能将这些能力开发或教育到何种程度；但我所考察的大多数研究成果，实际上来自对各种动物，包括无脊椎动物和脊椎动物的研究。我在这一方面尤其受到两种研究思路的启发，它们加深了我们对人类发展原理的理解：一个是戴维·休伯尔(54)、托尔斯滕·威塞尔(55)及其同事对哺乳动物视觉系统的研究，另一个是费尔南多·诺特博姆(56)、彼得·马勒（Peter Marler）、小西正一（Masakazu Konishi）及其同事对鸟类歌唱能力发展的研究。尽管从动物到人的迁移必须谨慎行事，尤其在智能领域中，但以动物为对象的研究成果太具有启发性了，我们绝对不应忽视它们。
理解神经的发育和发展的一个关键术语，是“限渠道化”。这个术语是爱丁堡大学的遗传学家沃丁顿(57)最先使用的。限渠道化指的是神经系统等任何一种生物体的系统沿着某一路线，而不沿其他路线发展的倾向。确实，神经系统的发育，在时间和程序上有着严格而合理的顺序。神经管(58)里产生的细胞原生质，以及它们向最终形成大脑与脊髓那一区域迁移的过程，都可以在物种内，某种程度上甚至可以在各物种之间按照可以预料到的规律性进行观察。那些实际上有效的神经之间的联系并非仅仅代表一种随意的或偶然的集合，而是反映了最高程度的生物化学控制。我们看到的令人惊奇的表观遗传（epigenetic）序列中的每一个步骤，都为下一步打下基础，推动了下一步过程的显现。
当然，任何生物体系统的发展同时也反映了环境的影响：如果使用实验干预的方法改变了化学平衡，人们就能够影响特定的细胞迁移，甚至会让某个细胞去执行通常由另一个细胞执行的功能。然而，按照沃丁顿的看法，要想把这种模式与那种预期的发展目标（在本例中，就是产生功能正常的神经系统）区别开来，真是难上加难的事情。正像沃丁顿所说的：“我们很难使发展着的系统不朝其预定的，从而产生正常的结果的方向发展。”即使人们希望阻止或改变预期的模式，该生物体也倾向于找到一个以“正常”状态结束的方法。在受到阻挠的情况下，虽然它并不会回到起点，但是会在后续的路线上，与发展的进程实现同步。
到目前为止，我对神经系统的发展做出的描述，偏重那种严格的、从遗传学上说是程序化的机制。这种做法是恰当的。然而，生物的发展还有一个同样令人吃惊的方面，那就是它的灵活性，或者用比较专业的说法，是它的可塑性。生物体通过许多种方式来表现其可塑性。首先，在生物发展的某些阶段，各种各样的环境都能产生特有的效应。例如，即使一个婴儿在出生以后到一周岁之前的大部分时间里都在襁褓中度过，但到了两岁的时候，他照样能够正常地行走。另外，年幼的生命体在受到严重伤害或遇到障碍的情况下，常常能表现出惊人的复原能力。确实，总的来说，在发展的最早期阶段，生物体有较大的可塑性。例如，即使一个幼儿丧失了大脑两半球的显性遗传，他也仍然能够学会说话。然而可塑性存在一个分界线，跨越了这个发展阶段，可塑性就会衰退。那些失去了一个脑半球功能的青少年或成人，就会成为严重的残疾人。
然而，即使是上面对于可塑性的概括，也应当加以限定。首先，早期遭到的伤害或者功能受损可能产生严重的后果。如果在生命的第一个月内，一只眼睛的功能受损，就存在将来双目视力都减弱的可能性。其次，对于某些成年人来说，其能力或技巧已经被证明，即使在大脑受损的情况下，仍能够保存下来。这就暗示着，在人一生中的大部分时间里，可塑性都能持续发生作用。有些成年人，即使大脑左半部受到严重伤害，治愈后仍能恢复说话的能力。有许多人的瘫痪肢体还能够恢复原有的功能。总之，我们说到可塑性的概念，不能脱离特定的处理或干预的期限，不能脱离包含在其中的行为能力的种类。
可塑性还在其他方面受到限制。有些心理学家传承了行为主义者的观点，认为大多数生物体在受到一定训练的情况下，都能学会做任何事。对“横向学习规律”(59)的研究常常能反映这一事实。另外还有许多类似的关于人的说法，比如，认为一个人在任何年龄段都能学会干任何事情。然而，最新的研究结果与这种对智能的乐观的看法形成了尖锐的对立。大多数人坚信，每个生物物种，包括我们人类在内，都存在“准备”好获取某种特定信息的本能。正如事实已经证明了的，那个生物物种若要掌握除此种类而外的信息，要么完全不可能，要么极为困难。
下面举几个“有准备状态”和“无准备状态”的例子，可能会有助于读者的理解。我们都知道，许多鸟儿都有学会“歌唱”的能力，有些鸟儿最后还能唱出各种各样的“歌曲”。然而，雌性麻雀对准音调（pretuned）的辨认非常谨慎，以至于只对自己活动区域内雄性麻雀独特的“歌声”表现出敏感性。老鼠能很快学会跑或跳，以逃避人为的电击，但它们却极难学会通过使用操作杆的方式达到同样的目的。另外，即使是蹦跳的逃避机制，也存在一定的限制。尽管蹦跳以逃避电击似乎是“自然的”或“有准备的”反应，但如果让老鼠在一个盖上盖子的箱子里学习蹦跳，那这个学习过程就非常缓慢了。所有正常的和许多低能的人都能很容易地掌握复杂的自然语言，这说明人类作为一个生物物种的整体，对于掌握这种能力都是“有准备的”。同样，大多数人学习逻辑推理都面临困难，尤其是当命题以抽象的形式呈现时。这表明在这一领域中并不存在特别准备好的能力，甚至还表明，人类倾向于关注一种情境的具体细节，而非其纯粹的逻辑含义。现在尚没有人能理解有选择的准备状态存在的原因，但我认为，也许是因为某些神经中心易于受到刺激，易于被激发、预设和（或）抑制，而另一些神经中心则远比它们要难以被激发或抑制。
根据这些关于行为可塑性的一般性评论，我们便可更仔细地考察一下生物体在发展的过程中，身上所固有的确定性或灵活性的证据。我们将特别考虑生物体出生那段时期可塑性的详细情况，思考各种早期经验对后来发展的影响，思考在神经学或生物化学的层次上理解多种多样的学习过程的可能性。
生命早期的可塑性法则。尽管各个生物物种的具体情况有异，但人们根据对生命早期可塑性问题所做研究总结出的若干法则，似乎是站得住脚的。第一个法则说明的是幼儿时期灵活性最大限度的问题。让我们思考下面这样一个具有代表性的例子。索尔克研究所(60)的神经生物学家马克斯韦尔·考恩（W. Maxwell Cowan）解释说，人的前脑和眼睛的神经部分都是从神经板的顶端发展起来的。如果在一个人发育的早期取掉一小片外胚层组织，邻近的细胞就会增殖，脑和眼仍然会正常地发展。但同样的手术如果施行得稍微晚一些，则会造成前脑和眼睛出现永久性的缺陷。实际造成伤害的情况如何，由取出的那片特殊组织而定。像这样渐进的“阻断式”实验使我们能够越来越准确地确定大脑不同区域的功能。还有像帕特里夏·戈德曼（Patricia Goldman）等神经生物学家的研究表明，神经系统在生命的最早期能够灵活地适应严重损伤或实验性变化。在这种损伤或变化之后的一段时间里，作为替代，神经系统可以设计出一种恰当的联结方式。然而，假如这种损伤或变化在发育过程中发生较晚，那么相关细胞的联结要么会产生混乱，要么就完全萎缩。
第二个法则强调了发展过程中所谓“关键期”的重要性。例如，对于猫来说，视觉发展的关键期是出生后第三到第五个星期之间。倘若在这一时期里有一只眼睛失去了光感，那么这只眼睛的主要神经联结就会产生变化，这只存在视觉障碍的眼睛的功能就会受到抑制。这种干扰似乎是持久性的。总的来说，生物体最脆弱的时刻似乎就在这些敏感期。发生在这一关键期的任何轻微限制，似乎都极有可能给中枢神经系统带来不可逆的损伤。反之，如果在这一关键期具备恰当的条件，神经系统就会得到快速发展。
第三个法则强调灵活性的程度因神经系统区域的不同而各不相同。同生命最初几天或几个星期发育起来的初级感觉皮层这样的区域比起来，在儿童期发育较晚的额叶(61)或胼胝体(62)这样的区域要更具有适应性。那些以独立为特征的区域，如胼胝体，其独立程度似乎既反映了对特定大脑皮层联结可变性的高度需要，也反映了在确定最终形成的联结类型时，出生后特殊经验的重要性。的确，即便涉及人类最复杂的语言等能力，诸如在生命的最初几年中经受了巨大损伤，包括整个大脑半球被切除，人仍然能够获得正常的说话能力。这个发现表明，在儿童早期，大脑皮层的大部分都是独立的，因此发育后可以用于不同的用途。
第四个法则涉及发展的介导或调节因素。一个生物体如果不经历某些特定过程，就不能正常地发育。所以，猫如果在出生后不暴露在的一定形式的光线之下，它的视觉系统就不能正常地发育，其中的一部分甚至还会萎缩。另外，这只猫必须接触各种各样的环境，让两只眼睛都得到充分使用的机会，而且它还必须在所处的环境中四处活动。如果仅仅习惯沿水平方向传播的光线，那么眼部预定执行纵向功能的细胞要么就萎缩，要么就会改为执行其他功能。如果只允许这只猫使用一只眼睛，那么用于双目视物的细胞就会退化。而如果这只猫不能在所处的环境中积极自由运动，而是身不由己地、被动地移动，那它也不能正常地发展自己的视觉系统。在敏感期，介导视觉的神经系统为了得到发育，似乎表现出一种预定性，神经系统的发育“期待”着某种视觉输入。如果缺少恰当的刺激，或者接受了不恰当的刺激，动物就难以实现预期的发育目标，将无法在自己所处的环境中正常活动。
最后一个法则是探讨神经系统的损伤将会产生的长期性后果。有些损伤会立即产生明显的后果，而另一些损伤则可能在开始时看不出来。比如，假设大脑中一个预定在稍晚发展阶段执行重要功能的区域，偶然间在生命的初期受到了损伤，其后果完全可能在一段时间内观察不出来。所以如果灵长类动物的额叶受到了损伤，在其生命的第一年可能发觉不了。但是当这个动物后来须执行那些通常由额叶所介导的复杂和有组织的行为时，这种损伤的后果就会十分明显。早期大脑的损伤还可能激发解剖学上的结构*，这种*最终证明是达不到预期目标的。例如，让动物现在完成某种至关重要的任务，可能会形成神经的某种联结，但这种联结对于后来所需技能的出现并没有什么作用。在这种情况下，神经系统的限渠道化倾向可能产生适应不良的长期后果。
对以上五个法则的讨论证实，在决定性与灵活性的关系上，要给出一个简单的判断是不可能的。由于每个因素都很强，所以这两种因素对年幼生物体的发育都施加了极大的影响力。决定性或限渠道化有助于确保大多数生物体都能正常地实现该物种的功能，灵活性或可塑性则兼顾了对条件改变（包括异常环境或早期损伤）的适应性。显然，倘若一个人必须承受损伤的话，那最好发生得早一些。然而，也许正常发展道路上的每一种偏离，将来都是要付出代价的。
早期经验。到目前为止，我所考虑的主要是特定种类的经验（比如看到某种条纹图案）和对大脑的相对限定区域（主要是视觉系统）的影响。然而心理学家和神经病学家也研究了刺激或剥夺对生物体所有功能产生的更普遍影响的问题。
加利福尼亚大学伯克利分校的马克·罗森茨威格（Mark Rosenzweig）与他的同事们对此做了开拓性研究。罗森茨威格小组从20世纪60年代的早期就开始在内容丰富的环境中饲养老鼠等动物。在这种内容丰富的环境里，有许多其他老鼠，还有各种各样的玩具，如梯子和轮子。有一组用以比较的老鼠则饲养在单调的环境里，只有足够的食物，而没有其他任何特别之处。结果，在内容丰富的环境里饲养的老鼠同那些虽然吃得好但笨拙一些的老鼠相比，不但各种行为活动表现得更灵活，而且体型发育更匀称。让两类老鼠在这种对比的环境里生活80天之后，将它们全部*掉，再分析其大脑，主要的发现是：在丰富环境里长大的老鼠，其大脑皮层比在单调环境里长大的甚至看起来更胖些的老鼠重4%。关键的一点是，大脑重量增加最多的部分，是它们的视知觉部分，也许就是在丰富的环境中受到特别刺激的部分。
人们对老鼠和其他物种所做出的许多研究都使人确信，内容丰富的环境能产生较复杂的行为，又能使大脑的容积产生明显变化。这一效应有可能具体得令人吃惊。罗森茨威格小组证明，如果你仅为大脑的一半部分提供较丰富的环境，那么就只有那一半的大脑才会表现出细胞结构上的变化。威廉·格里诺(63)证明，在那些于复杂环境里饲养的动物的某些大脑区域里，发现了较大的神经细胞以及较多的突触(64)、突触联系和其他树突连接。他概括说：“大脑区域大小总体上的变化，因经验的不同而存在差异。这个变化在神经元水平上与突触联系的数量、式样及质量是相关联的。”
还有人认定了其他复杂而非常具体的大脑变化。费尔南多·诺特博姆把雄金丝雀大脑里两个细胞核的大小，与它们的鸣啭相联系，这是他对这种鸟的鸣声进行研究的一部分内容。他发现，在发出声音能力最强的阶段，这两个细胞核的大小是金丝雀在夏季脱毛时发出声音能力最弱阶段的两倍。然后到秋季，当大脑的尺寸增大，新的神经纤维生成和新的突触形成时，相对较响的鸣啭便又重新出现。显然，鸟身上的这种原始活动的学习或再学习直接转化为细胞核的大小、神经元(65)的数量以及它们之间的联结程度。
关于脑容量与人类不同能力表现的关系，科学家们不大愿意公开发表推测。在无恰当实验手段的情况下，持这种慎重的态度似乎是理所应当的。然而，我们还是有必要引用一下伏格特夫妇（O. and A. Vogt）这对天才神经解剖学家的观察结果。伏格特夫妇对许多人，包括天才艺术家的大脑做了多年神经解剖学研究。他们观察发现，一位画家大脑的视觉皮层第4层非常厚（神经细胞多），而一位从小就拥有完美音高的音乐家，其听觉皮层第4层也同样厚。(66)随着人们比以往更加尊重脑容量与人类不同能力表现有关的假设，随着人们在研究大脑的容量、形状和信息处理途径时，更普遍地运用非损害性研究方法，如果说当代有人赞同这些古老的颅相学课题，我是不会感到吃惊的。
然而脑容量大并不总是好的，神经细胞或神经纤维数量众多本身也并不总是优点。事实上，神经生物学近年来最引人注目的发现之一支持了以上提示。神经系统最初产生了过量的神经纤维，而在大脑发育过程中一个很重要的部分，就是那些似乎不必要的，但实际上还可能对正常功能有害的过量联结的减少或者萎缩。沿着这条思路，让-皮埃尔·尚热(67)和安托万·当尚（Antoine Danchin）两位法国科学家给出了非常关键的解释。他们注意到，最初在大脑不同区域里成活的神经元，在数量上比最终存活下去的要多得多。一般来说，大约在神经元沿着设定的目标形成突触联系的那个时期，有一个“细胞选择性凋亡”的阶段。在这个阶段里，最初的神经元总数量的15%～85%会自动凋亡。
为什么会有过量的初始联结出现呢？为什么某些联结能存在下去，而其他联结后来就萎缩了呢？人们推测，早期联结的过量“萌发”，反映了或者确切地说构成了成长发育阶段的灵活性。发育的这种常态特征具有适应性强的优点。如果在细胞过量联结出现的这个时期，生物体发生了某种损伤，那么它恢复的机会就大一些。可以支持以上观点的是，细胞联结在损伤发生之后，会立即爆发式增长，有时72小时的增长数量可达正常增长6个星期的数量。同样，如果在刚出生时便失去一只眼睛，那么视网膜神经节(68)细胞的凋亡一般在出生后两星期内发生凋亡数量便会大大减少。
发生这种细胞突起与细胞突触的增殖现象，可能还有其他原因。在增殖高峰期，细胞之间似乎存在着剧烈的竞争。在形成适当强度与特异性的联结方面最有效的细胞，最容易存活下来。也许按照历史悠久的达尔文的说法，这种增殖带来了某种竞争，竞争让生物体神经纤维中最健康或最合适的占据了优势。
在早期发育中，神经纤维的过量可能会造成与过量联结有关的功能属性和行为属性的暂时出现。在此，会遇到U形现象，即未完全发育生物体的行为（U形的左侧）与一般在成年生物体身上所见到的行为（U形的右侧）极其相似。人的某些早期生理反射，如游泳或走路，很可能就反映了联结的一种增殖现象，而这些联结引发了某种早熟行为。另外，年幼的生物体能以极快的速度（尤其是处在某种关键期时）学会一样东西，也可能与过量的联结有关，有些这样的联结很快便会减少或消亡。例如，对于人来说，突触的密度在出生后头几个月增长得很快，一两岁时便达到顶点，一般是成人平均密度的50%。在2～16岁衰减下去，然后保持相对稳定，直至72岁。不止一位科学家曾经推测过，幼儿迅速学会的语言等能力可能正说明，他运用了那一时期大量出现的突触。
联结减少之后的情形又是怎样的呢？我们在此也许可以从功能是否实现的角度对成熟期下一个定义：成熟期即过量细胞已消亡，最初的定向联结已形成并实现功能的时候。这时，生命体幼年时的灵活性似乎终结了，但最健康的神经元得以保留。此时，它们的数量恰好匹配设定的对该领域进行神经支配的需要。如果出现了一个新的对象，比如通过外科手术安装了假肢，那么神经元的数量就不会陡然减少，此时便有了形成突触的额外空间。当突触消亡的过程进展到这一步，即只有极少的（如果有的话）突触仍然能够在竞争中相互作用时，关键期似乎就结束了。大多数科学家感到，在生命后来的阶段中，神经仍会发生进一步的变化。但随着年龄的变化，突触的密度是否逐渐降低，树突的长度及分支数是否逐渐下降，更多的选择性（仅限于皮层的某些区域）是否不再有，科学家们对此目前尚未取得一致的意见。
学习的生物学基础。多数关于人类神经生物学研究的结论都来自灵长类动物的实验，这是可以理解的；而且人们都着重研究主要的感觉系统，这些系统在整个生物界中的运作情况大致相似。但近来，人们已设法利用与人类差别较大的物种作为研究与学习的基础。由于这些研究结果很有启发性，所以在此我引用两个例子。
按照我的观点，刺激研究认知的学者们进行思考的珍贵信息，来自那些研究鸟类鸣声的学者。(69)虽然鸟类的鸣声来自动物的不同有序性，但它包含着高度复杂的活动，恰巧由鸟类大脑的左半部分掌控。鸟类在幼年时期，是通过同类之间传递的方式，掌握这种活动的。
面对鸟类之间的许多差异，似乎有必要做一些概括。雄鸟在生命的第一年先开始发出亚鸣啭(70)，相当于人类婴儿发出的咿呀学语声，这是一种延续好几个星期的学习过程。接着便是塑性鸣啭(71)的阶段，这是一个较长的阶段。在这一段时间里，鸟儿反复练习鸣叫的细节，从而最终学会那些有用的鸣啭方式，以便将来与其他鸟儿交流领土信息或寻求配偶。这种“游戏式”的鸣啭练习，很像灵长类动物在许多活动领域中表现出来的探索行为。
鸟类之间的差别表现在学习鸣啭的灵活性与条件方面。有些鸟儿，如斑鸠，即便在没有得到正常鸣啭示范的情况下，最终也能掌握其物种的鸣啭类型。有些鸟儿，如金丝雀，需要的是对自己鸣啭声音的反馈，而不是得到示范（如果这类鸟儿耳聋了，它们就不能掌握其物种的鸣啭类型）。还有些鸟儿，如苍头燕雀，要学会恰当的鸣啭类型，就得接触其同种群的鸟儿，为自己示范。有些鸟儿一年中的鸣啭方式是一样的，而另一些鸟儿则在一年中变换其鸣啭类型，这对于理解这些“文化”差异的生物学基础，显然是至关重要的。但引人注目的是，幼鸟在学习阶段发出的鸣啭声与鸣啭的细节，比壮年时期要多得多。另外，鸟类都偏重其物种所注定要学会的来自生存环境中的鸣啭，而一般来说，它们不关心那些来自其他物种的鸣叫声，甚至也不关心生活于其他区域的相同鸟类的鸣啭类型。
我已经说过，鸣啭的产生主要依赖鸟类神经系统的左半部分。因此，大脑左半部分的损伤远比对大脑右半部分的损伤更具破坏性。实际上，人们可以在鸟身上制造出失语症或失歌症来。然而，患上失语症的金丝雀又能恢复它之前的鸣啭能力，是因为其大脑右半部分也有同样的潜力。在这种“功能恢复”方面，鸟类比人类的成年人要幸运。
鸟类学习鸣啭的过程，为人们提供了十分有趣的例子，说明生物体是如何通过环境刺激的相互作用、探索性实践以及发展神经系统某些结构的倾向，掌握特殊技能的。我认为，将来总有一天，人们能把鸟类学习鸣啭的原理，运用到人类等高级生物对其文化环境的认识过程与符号系统的掌握过程中去。另外还有一组完全不同的研究方法，即利用一种简单的名为加利福尼亚海蜗牛（Aplysia Californica）的软体动物进行实验，这一方法可望为学习行为的生物学基础带来更多启示。
哥伦比亚大学的埃里克·坎德尔（Eric Kandel）和他的同事们一直在研究海蜗牛最简单的学习形式。他一直在考察：这种有较少神经元的动物如何变得习惯于一种刺激，以至于短期内不再对该刺激有任何反应；如何变得对一种刺激敏感，以至于后来在刺激减弱的情况下也能做出反应，如何形成经典条件反射，以至于既能对习得性刺激或称条件刺激做出反应，又能对非条件刺激或称反射性刺激做出反应。他得出了四条主要规律。
第一，学习的基本因素并非分散在大脑的各个部分，而是存在于特定神经细胞的活动之中。有些习得的行为可能只涉及50个神经元。第二，学习是细胞之间的突触联系转换的结果。学习与记忆并不一定会形成新的突触联系，它们通常都源于已经存在的联结之间强度的转换。第三，突触强度的持续而巨大的变化，可以通过神经元末梢（细胞间传递信息的地方）释放出的递质数量的改变来实现。例如，在习惯化的过程中，每次动作电位产生的钙流入逐渐减少，因此与前一次动作电位比较起来，释放出来的递质更少。第四，可以用这些突触强度的简单变换过程，来解释逐渐复杂的心理过程是如何发生的，又是如何产生各种学习形式的基础，即坎德尔所称“细胞语法”（cellular grammar）的。换言之，这种相同的过程，即解释习惯化的最简单形式的过程，相当于一种基本原理，人们可以从中构建更复杂的学习形式，如经典条件反射。正如坎德尔对自己的研究结果所做出的概括：
学习的基本形式、习惯化、敏感化与经典条件反射在原先存在大量联结的储库中进行选择，并改变这个储库的一个子集合的强度……这种观点包含这样一个含义，即生物体所能做出的许多行为，其潜力就存在于大脑的基本构架之中，因而从这一意义上可以说是受遗传与发育控制的……通过改变原有路径的有效性，环境因素和学习行为促使这些潜力得以产生，从而引发新的行为模式。
感谢坎德尔和低等软体动物，心理学家所研究的一些主要的学习形式才能够根据发生在细胞水平上的事件，甚至包括某些候选的化学过程，来进行描述。行为与生物学之间曾经难以跨越的鸿沟似乎被连接起来了。坎德尔和他的助手们还为特殊能力的可列举性提供了有趣的启发，我们在下文中将要讨论这个问题。无论生物物种或学习形式如何，相同的法则似乎构成了所有神经细胞的特征，这显然为“横向”学习观提供了证据。然而，正像坎德尔所表明的那样，生物体本身似乎只能具有某些行为模式，而不可能具有另外一些行为模式。无论使用何种生物学的认知方式，这种现象都必须加以解释。
在遗传学中，科学主流和人类认知问题之间的联系很少，而且是纯粹推测性的。与之形成对照的是，神经生物学的观点给予我们研究工作的启示更深刻。它明确地揭示了关于可塑性与灵活性、决定性与限渠道化的法则。这使我们完全有理由相信，经过恰当的修正之后，这些法则都可用到研究人类发展某种认知系统的方法中去，运用到研究人类通过特定的途径学会某些技能的方法中去。此外，丰富的或贫乏的早期经验，对生物体一般功能产生的明显影响，已得到了令人信服的证明。通过研究人类营养失调的后果，我们已经知道，与此类似的对情感和认知功能有害的后果，也会在人类身上发生。最后，通过对鸣禽和软体动物这一类群体的研究，我们对于学习形式在神经系统、细胞及生物化学层次上的表现方式，已经获得了很有希望的研究成果。尽管在这些简单的行为模式、人类学习的多样化、人类最重要的发展之间，仍存在着极大的距离，但至少通过这些途径所获得的某些发现，最终能够运用于对人类学习及技能掌握的研究中去。
神经系统因素的确认
到目前为止，在进行某些论述的时候，我已经默认了一种为方便起见做出的假设，即神经系统是相对未分化的，我们似乎可以在忽略那些偶然发现的差别的前提下，讨论神经系统的大小、密度和联结性的变化。然而在实际上，人们对神经系统的研究揭示出，它具有令人吃惊的高度组织化的结构，这种结构在表现上和组织上有着令人难以置信的特异性。另外，神经系统组织上的差异与被大脑不同部位控制的功能之间的差异，存在着密切联系。例如，很明显，大脑皮层较早成熟的区域，与基本感觉功能即对不连续物象和声音的知觉有关；而较晚成熟的大脑联想感觉皮层（association sensory cortexes），则能够传递刺激物的含义，并实现感觉形式之间的联结（比如将所见到的物体与所听到的名称联系起来）。
为了达到我们的目的，可从两个不同的层次上来思考神经系统的组织结构，一个是纤细的微粒或分子的结构，一个是粗略的或整体的结构。虽然这个假设的出发点，是为了使研究工作方便，但在理论上并非是毫无意义的。实际上，当罗杰·斯佩里(72)这位近年来从整体层次上研究大脑的学者与休伯尔、威塞尔等研究分子结构的学者1981年共同获得诺贝尔奖时，这种假设已经得到承认，而且它与我们确认人类智力功能的研究有关。
分子层次：按照约翰·霍普金斯大学的生理学家弗农·芒卡斯尔（Vernon Mountcastle）的说法，可把人类大脑皮层看成是由柱状组织或模块构成的。这些柱状组织与大脑皮层的表面垂直，大约有3毫米长，0.5～1毫米宽。人们越来越倾向于认为，就是这些柱状组织，形成了独立的解剖学实体，而这些实体，产生了不同的、相对独立的功能。实际上，感觉与记忆可能就分布在人的神经系统之上，而“人”就是那些特殊的“认知精灵”。
这些柱状组织首先在视觉皮层中得到确认。诚如休伯尔与威塞尔所描述的那样：
对基本视觉皮层有了现有的了解之后，我们清楚了，人们可把基本皮层部分看成是一个大约1平方毫米大小、2毫米厚的块状物。弄清这种块状纤维组织，便清楚了所有的视觉皮层组织。整体的皮层组织必定主要是这些基本单元的组合物。
按照最新发现，其他的感觉区域似乎也是由这种柱状组织构成的。人们甚至还提出，额叶这一主导较抽象的、不易具体描绘的知识的区域，也有这种柱状组织的存在。
那么这种柱状组织或者形成它们的细胞，会对哪些事物做出反应或应答呢？在视觉系统里，它们对于方向（水平的、垂直的、倾斜的）和眼优势（眼球偏好的不同程度）做出反应。视觉系统里我们不完全了解的皮层细胞，也可能对颜色、物体运动的方向和深度做出反应。在人的躯体感觉系统中，这些柱状组织对被激发起来的区域一侧和皮肤表层受体的部位做出反应。在额叶里，柱状组织针对出现在生物体范围内对象的空间和时间的信息做出的反应。总的来说，感觉区域和运动区域都表现出包含着它们所代表的世界的二维图谱。由于视觉或触觉或听觉的信息传播是从一个皮层区域到另一个皮层区域的，所以这幅图谱便会逐渐变得模糊，所携带的信息也会逐渐变得抽象。
柱状组织可能会成为全部进化过程的基本组织单位。它们的形状与大小不仅在同一物种内是相同的，而且在不同物种之中也是相同的。所以，不同物种的猴子也许有不同大小的皮层和不同数量的柱状组织，但它们柱状组织的实际体积大小相同。帕特里夏·戈德曼和玛莎·康斯坦丁–佩顿（Martha Constantine–Paton）推测说，当某种指向的轴突的数量超过了一定临界值的时候，柱状组织便会作为经受得起时间检验的、有效的填充方式，在空间里形成。倘若人们在青蛙妊娠期给它植入一只多余的眼睛，一个柱状组织的确就会迅速地生成。
然而，难道柱状组织或基本模块就是神经系统研究的唯一途径吗？发现神经系统柱状组织的弗农·芒卡斯尔本人就区分了微柱状组织和巨柱状组织。微柱状组织也许仅有100个细胞，组成了一种不可能再小的大脑新皮层的处理单元；而每个巨柱状组织内部，都包含几百个微柱状组织。弗朗西斯·克里克在对大脑组织进行整体研究时，提出存在着更大的不同区域。例如，夜猴至少有8个主要视觉皮层区域，它们在知觉上截然不同，有很明确的界限。按照他的看法，人类大脑皮层中也许有50～100个分离的区域。他充满渴望地说：“如果在各个区域都能明显地标记上尸检时能够辨认的记号，我们就能准确地看出大脑皮层这些区域的数目的多少、体积的大小，也就能准确地了解它是怎样与其他区域联系的。这样，我们就能大大地前进一步。”谈到这里，似乎已经很清楚了，我们可以把神经系统划分为体积大小相同的单元。对于我们的探索来说很重要的问题，就是通过不同神经单元的面貌和部位，自然界为其珍贵的过程与功能的特征提供了重要的线索。
整体层次。在考虑较大范围大脑的皮层区域时，我们已经转移到大脑分析的整体层次上来了，这是能够通过肉眼进行观察的皮层区域。分子层次的研究主要依靠对单个细胞的观察和记录，需要使用强大的高倍显微镜。而关于智能的重要信息，则来自对脑损伤患者的临床治疗。
由于患中风、脑外伤等疾病，或者因其他事件的原因，人的大脑可能会受到很大但仍局限在局部区域的损伤。大脑额叶也许完全或部分（单侧）受到破坏，也许颞叶或颞顶连接处受到损伤。这些损伤的结果可用放射法（大脑CAT扫描（CAT scans）观察得到，当然，还可以在人死后做极精细的尸检。这正是科学奇迹出现的地方：我们似乎可以把大脑组织所失去的相当大小的一部分有时是具有明显分界面的部分，有时是分散在大脑各个区域之间的部分，与特定的行为和认知障碍联系起来。
下面这个发现引发了人们极大的兴奋：大脑的两个半球所具有的功能是不同的。大脑的每个半球控制着身体另外一半的运动和感觉能力。大脑的一侧显然起着主导作用，这种作用确定了人是习惯于用右手（左脑起主导作用），还是习惯于用左手（右脑起主导作用）。对我们来说，比大脑两半球在控制身体机械运动时有分工更具说服力的是，目前已毫无疑问地证明，对于大多数习惯于使用右手的正常人来说，大脑的左半球主导语言功能，而大脑的右半球则主导（虽然程度并不相同）视觉–空间功能。
以上这些是所有追踪生物科学发展的人都了解的知识。但认知功能的特异性与人类大脑皮层更精细区域之间的更精准联系，还未引起人们普遍的重视。这种情况在语言功能上已经得到了最好的证明。我们发现，额叶的损伤，特别是被称作布罗卡区域的损伤，会导致在输出符合语法的言语方面出现选择性困难，而理解能力则相对保持不变。相反，颞叶的韦尼克（Wernicke）区域受损之后，人虽然在语言理解方面存在明显的困难，但仍然能够运用一定的语法变化，进行相对流利的谈话。其他更具体的语言障碍最终都与大脑的特定区域相关，包括在复述、命名、阅读与写作方面的选择性困难。
现在已经很清楚了，在正常的成年人身上，不同的认知和智力功能与大脑的特定区域相关。在许多情况下，大脑的这些区域从形态学上看是截然不同的。戴维·休伯尔倾向于这一观点，并提供了有力的证据：
我们被导向这样的期待：中枢神经系统的各个区域，都有自己特殊的、需要不同答案的问题。在视觉方面，我们关注的是轮廓、方向和深度；而另一方面，对于听觉系统来说，我们则可以预料到将会面对一系列问题，涉及不同频率的声音的短暂相互作用。因此，很难想象，相同的神经系统要处理所有这些现象……对于大脑操作的主要机理，我们是不可能得出一个统一答案的。
在探索人类认知的背景下，许多原来提出过的争论现在又重新出现了。比如说，大脑左半球已经被“委任”为支配语言的器官，然而，即使大脑的左半球在生命的早期不得不切除，许多人也照样拥有相对正常的语言功能。当然，去掉大脑左半球的患者，在语言表达方面会受到一定影响，但这种影响要用很微妙的测试方法才能观察得到。换言之，在语言功能的获得方面，可塑性是很明显的。不过这种灵活性到青春期以后，就逐渐减退了。一名40岁以上男人的大脑左半球即使受到点状的损伤，都有可能长期患上严重的失语症。
大脑中的语言区域，也许是经过了较长时间以后，才形成同时服务于语言听和说的区域。因此如果一个人的耳朵聋了，这些区域也不会废弃不用。确实，一般原来操控语言的那些区域，在耳聋之后还能以不同的有用方式调动起来，以获取手语能力或其他代用沟通系统的能力。例如，从未生活在“手语”环境家庭里的丧失听力的儿童，能够完全依靠自己的力量或与其他聋儿合作发明出自己的手语来。语言学家经过仔细分析之后发现，这种自发设计出来的手语和听力正常儿童的自然语言有着明显的相似性，比如在使用由两个单词构成的语言表达方式上就是如此。所以说，似乎限渠道化不仅仅存在于某些大脑区域的使用方面，也存在于交流系统所发展出来的功能路线中。最终，如果一个人在青春期之前，由于受到过严重伤害而丧失语言能力，那么只要有了学习语言的机会，他在语言的某些方面还是会取得进展。然而，在科学家仔细研究过的一个病例中，这种语言上的进步显然是通过开发右脑区域而得到的。相当可能的是，因为调动大脑左半球结构的关键期已过，所以这个人语言上表现出的最大缺陷在于由左脑操控的语法等方面。
从大脑组织出发的观点
我们在其他较为高级的认知功能方面，并没有像在语言方面了解得那么多，也没有那么清楚；但对于其他较为高级的心理功能来说，具有决定性作用的皮层组织是存在的。这些心理功能也可能按照可以预期的路线出现障碍。本书后面章节的主要任务，就是为其他的人类智能找出证据。在这方面，我们有必要首先回顾一下关于智能和大脑组织之间联系的一些相互矛盾的观点，回顾将人类的认知过程和特定信息处理能力（这些过程和能力是由神经的柱状组织或神经的不同区域所代表的）联系起来所做过的某些工作。
对于智能与大脑之间的关系所进行的讨论，反映了对于大脑一般性组织的主流科学观点。当功能定位论者（localizationist）观点占据统治地位的时候，人们相信，大脑的不同部位支配着不同的认知功能。有时讨论集中在“横向”能力上，认为知觉处在一个区域，记忆在另一个区域。然而在更多的时候，讨论集中在特定的“纵向”内容上，认为视觉信息处理在枕叶进行，语言信息处理在左侧的颞叶和额叶区域进行。在科学发展的另一些时代，大脑一直被认为是一个通用的信息加工装置，是一种“潜力等势”(73)的器官；在大脑内部，神经系统的任何部位都能够执行功能和展现技能。在这些时代，人们倾向于把智能看成是一种刺猬式的单一能力，是一种与可用大脑组织的总质量相联系的能力。
50年前，似乎整体论者或“潜力等势”论者占据上风。神经心理学家卡尔·拉什利(74)在一部有影响的著作中提出，决定一个生物体（如老鼠）能否从事一项活动的，是完好大脑组织的总量，而不是它的特定部位。拉什利证明，我们几乎可以从老鼠大脑中的任何区域切除一部分，而这个老鼠仍然能够走出迷宫。虽然这一发现似乎敲响了功能定位派观点的丧钟，但后来人们审查了这一研究之后，发现它有一个根本的缺陷。因为老鼠在走出迷宫时，依靠了来自几个感觉区域大量多余的提示。所以究竟是大脑的哪些部分被切除，实际上并没有什么区别，只要某些部分留下来就行。一旦研究者开始考虑使用特定的提示，并去掉多余的提示时，那么连局域性的损伤都会造成对行为的影响。
在对人类认知过程的研究中，也能观察到同样的倾向。半个世纪以前，是整体论者或通用论者的鼎盛时期，代表人物有亨利·黑德（Henry Head）和库尔特·戈尔德施泰因（Kurt Goldstein）。那时候，智能被认为与完好大脑组织的总量相联系，而与大脑组织的特定部位没有关系。的确，即使在大脑严重受损之后，人类的很多智力活动仍能完成。但同样，一旦更仔细地审查一下这些活动，就能看出它对某个关键大脑区域的依赖。最近有些研究表明，脑部后顶叶区域，尤其是左半球的后顶叶区域，在解决那种被认为是测量“原始”智能的测验，如瑞文标准推理测验中的问题时，特别重要。即便在智力测验的有害氛围中，神经系统似乎也不是潜力等势的。
因此，我们发现在大脑定位的问题上，人们基本上取得了新的共识。大脑可以分为特定的区域，某个区域对完成某些任务来说相对重要一些，而对完成其他任务来说则相对不那么重要。无论如何，并非全都重要，也并非全不重要，但确定无疑的是存在重要性的梯度。同样，也没有什么任务的完成是完全依赖于大脑某个区域的。相反，如果研究一些相当复杂的任务的完成过程，将会发现多个大脑的区域介入其中，而且每个区域都有自己独特的作用。例如，在徒手绘画的时候，大脑特定的左半球结构在描绘画面的细节方面，被证明是至关重要的；而大脑右半球结构在掌握所描绘物体的整体轮廓方面，则有着同等的必要性。大脑任何一个半球受到损伤都会产生一些影响，但我们只有了解大脑受损的部位，才能估计到产生影响的种类。
尽管大多数神经心理学的研究人员都会认为，以上对大脑组织的描述是有道理的，但还需要扩大这一观点在美国认知心理学界的影响。欧洲的认知科学家较为广泛地接受了神经心理学，也许这是因为那里有较多接受过医学训练的科研人员参与到认知心理学的研究之中。的确，正如我们以前所了解的，大多数认知领域的研究人员还没有将大脑组织方面的证据与他们所关注的问题联系起来，或者说，还没有认识到，神经过程应与认知描述相一致，而不是认知描述应与神经过程一致。用行话来说，“硬件”被认为与“软件”无关，“湿”准备（“wet” preparation）被认为与“干”行为（“dry” behavior）无关。在美国认知心理学界，我们所面对的是一种长期坚信不疑的观点，即相信有一种极为通用的解决问题的能力存在，这种能力跨越任何内容形式，并且很可能能够被神经系统的任何部位所促动。即便定位论被证明是对神经系统最精确的描述，仍然有人认为可能会存在相当通用的问题解决机制，与知觉、记忆、学习同在的重要“横向”结构以及类似的跨越不同内容的东西。因此，心理学家们似乎早该认真考虑一下以下的可能性：上述对神经系统所做出的整体层面以及分子层面的分析，对于认知过程来说，可能具有明确的意义。
哲学家杰里·福多尔、生理心理学家保罗·罗金（Paul Rozin）、神经心理学家迈克尔·加扎尼加（Michael Gazzaniga）以及认知心理学家艾伦·奥尔波特（Alan Allport）都从各自不同的专业视角，介入了认知理论的研究。他们都认为，人的认知过程包含着多个“专用”的“认知装置”（cognitive device），并推测这些装置依赖于神经的“硬连线”（hard wiring）。我将在本书的第11章里介绍他们报告中各自不同的侧重点。但现在为了本章的需要，我将他们的共同观点表述如下：
在进化的过程中，人类逐渐拥有了一系列专用的信息处理装置，常被称作“运算机制”（computational mecha-nism）。这些机制中有些是我们与动物所共有的，如面部识别，而其他的则是人类所特有的，如句法分析。有些机制完全是分子层次的，如线路监测，而其他的又是更为整体层次的，如对随意行为的控制。
这些机制从两种意义上可以被认为是自主的。第一，各机制都按其自身法则行事，不“受制”于任何其他模块；第二，信息处理装置无须任何指导便可工作，只要它们面对需要进行分析的某种信息形式。事实上，它们的运作并不受有意识运用支配，所以就难以乃至不可能对其进行阻挠。这些装置可能仅仅简单地受到环境中的某种事件或信息的影响，就能被“激发”进入工作状态。用行话来说，它们是“认知上难以渗透的”（cognitively impenetrate）或“被封装的”（encapsulated）。同样可能的是，有些装置也许会易于被有意识运用或自愿利用。实际上，意识到自己信息处理系统运作的潜能，也许是人类独特的和难得的特征。然而，通向“认知无意识”（cognitive unconscious）并非总是可能的，即使对这种运作有所察觉，也不足以影响系统的设定。（思考一下当人明明知道自己在看或在听某种幻象，而又仍不能真实地感知到该刺激的情形。）
虽然在持所谓模块化观点的大多数代表人物中间，同样也存在着不同的看法；但对于是否存在一个决定调用何种运作方式去解决问题的中心信息处理机制，他们一致表示怀疑。小矮人的说法（Homunculi(75)）并不是普遍为人所接受的。对存在通用工作记忆（general working memory）的观点，人们并没有给予太多支持；对存在可被不同专用运算机制同等使用（或借用）的储存空间的观点，人们也没有表示出多少赞同。相反，生物学的大脑功能定位论，却为人们所相信。这种观点认为，每个智能的机制依靠自己的力量，通过自己的特殊知觉能力和记忆能力，就可以将任务完成得很好，没有什么理由（或没有什么必要）从另一个模块去借用空间。在整个进化过程中，系统之间或者系统组合之间完全可能存在着借用的现象。许多（如果不是大多数的话）智能的机制在完成复杂的任务时，也都习惯于联合运作。但在任何历史的瞬间，人们都能详述每个运算机制过程的所有细节。或者，如果你愿意的话，还能详细指出智能的每种形式。
读者读完上述几页之后，发现我对关于智能的“模块化”立场持赞成态度，就不会感到惊讶了。依我看来，心理学家发现不同符号系统的威力，神经科学家发现人类神经系统的组织，这些都证明一个相同的关于人类心理活动的图景，即智能是由许多相当独特又相当独立的信息处理机制构成的。共同的特质与共同的区域是完全可能存在的，但它们肯定不是心理的全部内容，甚至不是最重要的（也不是与教育有关的）部分。
如何将以上模块化分析法运用到我们介绍过的可塑性与早期经验的普遍原则中去，还是尚待完成的任务。无论讨论哪一种信息处理机制，可塑性的法则都很可能适用于神经系统，并能受到诱发。这样一种结果本身并不会为此处提出的观点造成困难。每一种智能有自己的可塑性形式，有自己的关键期，这两种情况的可能性似乎要大得多。这些都不一定发生在同一时刻，不一定发生在相同的时间间隔之内，也不一定付出同样的代价，带来同样利益。当然，如果我们采信“发育差时”（heterochrony）的理论，不同的神经系统就可能是以不同的速度，通过不同的途径发展的。至于速度的快慢和具体的途径，则取决于灵长类动物的进化阶段。在这个阶段内，神经系统开始发挥功能并按照它们所服务的目的进化。
神经系统表现出来的普遍法则
在对神经生物学进行了以上艰难而匆匆地涉猎之后，关于人类神经系统的问题，我们又得出了什么结论呢？最终成长的计划当然存在于基因组之中。即使提供相当自由的空间或者压力巨大的环境，发展也仍然可能沿着事先限定好的路线进行。如果人类没有拥有一种安全可能性，不能以相对类似的方式说话、感知及记住若干信息的形式，我们就不可能作为一个物种生存了数千年。当然，在神经系统中也存在着明显的可塑性，早期的生长阶段更是如此。随着可塑性的萌发和减少，神经系统完全可能存在着极大的恢复能力和适应能力，这同样也有助于我们这个物种的生存。然而，即使在可塑性允许的范围内，神经系统改变路线进行发展，并不一定总是好事。新设计出来的联结可能会恰当地去执行某种过程，但执行其他的过程就会感到困难，甚至还会产生有害的长期后果。经过我们的分析可以知道，神经系统表现出来的普遍法则，就是程序性、特异性以及由于损伤形成的相当大的早期灵活性。当我们思考人类面对的各种各样智力上的挑战和完全不同的符号系统的进步是多么正常的事情时，我们就有理由期待这些相同法则的运用。
我们从近来神经病学的研究中发现越来越多的证据，可以说明神经系统中功能单元的存在。在感觉区域或者额叶区域的单个柱状组织里，存在着能够支配微观能力的单元。另外，那里还有大得多的能够观察到的脑组织，它们服务于更复杂、更整体性的功能，如语言的或空间处理的功能。这些证据表明，专门智能是有生物学基础的。然而同时我们也看出，即使是那些研究神经系统最深入的学者们，关于那些模块对各种科学或实践目的的有用程度，也持有不同看法。显然，大自然在“同一性”或“认知种类”的问题上，不可能给我们一个完整的答案，以奖赏我们在神经这个独特系统内所做出的不带偏见的研究工作。
然而，基于神经生物学的发现，再从整体角度与分子角度进行研究之后，我们在人类智能可能存在的“自然种类”方面获得了令人鼓舞的启示。我们不可能（虽然我们希望）将文化的因素与智能彻底分离，因为文化影响着每一个人除非出现反常现象，因此必然会从一开始就影响人类智力潜能的进化。文化的普遍介入同时为我们的分析创造了有利的条件。文化使我们得以从各种不同的视角出发，研究智能的发展与实现问题，如社会所重视的角色，人对掌握某种专门技能的追求，发现个体表现出杰出天赋、学习延迟或学习障碍的特定领域，以及这种我们在教学环境中期待的技能转换。
所以，本书的任务就是，通过精心挑选出来的认知的、文化的和生物学的不同窗口，给读者以启示；把智能的家族放到一起来审视，看看哪些家族最有意义。而其余的工作就是，更明确地阐明在以上跨学科研究中运用的智能判据。
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