尼采简直要绝望了。他在孩提时代就体弱多病，20多岁时在普鲁士军队的骑兵炮部队服役，因为从马上摔下来而受伤，此后身体一直没能完全康复。1879年，他的健康状况不断恶化，并被迫辞去巴塞尔大学哲学教授一职。在他34岁的时候，尼采开始环游欧洲，希望以此缓解疾病给他带来的痛苦。到了秋天天气变凉的时候，他会来到南方地中海的海滨，等到来年春天，又会回到北方瑞士的阿尔卑斯山，或者到位于莱比锡附近的母亲家里。1881年下半年，他在意大利港口城市热那亚租下了一间阁楼。尼采的视力越来越差，持续的看书写字成了一件让他精疲力竭、痛苦不堪的差事，更要命的是还会经常遭受头痛和呕吐的折磨。他被迫减少写作，并且担心很快就不得不完全放弃。
在无计可施的情况下，尼采订购了一台打字机，是丹麦制造的球形打字机。1882年年初，打字机送达尼采的租住地。这种打字机是此前几年由哥本哈根皇家聋哑学院校长马林汉森发明的，那是一台古怪而漂亮的机器，看上去就像一个色彩绚丽的针垫。包括大小写形式的52个字母、10个数字，还有标点符号，围绕着同一个中心在球面上凸起，按键的排列经过科学设计，以实现打字效率最大化。在按键的正下方是一个金属制成的曲面盘，上面放着打字纸。利用设计精巧的传动装置，金属盘就像钟表的齿轮一样，每按键一次，它就会向前移动一下。一个人经过充分的练习，每分钟用这种打字机打出的字符可以多达800个，从而使之成为有史以来速度最快的打字机。
球形打字机挽救了尼采，起码一度是这样。学会打字以后，他就可以闭着眼睛用指尖敲击键盘写作了。文字又可以重新从他的头脑中传递到纸上了。马林汉森的发明让尼采极为受用，因此他赋诗一首献给打字机：
这个球形打字机像我一样：由钢铁制成，
但在旅途中容易损坏。
使用我们的时候，要有极大的耐心和足够的机智，
还有灵巧的手指。
是年3月，柏林的报纸报道说，尼采“感觉比以往任何时候都好”，由于有了打字机，他“恢复了写作”。
不过，这台设备对尼采的作品产生了微妙的影响。作家兼作曲家海因里希·科泽利茨是尼采的挚友，他注意到尼采的写作风格发生了变化。尼采的散文变得更加严谨，更加简洁。关于这一点，还有一个颇具说服力的新证据：这台机器的力量——它那“源自钢铁质地的坚硬”——仿佛正在通过某种神秘莫测的超自然机制转换成打印在纸上的词句。科泽利茨在给尼采的一封信中写道：“通过这台机器，你甚至可能会喜欢上新成语。”他还现身说法，以自己的作品为例指出，“我在音乐和语言方面的‘思考’经常会取决于纸和笔的品质”。
尼采在回信中说：“你是对的。我们所用的写作工具参与了我们思想的形成过程。”
正当尼采在热那亚学习使用他的球形打字机的时候，在东北方向离他800公里的地方，一个名叫弗洛伊德的年轻的医学院学生正在维也纳的实验室里从事神经生理学研究。他的专业方向是鱼类和甲壳类动物神经系统解剖。通过实验，弗洛伊德猜想，人的大脑也像人体其他器官一样，是由许许多多彼此分离的细胞组成的。弗洛伊德后来扩展了自己的理论，进一步提出，细胞间的缝隙——他为此用了个术语叫“接触屏障”——在控制大脑功能、形成记忆和思想方面发挥着实质性的作用。他的结论在当时被排斥在主流科学观点之外。绝大部分医生和研究人员认为，大脑不是由细胞构成的，而是由单一、连续的神经纤维结构组成。即使在同意弗洛伊德的观点、认为大脑是由细胞组成的那些人中，也几乎没有人关注细胞之间的间隔会起什么作用。
因为忙于结婚成家，而且需要实实在在地增加收入，弗洛伊德很快放弃了研究员的工作，转而以心理分析学者的身份从事私人诊疗执业活动。不过，后来的研究证实了弗洛伊德年轻时的猜想。凭借放大效果更好的显微镜，科学家确认了离散神经细胞的存在。他们还发现，那些细胞，即我们的神经元，与其他人体细胞既有相同之处又有不同之处。神经元有一个中心内核，称为细胞体，负责执行所有细胞共同具有的功能。不过，神经元还有两种触须状的附属物——轴突和树突，它们负责发送和接受电脉冲。神经元被激活时，一个脉冲流会从细胞体传到轴突末梢，在那里触发化学物质的释放，这种物质称为神经递质。神经递质流过弗洛伊德所说的接触屏障——我们现在叫它突触，并附着在相邻神经元的树突上，在那个细胞上触发一个新的电脉冲。正是通过神经递质在突触之间的流动，不同的神经元之间才得以相互沟通，从而引导电信号沿着细胞之间复杂的通路向前传输。思想，记忆，情感，所有这些全都来自神经元之间发生的电化学性质的交互作用，居中调节的正是突触。
在整个20世纪期间，神经学家和心理学家对大脑惊人的复杂性表现出更充分的重视。他们发现，在人脑内部大约有1000亿个神经元，这些神经元形状各异，长度不等，从十分之几毫米到几十厘米长的都有。一个典型的神经元具有很多个树突（尽管只有一个轴突），而树突和轴突可能有多个分支及终端。一般的神经元大约有1000个突触连接，有些神经元的突触连接数量是这个数字的上百倍。在我们大脑内部，数千万亿个突触把神经元连接在一起，以我们迄今尚未探明的方式，形成一个密集的线路网，由此决定我们的思考内容、感觉方式和身份特征。
20世纪，就在有关人脑物理工作方式的研究不断取得进展的同时，一个陈旧的假设依旧岿然不动，大部分生物学家和神经学家一如几百年来的样子，仍然认为成人大脑的结构永远不会变化。在孩童时期，我们的神经元会连接到神经回路上，那个时候大脑具有可塑性。而到成年之后，神经回路就会固定不变。根据这一流行观点的说法，人脑有点像混凝土结构。年轻时浇铸成型之后，迅速凝固硬化为最终形式。一旦超过20岁，就不会有新的神经元产生，也不会有新的神经回路形成。当然，终其一生我们都会持续存储新记忆（也会丢失一些旧的），不过，随着机体的老化和神经细胞的消亡，成年时期人脑发生的唯一结构变化就是缓慢的衰退。
尽管成人大脑永恒不变这一观点的影响既广且深，不过还是有几个持不同意见者。通过观察人脑成长的过程，几个生物学家和神经学家发现，即便是成人的大脑也是可延展的，或者说也具有“可塑性”。他们认为，在人的一生当中，新的神经回路可以不断形成，旧的回路则可能会强化，也可能会弱化，甚至会彻底萎缩。1950年，英国生物学家J·Z·杨在英国广播公司的系列广播讲座中提出，人脑实际上可能处于一种持续的流动状态，可以自动适应所要执行的任何任务。他说：“有证据表明，我们的大脑细胞确实是用进废退①。因此，所有行为都会在神经组织上留下永久印记。”
杨不是最早提出这种意见的人。在此之前70年，美国心理学家威廉·詹姆斯（WilliamJames）已经描述了有关人脑可塑性的类似观点。他在其里程碑式的著作《心理学原理》（Principles of Psychology）一书中写道：“神经组织看起来被赋予了极强的可塑性。”正如对体内其他化合物的作用一样，“随着时间的推移，不管是外力还是内力，都能让那种结构变得跟以前有所不同”。詹姆斯在此前一篇有关习惯行为的生物学影响的文章中，满怀赞许地引用了法国科学家莱昂·迪蒙曾经打过的一个比方，用水在地上的流淌来说明经验对大脑产生的影响：“水流经过的地方，会自行冲出一条不断加宽、加深的沟渠。以后再有水流的时候，水会自然沿着以前的轨迹流淌。大脑内部也是这样，外部事物在神经系统中留下的印迹会为自己塑造出越来越合适的路径。在类似的外部刺激作用下，这些极其重要的通路即使曾经中断过，此时也会重现。”弗洛伊德最终也站在了反对主流意见的立场上。在他写于1895年但从未发表的手稿中，有一个“科学心理学计划”。他在其中主张，人脑尤其是神经元之间的接触屏障会因为人的经验而改变。
这样的猜想受到当时绝大多数脑科学家和内科医生的排斥，经常被他们嗤之以鼻。人脑的可塑性随着童年时代的结束而消失，“性命攸关的路径”一旦确定就不会加宽或变窄，更不用说改变路线了，他们一直对这样的观点深信不疑。这些人和西班牙大名鼎鼎的内科医生、神经解剖学家、诺贝尔奖得主卡哈站在一边。1913年，卡哈以不容置疑的语气宣称：“在成人大脑中枢，神经路径是固定不变的。”年轻时，卡哈本人曾经表达过对正统观点的质疑。1894年，他提出：“在一定的限度内，思考器官具有可塑性，通过精心指导的精神训练，是可以不断改进的。”但是，到最后他接受了传统观点，并成了这种观点最雄辩、最权威的捍卫者。
把成人大脑看做一成不变的物理器官，这样的观念脱胎并依附于“工业时代”的一个隐喻，那就是把人脑比喻成一个设计精巧的机械装置。神经系统就像蒸汽机或发电机一样，由许多零件组成，每个零件都有其专门的既定目标，每个目标都以其不可或缺的方式为设备整体的顺利运行作出贡献。这些零件在形态和功能上都不会改变，因为如果零件改变，立刻就会导致机器崩溃。在处理感官输入、指引肌肉运动、形成记忆和思想方面，大脑的不同区域，甚至单独的神经回路，都扮演着固定的角色。这些角色在儿童时代确立，此后不会因为受到影响而改变。对人脑而言，正如英国诗人华兹华斯所说，儿童的确是成人之父。
有关人脑的机械观念，既反映又反驳了笛卡尔在其1641年出版的《沉思集》（Meditations）中提出的著名的二元论。笛卡尔主张，大脑和思想存在于两个分离的半球：一个是物质的，一个是精神的。物理上的大脑跟人体其他部分一样，是一个类似于钟表和水泵的纯机械装置，大脑通过零部件的活动来运作。但是，笛卡尔又认为，大脑的工作方式无法解释思想意识的运行机制。思想本来就存在于空间之外，不受物质法则约束。思想和大脑可以（通过笛卡尔所说的松果体做出的某些神秘行为）相互影响，不过二者在实质上是彻底分离的。在那个科学迅猛发展、社会急剧变化的时代，笛卡尔的二元论应运而生，发挥了安慰作用。现实有物质的一面，这属于科学的领域；现实也有精神的一面，这属于神学的范畴。二者永远不会相遇。
随着推理变成启蒙运动的新信仰，那种认为虚无的思想超出实验观察范围的观念似乎越来越不足为信了。就在科学家接受笛卡尔把大脑视为机器这一思想的同时，他们拒绝了二元论中关于“精神”的那一半。思想、记忆和情感不是精神世界的散发物，而是被看成大脑物理运行所预先确定的逻辑输出。意识是大脑运行的副产品。一位卓越的神经生理学家最终宣告：“精神一词可以休矣。”到了20世纪中叶，数字计算机——一种“会思考的机器”——出现之后，大脑是机器的隐喻出现延伸，而且更趋强化。这个时候，科学家和哲学家开始提到，我们的大脑回路，甚至还有我们的行为举止，就像电脑芯片中蚀刻在硅基质上的微观电路一样，都是“硬布线的”。
按照从事调查研究的精神病理学家诺尔曼·道伊奇（NormanDoidge）的说法，随着成人大脑不会改变的观点日益强化，并逐渐成为教条，后来就转变成了一种“神经学上的虚无主义”。道伊奇解释说，因为这种观点“造成了一种感觉，认为针对很多大脑问题的治疗是无效的，或者是没有根据的”，从而让患有精神疾病或者大脑受过损伤的人对治疗不抱什么希望，更不用说指望康复了。而且，由于这种观点“渗透到我们的文化当中”，最终“阻碍我们形成对人类天性的全面认识。既然人脑不能改变，那么由此而来的天性自然也是固定不变的了”。没有再生，只有衰退。我们只能受困于大脑细胞形成的冰冷混凝土结构当中——起码是受困于流行学说的冰冷混凝土结构中。
那是在1968年，我刚满9岁，还是一个在自家附近的小树林中到处乱跑的小孩。马歇尔·麦克卢汉和诺曼·梅勒（NormanMailer）在黄金时段的电视节目中辩论。针对梅勒所描述的“人类加速进入超级科技世界”的问题，他们对由此产生的智力内涵和道德内涵争论不休。《2001太空漫游》完成首轮上映，留下了或迷茫困惑，或沉思遐想，或心生烦恼的观众。而在威斯康星大学麦迪逊分校一个安静的实验室里，迈克尔·梅尔则尼奇（MichaelMerzenich）正在猴子的头骨上打孔。
时年26岁的梅尔则尼奇刚从霍普金斯大学取得博士学位，他的导师是神经学先驱科学家弗农·蒙特卡塞尔（VernonMountcastle）。梅尔则尼奇来到威斯康星，从事脑谱图方面的博士后研究。人体每个区域在大脑皮层中都有相应的代表，人们掌握这一知识已经有些年头了。皮肤上的某些神经细胞受到刺激时，比如受到触摸或挤压时，它们会通过脊髓向大脑皮层里的特定神经元簇发出一个电脉冲，大脑皮层随之把触摸或挤压转换成一种有意识的知觉。20世纪30年代，加拿大神经外科医生怀尔德·彭菲尔德（WilderPen?eld）曾经利用电探针画出第一张人脑知觉映射图。虽然彭菲尔德的工作在当时具有开创性意义，但他的探针很粗糙，画出的映射图不够精确。梅尔则尼奇使用的新式探针是像头发丝那么细的微电极，他希望借此画出精细得多的脑谱图，从而为洞悉大脑结构提供新手段。
梅尔则尼奇首先从猴子头骨上移走一小片，露出一小部分猴脑，然后把一个微电极插入猴子大脑皮层中的某个区域，这个区域负责记录来自一只猴手的感觉信号。他开始轻叩猴子手上的不同部位，直至电极末端旁边的神经元发出信号。在接下来的几天里，经过数千次反复插入电极之后，梅尔则尼奇最终绘制出一张“精细脑谱图”，该图具体到神经细胞个体每一分钟的情况，可以反映猴子大脑处理手部感觉的过程。他又用另外5只猴子重复了上述实验。
梅尔则尼奇的实验继续推进到第二阶段。他用手术刀在猴子的手上切开一个口子，割断了感觉神经。他想搞清楚，当外围神经系统受到损坏，然后又被治愈时，大脑会作出怎样的反应。他的发现让自己大吃一惊。猴子手上的神经以杂乱无章的方式重新长了出来，不仅如此，猴子的大脑也出现了感觉混乱。譬如，梅尔则尼奇触摸猴子手上的一个手指关节时，大脑告诉猴子这个感觉来自手指尖。信号混乱了，脑谱图搅乱了。但是过了几个月，当梅尔则尼奇进行同样的感觉实验时，他发现知觉混乱消失得一干二净。猴子大脑告诉猴子的信息与它们手上实际发生的情况完全吻合。梅尔则尼奇认识到，大脑已经完成了自我重组，猴子的神经路径已经自行编织成一张新地图，这张新地图与猴子手上新的神经排列相一致。
起初，梅尔则尼奇无法相信自己看到的结果。就像其他所有神经学家一样，他所接受的也是成人大脑结构固定不变的理论。然而，他在实验室里刚刚看到的却是6只猴子在细胞水平上经历了迅速而又广泛的结构重组。梅尔则尼奇后来回忆道：“我知道那是令人震惊的重组，不过我无法解释这个现象。回顾当时的情形，我认识到自己已经看到了神经可塑性的证据。不过，我当时并不知道。我根本就不知道自己看到的是什么。此外，在主流神经学界，没有人会相信神经可塑性如此之强。”
梅尔则尼奇在一份学术期刊上发表了他的实验结果，没有人予以太多关注。但是他知道自己的工作有意义。此后30年间，他在另外很多猴子身上进行了很多次实验，所有实验都表明成年灵长类动物大脑具有广泛的可塑性。在1983年发表的一篇论文中，梅尔则尼奇断然宣称：“这些结果与认为感觉系统是由一系列硬布线的机器组成的观点截然相反。”梅尔则尼奇的工作起初不被承认，后来终于引起了神经学界的认真关注。在我们的大脑如何工作这个问题上，他的结论最终引发了人们对流行理论大规模的重新评估。研究人员重新审视了自从詹姆斯和弗洛伊德那个时代以来的一连串科学实验的结果，发现了大量关于大脑可塑性的例证。在被长期忽视之后，这些古老的研究现在得到了认真对待。
随着脑科学的持续进步，大脑可塑性的证据不断加强。神经学家利用灵敏的新式大脑扫描设备以及微电极和其他探针，不仅在实验室里的动物身上，而且也在人身上做了更多实验。所有这些实验都验证了梅尔则尼奇的发现。而且还揭示出了更多的东西：大脑可塑性并不限于大脑皮层中掌管触觉的躯体感觉区域。可塑性是普遍存在的，我们所有的神经回路，不管涉及的是触觉、视觉、听觉、移动、思考、学习、理解，还是记忆，实质上都得服从变化的规律。以往被普遍接受的理论遭到了抛弃。
事实证明，成人大脑不仅是可塑的，而且正如乔治·梅森大学克拉斯诺高级研究所神经学教授詹姆斯·奥尔兹（JamesOlds）所说，是“非常可塑的”。或者用梅尔则尼奇的话说，是“相当可塑的”。随着我们日渐变老，大脑可塑性会不断衰退——大脑会以自己的方式拼命干活，但永远不会消失。我们的神经元一直都在不停地打断旧连接，形成新连接，而崭新的神经细胞不断地被创造出来。奥尔兹评论说：“大脑具有在百忙当中自行重写程序、改变运行方式的能力。”
然而，对于大脑是怎样自行重新编程这个问题，我们还没有了解所有的细节。不过，有一点是明确的：正如弗洛伊德所主张的那样，秘密主要隐藏在神经突触当中丰富的化学汁液里。在我们神经元之间的微小间隔中发生的行为极其复杂，不过简单说来就是，其中涉及各种各样的化学反应，这些化学反应记录着神经通路的体验。每当我们执行任务或者体验感觉的时候，不管是肉体性的还是精神性的，大脑当中都会有一批神经元被激活。如果彼此临近，这些神经元就会通过交换突触之间类似于氨基酸的神经递质而结合到一起。随着同一种体验的不断重复，通过生理变化和解剖变化，神经元之间的突触连接会变得越发强壮、越发丰富。诸如高浓度神经递质的释放就是生理变化，而新神经元的生成或者既有轴突和树突上突触终端的增长就是解剖变化。突触连接也会随着相应的体验而弱化，这也是生理变化和解剖变化的结果。在生命过程中，不管我们学会了什么，都会体现在大脑内部不停变化的细胞连接上。连接成串的神经元形成了我们头脑当中真正的“关键路径”。今天，科学家们用一句被称为赫布法则的名言来总结神经可塑性的本质：“一起发射信号的细胞会连接到一起。”
关于突触连接如何变化，一个最简单但也最有力的实证来自生物学家埃里克·坎德尔（EricKandel）于20世纪70年代初在一种大型海参身上所做的系列实验。（海洋生物是神经学实验的极好对象，因为它们通常有简单的神经系统和巨大的神经细胞。）坎德尔的这项工作日后为他赢得了诺贝尔奖。当时他发现，如果触摸海参的鳃，即使用力非常轻，它的鳃也会反射性地马上缩回去。但是，如果在不给海参带来任何伤害的情况下反复触摸它的鳃，鳃的收缩本能就会消失。海参会对触摸习以为常，忽略了触摸。坎德尔通过监测海参的神经系统发现，“与这种习得的行为变化相伴而生的”是负责“感觉触摸动作的触觉神经元和负责告知海参作出反应的运动神经元之间突触连接的逐渐弱化”。正常情况下，海参大约有90%的触觉神经元连接着运动神经元。但在海参鳃刚刚被反复触摸40次之后，只有10%的触觉神经元还保持着与运动神经元的连接。坎德尔写道，这项研究“显著地表明，只需经过相对较少的训练，神经突触的强度就可以发生巨大而持久的变化”。
我们的神经突触具有可塑性，这就使得几个世纪以来关于大脑思维的两种相互对立的哲学思想达到了协调统一：经验主义和理性主义。在约翰·洛克（JohnLocke）这样的经验主义者看来，大脑生来就是一张白纸，我们的知识完全来自生命过程中的体验。用大家更熟悉的话说就是，我们是教养的产物，而非天性的产物。在康德这样的理性主义者看来，我们生来就内置了如何认识世界、理解世界的思想“模板”，我们所有的体验都要通过这些与生俱来的模板加以过滤，起决定作用的是天性。
正如坎德尔撰写的报告所说，海参实验显示“这两种观点都有可取之处，事实上二者互为补充”。我们的遗传基因“指定”了很多“神经元之间的连接，亦即哪些神经元和哪些别的神经元在什么时候形成突触连接”。那些由遗传决定的突触连接形成了康德所说的先天模板，这是大脑的基本体系结构。不过，我们的经验可以调整连接的力度或“长期效力”。正如洛克所说，这样的调整使思想和“新的行为模式表达”的重塑得以进行。经验主义者和理性主义者所持的两种相互对立的哲学思想在神经突触这一问题上找到了共同点。纽约大学神经学家约瑟夫·勒杜克斯（JosephLeDoux）在其著作《通过突触看自己》（Synaptic Self）中解释说，天性和教养“实际上志同道合，二者都是通过形成大脑当中的突触组织，最终达到它们的精神效果和行为效果”。
大脑不是我们过去一度认为的机器。尽管大脑不同区域和不同的心智功能相联系，但是细胞成分不会形成永久性结构，不会扮演确定不移的角色。细胞是灵活可变的，它们随经验、环境和需要的改变而改变。为了应对神经系统的损伤，大脑会发生某些广泛的显著变化。譬如，实验表明，如果一个人因故致盲，大脑当中专门处理视觉刺激的部分，即视觉皮层，并不会萎缩。这部分区域很快就会被用于听觉处理的线路接管。假如这个人去学习盲文，视觉皮层又会重新部署，用以处理通过触觉发送过来的信息。麻省理工学院麦戈文脑研究所的南希·坎维舍（NancyKanwisher）解释说：“看起来神经元‘乐意’接收输入，在其惯常输入消失的时候，它们就开始作出反应，从事次级事项。”由于神经元灵活的适应性，听觉和触觉可以大幅加强，从而减轻了视力丧失产生的影响。因故致聋者大脑内部也会发生类似的改变：他们的其他感觉会强化，以补偿听力损失。譬如，处理边缘视觉的大脑区域在这个时候会变大，从而看到以前只能听到的内容。
对在事故中失去胳膊和腿的人进行实验，结果也揭示了大脑可以在多大程度上自行重组。原先负责记录失去肢体的感觉信号的大脑区域很快就会被记录身体其他部分感觉信号的线路接管。神经学家维兰努亚·拉玛钱德朗是美国加州大学圣迭戈分校大脑与认知中心主任，他在研究一名在车祸中失去了左臂的男孩时发现，当他让这个男孩闭上双眼，然后抚摸他脸上的不同部位时，病人认为被触摸的是自己失去的左臂。当时，拉玛钱德朗用刷子刷了一下男孩鼻子下方的一个斑点，问他：“你感觉这是在哪儿？”男孩回答说：“在我左面的伤口上，那个地方疼。”男孩的大脑映射图当时正处于重组过程中，神经细胞在为新用途重新部署。这样的实验带来的结果就是，人们现在相信截肢者产生的“幻觉肢”现象主要是由大脑神经元可塑性变化造成的。
我们对大脑适应性的认识不断扩展，由此带来了针对过去认为无法治疗的一些病症的新型疗法的发展。道伊奇在其2007年出版的《自我改变的大脑》（TheBrain That Changes Itself）一书中讲了一个名叫迈克尔·伯恩斯坦（Michael Bernstein）的人的故事。这个人在54岁的时候发生了严重的中风，大脑右半球中掌管左侧躯体运动的区域遭到了损坏。经过传统的物理治疗，他恢复了一些运动机能，但是左手仍然不听使唤，而且行走必须依靠拐杖。不过，伯恩斯坦后来参加了一项实验性治疗项目，这个项目是由一位名叫爱德华·陶勃（EdwardTaub）的神经可塑性前沿研究员在亚拉巴马大学开展的。每周6天，每天8小时，伯恩斯坦用自己的左手和左腿一遍又一遍地重复完成例行动作。直到有一天，他能擦洗窗玻璃了。第二天，他能用手写字了。重复动作可以“哄骗”神经细胞和神经突触形成新的神经回路，接管以前由大脑受损区域的神经回路负责执行的功能。几个星期后，伯恩斯坦几乎恢复了手和腿的全部活动能力，从而甩掉拐杖，重新回到了日常生活。陶勃的其他很多病人也都经历了与此类似的强制恢复过程。
神经可塑性的很多早期证据来自对大脑应对损伤所作反应的研究，研究对象要么是梅尔则尼奇使用的猴子手部神经的断裂，要么是人类视力、听力或肢体的丧失。一些科学家因此怀疑，成人大脑的可塑性是不是仅限于极端情况。他们提出一种理论，认为大脑可塑性也许是一种必不可少的复原机制，由大脑损伤或感官损伤触发。进一步的实验表明，实际情况并非如此。健康正常的神经系统具有广泛而永久的可塑性，文献中已经可以查到相关记录，神经学家由此得出结论：我们的大脑总是在不断变化的，环境和行为的轻微变化就会引起它的适应性调整。美国国家卫生研究院神经医学研究所主任马克·哈勒特（MarkHallett）写道：“我们已经知道，神经可塑性不仅是可能的，而且一直都在持续进行。这是我们适应环境变化的方式，是我们了解新情况的方式，也是我们发展新技能的方式。”
哈佛医学院顶尖神经学研究学者阿尔瓦罗·帕斯库尔·勒奥纳说：“在整个生命过程中，可塑性是贯穿一生、时刻进行的正常状态。”为了响应我们的经验和行为，大脑一直都在变化，它会根据“每一个感官输入、每一个行为动作、每一次突触连接、每一个反馈信号、每一个行动计划，或者每一次知觉转移”而重新安排神经回路。帕斯库尔·勒奥纳论证说，神经可塑性是最重要的进化产物之一，这种显著特性使得神经系统可以“超越自身基因组的限制，从而适应环境压力、生理变化和体验”。我们大脑结构的天赋优势不是其中包含硬布线的零件，而是不包含这样的零件。《不断适应的心灵》（AdaptingMinds）是哲学家大卫·布勒（David Buller）关于进化心理学的批判著作，他在其中写道，自然选择“没有设计好一个由许多预制的适应性结构组成的大脑”，而是造就了一个能够“为应对局部环境需要而形成专门结构，从而在个体的整个生命周期内，有时是在几天内，适应这些需要的”大脑。进化给了我们一个可以一而再、再而三地改变其思想的大脑。
现在我们知道，我们的思考方式、认知方式和行为方式既不是完全由基因决定的，也不是完全由童年经历决定的。我们通过自己的生活方式，而且正如梅尔则尼奇所说的，也通过我们所使用的工具，来改变上述三种方式。爱德华·陶勃在亚拉巴马州开办康复门诊之前几年，对一组使用右手持弓的小提琴演奏者进行了一项著名的实验。他用一台机器监测神经活动，对他们大脑皮层中负责处理来自左手信号的区域进行测量，这些人都用左手按琴弦。他还找了一组从来没有弹奏过乐器的右利手志愿者，测量他们大脑皮层的同一区域的大小。陶勃发现，小提琴演奏者的大脑相应区域明显大于不弹奏乐器的那些人。然后，他又对负责处理来自右手信号的大脑皮层区域加以测量，这次他发现两组之间没有区别。演奏小提琴这样一种乐器，结果在大脑中引起了实质性的物理变化。就连成年之后才首次接触乐器的那些音乐家，也是这样。
科学家在训练灵长类动物及其他动物学习使用简单工具的时候，发现技术对动物大脑的影响非常深远。例如，人们可以教会猴子使用耙子和钳子，去获得不用工具无法得到的食物。在整个训练过程中，研究人员监测了猴子的神经活动情况。他们发现，与控制猴子拿工具的手相关的视觉区域和动作区域有显著增长。不过，他们还有更加惊人的发现：耙子和钳子实际上已经和猴子手部的脑谱图融为一体。就猴子大脑而言，这些工具已经变成了它们身体的组成部分。据进行耙子实验的研究人员报告，猴子的大脑行为开始表现得“好像耙子成了它们的手指一样”。
不光重复进行的身体动作可以重新安排我们大脑的神经回路，单纯的精神活动也可以改变我们的神经回路，而且有时候这种方式的影响更大。20世纪90年代末，英国的一个研究小组对伦敦16位出租车司机的大脑进行扫描，这些人的驾驶经验为2~42年。把他们的扫描结果跟对比组的结果加以比较，研究人员发现出租车司机大脑后部的海马状突起要比正常水平大得多，而大脑的这个部分在对个人周边环境的空间描绘方面发挥着关键作用。而且，出租车司机从业时间越长，他的脑后海马状突起往往越大。研究人员还发现，出租车司机大脑前部的海马状突起小于正常水平，显然这是为了适应脑后区域增大这一需要的结果。进一步的实验结果显示，脑前海马状突起萎缩可以减弱出租车司机在其他记忆方面的能力。研究人员得出结论：为了在伦敦错综复杂的道路体系中穿梭行驶，出租车司机的大脑需要持续不断地处理空间信号，这一处理过程“伴随着海马状突起内大脑灰质的相对再分配”。
帕斯库尔·勒奥纳在美国国家卫生研究院工作的时候进行过另外一个实验，那个实验为我们的思考模式对大脑解剖结构的影响方式提供了更加显著的证据。帕斯库尔·勒奥纳征募了一些没有钢琴弹奏经验的人，教他们学会弹奏一支由简单音符组成的曲子。然后他把实验参与者分成两组，在接下来的5天时间里，他让其中一组每天练习弹奏两小时，另一组也在钢琴前端坐同样的时间，但只是想象怎样弹奏曲子，并不接触琴键。帕斯库尔·勒奥纳利用一种称为经颅磁刺激的技术，为所有参与者绘制了实验之前、之中和之后的脑谱图。他发现，只是想象如何弹奏曲子的那些人大脑当中显示出来的变化与实际弹奏的那些人一样。单凭想象执行的动作引起了大脑的相应变化，也就是说，大脑发生了跟他们的思想相对应的变化。笛卡尔在二元论上可能是错误的，但他认为我们的思想能够对我们的大脑施加物理影响，至少可以让大脑作出物理反应，这一点看来是正确的。从神经学上讲，我们想什么，就会变成什么。
迈克尔·格林伯格（MichaelGreenberg）在《纽约书评》2008年的一篇评论文章中，为神经可塑性唱响了诗意的赞歌。他评论道，我们的神经系统“凭借其神经分支、神经递质以及设计巧妙的细胞间隔，似乎具有一种即兴发挥的能力，可以自行真实反映出无法预知的思想”。那是“一个随着经验的改变而改变的暂时性空间”。我们的思想硬件能够毫不困难地适应自己的经验，就连老年人的大脑都能学会新的技艺，我们有充分的理由对此心存感激。大脑具有可塑性，不仅为脑部受损或患病的人们带来了新疗法和新希望，而且也为我们所有人提供了思想的灵活性和心智的柔韧性，使我们能够适应新环境、学习新技能，并在一般意义上拓展我们的视野。
不过，并非全是好消息。虽然神经可塑性规避了遗传决定论，为自由思想和自由意愿留出了一个逃生的出口，但它也对我们的行为强加上了它自己的决定论。随着大脑内部特定神经回路通过重复性的精神活动和肢体活动而不断强化，神经回路开始把那种活动转变成行为习惯。道伊奇评论说，神经可塑性的悖论就是，尽管它保证我们具有心智灵活性，但它最终也会让我们受困于“僵化的行为”。由化学作用触发的神经突触把我们的神经元连接起来，它们有效地编排程序，为的就是不断强化它们已经形成的神经回路。道伊奇写道，一旦我们在大脑内部完成了新的神经回路连接，“我们就会渴望一直让它处于激活状态”。这就是大脑微调自身功能的方式。无用的神经回路会被剪除，例行性活动的执行则会越来越迅速、高效。
换句话说，可塑性并不等于弹性。我们的神经回路不会像橡皮圈那样收缩为以前的状态，而是会尽力保持已经改变了的状态。而且，新的状态并不一定是我们想要的状态。帕斯库尔·勒奥纳评论说：“可塑性的变化未必代表某一特定方面的行为增益。”可塑性不仅是一种“发展和学习的机制”，还可以是“一种病理原因”。
毫不奇怪，从抑郁症到强迫症，这些精神疾病都和神经可塑性有关。患者对症状关注得越多，这些病症侵入神经回路的程度就越深。在最坏的情况下，大脑会把自己训练成患病状态。很多上瘾症就是通过加强大脑内的可塑性回路而强化的。即使剂量极少的毒品都能大幅改变人体内神经递质的流动，结果造成大脑回路和大脑功能的持久变化。某些情况下，诸如多巴胺（一种能够产生愉悦感的类似于肾上腺素的物质）之类的特定神经递质的累积似乎可以实际触发特定基因的开启或关闭，造成对毒品更加强烈的渴望。至关重要的通路变成了丧命之路。
不受欢迎的神经可塑性也存在于我们大脑平时的正常运行中。实验表明，正如通过躯体练习或精神练习可以让大脑新建或者加强神经回路一样，那些受到忽略的神经回路也会弱化或消解。道伊奇写道：“假如我们停止运用某种智力技能，那么结果并不仅仅是这种技能的遗忘，大脑当中与该项技能对应的回路会转让给不断练习的替代技能。”加州大学洛杉矶分校医学院心理学教授杰弗里·施瓦茨（JeffreySchwartz）把这种过程称为“忙者生存”。我们失去的智力技能的价值可能等于甚至超过新获得的智力技能。在涉及思想质量的时候，我们的神经元和神经突触完全是中立的。智力退化的可能性是我们大脑可塑性的应有之义。
这并不意味着我们无法通过步调一致的努力，再次改变神经信号的传输方向，进而重建我们已经丧失的技能。正如莱昂·迪蒙所理解的那样，现在的情况意味着我们大脑内部至关重要的神经回路变成了阻力最小的路径。那些回路是我们大部分人将要在大部分时间里通行的路径，我们沿着这些回路顺流而下的速度越快，以后掉头返航的难度就越大。
题外话 我们的大脑在想什么
亚里士多德认为，大脑的功能是避免身体过热。在其关于解剖学和生理学的著作《论动物部分》（On The Parts of Animals）中，亚里士多德写道，大脑是“肉和水的混合物”，脑内物质“调节着心脏的热度和烈焰”。血液从胸腔中“炽热”的部位上升到头颅，在大脑当中降低到“适中”的温度。冷却下来的血液随后向下流回身体其他部分。亚里士多德认为，这个过程类似于“对流雨形成时出现的情形。水蒸气在热量作用下从地面上升，进入上方区域，一旦遇到地表上空的冷空气，由于冷凝作用，水蒸气就会凝结成水，然后以下雨的形式降落到大地上”。人有“相对于体型来说比例最大的大脑”，原因在于“人的心肺区比其他任何动物都热，血液量也更丰富”。希波克拉底和其他一些人推测，在亚里士多德看来，大脑显然不可能成为“感觉器官”，因为“触摸大脑时，什么感觉也不会产生”。亚里士多德写道，在没有知觉这个方面，“它就像动物的血液和排泄物一样”。
今天，我们很容易因为亚里士多德的错误暗自发笑。不过，我们同样也很容易理解这位伟大的哲学家为什么会在歧途上走得那么远。被颅骨保护着的大脑没有为我们提供感知其存在的触觉信号。我们能感觉到心在跳动，肺在张缩，胃在搅拌，但是，我们的大脑缺乏运动，没有触觉神经终端，因此我们一直感觉不到它的存在。意识的来源并不等于对意识的领会。从古罗马时代一直到启蒙运动时期，内科医生和哲学家只能从尸体的头骨中提取浅灰色的组织进行研究和解剖，以此推导大脑的功能。他们的看法通常会反映他们关于人类本性的假设，或者更一般地，反映他们关于宇宙本性的假设。正如罗伯特·马滕森（Robert Martensen）在《大脑的形成》（The Brain Takes Shape）一书中的描述，他们很愿意把看得见的大脑结构纳入自己预设的形而上的隐喻当中，“以便用他们自己的术语描绘其中的相似性”，从而为这个器官的物理组成部分作出安排。
在亚里士多德之后将近2000年，笛卡尔提出另外一个与水有关的比喻，来解释大脑的功能。在他看来，大脑是设计精巧的水力“机器”中的一个部件，这台机器的工作方式很像“皇家园林里的喷泉”。心脏把血液压到大脑，在大脑的松果体中，血液依靠压力和热量转化为“生气”，然后流过神经系统的“导管”。大脑中的“洞和孔”是调节生气使之遍及身体其余部分的“光圈”。笛卡尔对大脑作用的解释极好地吻合了他的机械宇宙论。马滕森写道，根据机械宇宙论的说法，在独立完备的系统中，“所有部分都依照其光学属性和几何属性动态运转”。
在对大脑功能的认识方面，现代化的显微镜、扫描仪和传感器纠正了我们绝大部分稀奇古怪的旧观念。但是，大脑那奇妙的特性——似乎既是又不是我们的组成部分——还在以微妙的方式影响着我们对它的认知。我们认为大脑以隔绝状态存在，其基本天性不会受到我们日常生活中反常行为的影响。尽管我们知道大脑是一台精密而敏感的经验监测器，但我们还是愿意相信它不受经验的影响。我们愿意相信大脑记录的感觉和存储的记忆不会在大脑自己的结构上留下任何物理痕迹。我们觉得如果相信另外一种情况将会引起对自身完整性的疑问。
在我开始担心使用互联网可能正在改变自己大脑处理信息的方式时，我的感觉肯定就是那样。起初我很抵制那种观点。利用计算机这样一种单纯的工具打发时间，可以深刻或持久地改变大脑内部的结构，这种想法看起来简直是愚蠢可笑。但是，我错了。神经学家已经发现，大脑以及由此产生的思想永远都是一项进展中的工作。不光对我们每一个个体是这样，对我们整个物种也是这样。
① 用进废退这个观点最早是由法国生物学家拉马克提出的，它指的是生物体的器官经常使用就会变得发达，而不经常使用就会逐渐退化。——编者注
