大家好！我叫唐业忠，来自中国科学院成都生物研究所和南京航空航天大学。我今天想跟大家分享关于 动物行为进化 的一些思考。
▲ 左：生存
右：繁衍
在我们的固有认知里面，动物的行为、或者说动物的本能行为都是围绕着生存或者繁殖来开展的。但是，就是有很多动物的很多行为不屈从这些本能。
动物为什么会做没好处的事？
第一个就是“飞蛾扑火、自取灭亡”。
求生是镌刻在DNA里面的一种本能，每个生命都是如此。但是为什么这些昆虫会自己去找死呢？
▲ 野外夜间行车：昆虫趋光覆盖车灯
我硕士期间是研究昆虫生态学的，有一次我们在山里开车出野外，车灯被昆虫覆盖了，以至于看不到路。这当然很危险，所以我们就把车停在那里，把灯关了，等到昆虫散了以后再往前开。但是开不了几分钟，它又把灯覆盖了，如此我们就反复地停、开。
这当时对我触动很大。我们知道，昆虫躲在黑暗当中是为了躲避天敌对它的捕食，它见到光还那么不要命地扑上去，这是为什么呢？
▲ 法布尔《昆虫记》中行为实验
法国著名昆虫学家法布尔做了一个非常有意思的实验，他在一个黑暗的房间里点了一支蜡烛；在另外一个位置放了一只成熟的雌蛾，它没有交配，我们叫“她”处女蛾；再引入一只雄蛾。他想知道这只雄蛾是趋光还是去找雌蛾交配？如你们所猜，它一定是趋光了。
雄蛾来到这个世界唯一的目的就是交配，然后产生自己的后代。那 是什么东西对它更有吸引力，从而克服了它对留下后代的本能欲望呢？
深海鱼类也趋光，图上那个叫鮟鱇鱼，它头上有一个棍子一样的东西，顶端荧光细菌发的光把深海里的小鱼引过来，鮟鱇鱼就把它吃掉。
你们想过没有，这些深海的小鱼一辈子没见过光，它为什么要趋光？它第一次趋光就被鮟鱇鱼给吃掉了。
另外一个有意思的现象是洞穴鱼。我们看这个图，这只洞穴鱼的眼睛已经高度退化甚至没有眼睛，但是最近的研究表明它们具有趋光特性，这又是为什么？
我们来看这只海鸥，它孵的蛋是人给它做的一个假蛋，实际上边上那个小的蛋才是它自己的蛋。
这是澳大利亚的甲虫，这只雄虫试图跟一个酒瓶子交配。酒瓶子是棕色的，颜色很像它的雌性个体。
我们把这些现象叫作 “超常刺激”，意思是说某一类刺激更能激发动物的一些行为，从而反映出超常刺激的威力 。超常刺激实际上脱离了进化的本意，我们很难用达尔文的自然选择和性选择来对它进行解释。
还有玩耍，玩耍是从果蝇到人类都普遍存在的行为，而且动物越聪明、神经系统越发达，玩耍的频次就越高。我们来看这只北美渡鸦，它反复在那里滑雪，如果是练习或者训练的话那不叫玩耍，而是有功能的一些练习，但这个行为就是玩耍。玩耍也是很危险的，它又没有用，浪费时间和能量，而且还吸引天敌。
动物也酗酒。在南部非洲有一种果实叫马鲁拉，成熟的时候大象会摇树，让果实落到地下，成熟了以后发酵，发酵有酒精，这些动物就特别喜欢吃。
带有酒精的果实吃多了，就成这样子了。但是别忘了，那是非洲大陆，充满了猎豹、鬣狗还有狮子。在那么多的捕食动物的面前喝醉了，这不是很危险吗，为什么没有被淘汰呢？
人类当然也有很多成瘾现象，但我们的成瘾比动物的种类多多了，有*品毒**成瘾、赌博成瘾、烟酒成瘾、游戏成瘾。这些成瘾不但不利于我们的生存和繁殖，而且是非常有害的。 为什么从人到动物都普遍存在这种现象呢？
▲ 人类“做梦”
还有一个很难解释的现象是做梦。我们夜间睡觉时做梦，大脑只有体重的2%，但是消耗了20%的能量，我们做梦不就是在无谓地消耗能量吗？
做梦实际上是从脑干发出一个信号，向高级中枢寻求信息匹配。我们的高级中枢的皮层、边缘系统的一些信息就会去匹配信号，这些匹配过程是没有逻辑的。
所以人在做梦的时候，你就会发现一会儿在地狱，一会儿在天堂。做梦有什么用？哈佛大学有一位研究做梦的知名科学家说过：完全无用！
怪异行为如何形成？
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达尔文认为，任何的本能和行为实际上都有进化适合度，意思是说每种行为都应该有用才对，如果没有用就是纯粹浪费能量和时间，会被淘汰掉。 那为什么还会有那么多行为不符合达尔文的理论呢？
有一次我在美国开神经科学年会，听到一个学术报告对我启发很大。他说，我们这个神经系统里面充满着竞争。
我们来看，人走路先迈左脚还是先迈右脚？其实在我们意识不到的这种低级控制中枢发生了竞争，左脚、右脚的控制网络发生了竞争，所以走路才会迈一只脚，对吧？
他提出竞争是普遍存在的，但是我们现在需要进一步追问的是，谁在竞争？这是其一，其二，我们竞争什么？这个问题也没解决。
更重要的事情是， 普遍存在的神经系统内部的竞争是否能够有助于我们理解这些怪异行为的背后机制？ 大家知道脑里的基本单元是神经元，但是单个神经元是不具备控制行为或者处理信息能力的，它必须要怎么样呢？要构成一个网络结构。
▲ 神经系统支配各种行为产生
我们看图，上面那个是编码1的神经网络，那些实心的神经元连接在一起就编码1，下方那些实心的神经元互相连接在一起就是编码4。
我特别请大家注意，有些神经元既参与了1网络也参与了4网络。这非常重要，为什么？ 说明大脑里面只要以有限的神经元就可以构建出一个近乎无限的网络数量。
这些神经元是用什么来连接的？是一种叫做化学突触的结构。突触把一个神经元跟另外一个神经元连成了网络，而且它是高度可塑的。中间的这个突触如果经常受到外界刺激，这个突触就会加强。右上角的突触，它的小泡泡多了，所以它的传递能力就增强了。
但反过来，如果长期得不到刺激的话，这个突触就会减弱。如果过度减弱，那么整个神经网络就解体了。所以这是它的可塑性。
我们来看看这个实例，这是人的大脑皮层。如果粗看，它就是一个层状结构，有6层，但是如果仔细看，对它进行进一步放大，就会发现它实际上从上到下是一些密集的神经元排列。我们把这个叫做皮层柱，这个皮层柱就构成了一个神经元网络。
如果一个电极往下扎，扎到同一个神经元网络的话，它对外界的响应特征是一样的，都是水平的。当然下面那个向下斜的，它显然扎到了另外一个神经元网络去了。
我们再看这个，右边这个皮层虽然能够分层，但是它有一个很明显的柱状结构的皮层柱。皮层柱肯定是同质化的，因为同质化所以才能有可替代性，具有可替代性当然必须竞争。
现在我要讲一下时间矛盾。大脑都能够瞬间完成记忆，但是形成这个网络所需要的突触要很长时间才能够合成。我们来看这个绿色的部分，它产生突触，而红色是突触消失。这个d是告诉我们它的形成是以天为单位。我们能够瞬间完成记忆，但是记忆的结构却需要很缓慢的时间来形成，这个矛盾是如何解决的？
看这个硬盘，我们完成作业要保存时，必须有先决条件——硬盘，而且是有存储空间的硬盘才能完成实时保存。
相类似的，我们大脑里有大量冗余的神经元网络结构预先存在那里。刚刚说过，这个冗余的神经元网络是我们实时学习和记忆所必需的。但是它构成的基本元素又是化学突触，化学突触不用就会衰减，但是我们那么多备用神经元网络不知道什么时候用得上， 这就给自然选择理论带来一个非常大的挑战 。
间接选择有证据吗？
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我们如何解释它呢？这就是我的间接选择理论，这些看似无用的行为特征。 第一， 它没有目的性。第二，它的产生是不可预测的。第三，它没有逻辑关系。这样像玩耍一样无用的行为把我们整个大脑都激活了，维持了冗余神经元网络的活性。
▲ 间接适合度
越多冗余结构、越多网络结构，我们学习和记忆的能力就越强，当然学习能力和记忆越强，就相当于适应环境的能力越强。我们拐一个弯，就把那些看似很怪异的行为做了一个恰当的解释。
光是有这个理论还不够，我们还需要证据来支持它。著名物理学家密立根说过，科学是依靠理论和实验这两只脚来前进的。
▲ 小鼠转基因实验
那间接选择理论有没有证据？有的，就是小鼠转基因。 大家知道小鼠是夜行性动物，它是看不到颜色的。美国科学家把人的红色色觉基因转到小鼠里面去，结果也转成功了。但现在的问题是，我们要知道小鼠到底看不看得见红色？这只能通过行为来检测它。毫无疑问，结果发到《科学》上面，它检测红色、识别红色的行为是过关了的。
这带来一个非常有意思的现象，转的基因只是在视网膜里表达，并没有调节大脑的中枢神经系统，结果也看得到红色。这说明什么？它一定预先有大量备用的神经元网络存在那里，否则就不能打通这个通路。这和我刚刚说的那个学习和记忆的过程就非常相似，神经元网络冗余的结构已经在那里了，你只要给它一个外界信息，它就把这个通路打通了。
我们现在来看另一个大鼠的条件反射训练。这个实验很简单，就是让大鼠稍微饥渴一点，不让它喝水喝得那么饱。然后在给水的同时，给它听一个6000赫兹的声音，形成条件反射。
你看A图这个地方，它在形成条件反射之前编码6000赫兹的脑区有4个，到B图条件反射形成以后，编码6000赫兹声音的脑区就有7个。这说明什么？说明发生了竞争，6000赫兹把10000赫兹的或者9000赫兹的脑区侵占了。
我们刚才说过，神经元数量有限，但神经网络的数量可能是很难统计的、是接近于无限的。就像6000赫兹一样的刺激是有限的，所以我们是用无限的网络去接受有限的刺激，这个刺激就是一种资源。
这个也非常有意思，是一个大脑重排现象。我们人和动物都有，触觉每一个位点都一一对应到大脑的感觉区域，形成了映射区。
我们来看红色区域，这个虚线里面是手指头投射的位置，假如一个人的手指头断了，那么这个手指头就不能投射到相应脑区了。按我刚刚的理论，没有刺激输入，那些脑区的神经元网络就会解体。大脑是不可以让它解体的，结果会怎么样？就让手臂、脸部这些正好在手指两边的位置侵占了手指的映射区，这就叫大脑重排。 这个现象叫什么？叫做幻肢现象，也可以用我的理论来解释。
这个就更有意思了， 假如我们剥夺人的视觉、听觉和触觉，会发生什么样的情况？
在1954年做了一个非常有意思的实验，志愿者被剥夺了感觉刺激以后在地下室待了两天。刚开始那两天没有问题，大家都还在想论文、想课程。但是两天以后这个中枢神经就发生了混乱。最有意思的是什么呢？就是他居然产生了幻觉，也就是“白日做梦”。
他为什么白日做梦？用我的理论就很容易解释，没有外界刺激，大脑自力更生产生了刺激。这个过程就很像做梦，大脑是依赖刺激来维持的，刺激维持的是冗余的神经元网络结构，它的目的是为了学习。
人类文明的载体——脑体
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在我的理论里，学习的本质是跟其他理论不一样的。我们来看这个现象，一只猫妈妈教猫宝宝捉老鼠吃，相当于猫妈妈大脑里面已经有了捉老鼠的神经网络，它要外化成行为让宝宝看到。
猫宝宝看到了是这样捉老鼠的，我也去捉。但它的本质是什么呢？实际上是猫宝宝在大脑里面重建了妈妈的捕食神经元网络。这就是 我对学习的定义，是神经元网络的重建。
人和动物最大的区别在哪里？在于动物如果是个体，不管积累了多少知识和技能，一旦死亡，它的所有知识和经验都清零了。
但人类就不会，为什么？人类发明了符号，就是我们现在正在说的语言，写的文字。老师可以告诉你，五千年前中华民族的老祖宗就在黄河、长江从事生产、劳动、生活。
这是荷马，他是个吟游诗人，他告诉你以前有个特洛伊战争。
由于有了文字、语言，我们就被称之为一种符号动物。这个符号起什么作用？把信息传递，同时在传递过程中知识得到了积累，积累的知识就需要更大的脑袋来储存。
所以从进化尺度来说，我们的脑袋不断地变大了。而且大家注意，在170万年前脑袋突然加速增大，可以推测语言从此起源了，这可以作为一个语言起源的证据。
当然，大脑是一个物理结构、一个生物学解剖结构。这就相当于每个人都是买回来的一个裸机，通过人生积累，有文学、艺术、数学、骑车、打球、打游戏等等，这些知识装满了我们的大脑。这时就不是原来的大脑了，我们把它叫做脑体。
这个脑体是什么？它本质上就是人类文明的载体。这也是我的观点，我把这个理论写成了一本书叫做《行为进化：从动物本能到人类文明》。
2005年，《科学》在纪念创刊125周年时发布了125个最重大的科学问题，排在第一的是宇宙的物质是什么？排在第二的就是 大脑意识的神经生物学基础是什么？
所以对于未来，我希望同学们培养好奇心，不墨守成规，更重要的是爱因斯坦说的要有超强的想象力，未来才会是中华民族主导的科学，在我们的科学教科书里面出现更多中华民族的名字。
谢谢大家。
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#时事热点头条说#