什麼是人類的本能行為？幾千年前我們的祖先就已經把本能行為定義得非常清楚了——“飲食男女，食、色、性也”。而對人類本能行為的理解，將在很大程度上幫助人們揭開大腦的神秘面紗，讓科學家深入瞭解大腦的“本底結構”特徵，就能為類腦智能技術提供一些新的研究線索…
出品："SELF格致論道講壇"公眾號（ID：SELFtalks）
以下內容為中國科學院深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所王立平演講實錄：
薛定諤說的是對的，“人的本性就是吃”。不過除了吃，大腦還有很多其他基本的功能去維持機體的正常運行。其中最主要的功能是要保證機體生存，只有生存下來才能進行其他的學習，獲得其他更高級的功能。
任何生物的延續都需要從吃開始。沒有食物，就要捕獲食物；而作為被捕食者，就要學會防禦。吃飽後就睡覺，睡醒後就會想其他一些美好的事情，比如求偶。
照片中的這個帥哥，美女走過去了，他還會回頭再看看，其實這都是非常本能的反應。或許他會跟女朋友解釋，說自己並不是為了看美女，只是想看看她穿的裙子後面有什麼圖案。
這也說明他可能在探索一個非常新奇的東西，而這種探索的能力，也是非常本能的，與生俱來，不需要去學習。
照片中公獅和母獅的交配，老虎媽媽對老虎寶寶的關愛……這些都是非常本能的行為，正是這樣才有了下一代，才能保證物種的生生不息。
爬行腦、情緒腦和理性腦
生物學家把大腦分成了爬行腦、情緒腦和理性腦。
本能行為由大腦主宰
如果你正在一條小巷中散步，突然躥出來一條狗，你會怎麼做？跑！如果周圍正好有一扇開著的門，不管這戶人家你認不認識，可能最好的辦法就是跑進去、藏起來。
做出這種行為就是動用了爬行腦。所有的動物都有類似爬行腦的大腦功能，用以維持基本的生理活動——防禦天敵。
如果後來你非常榮幸地碰到了一位美女，並且和她發生了一些浪漫的故事。回憶起這個故事，你感覺非常美好。當然，也許有人的感受並不美好，因為那位美女騙走了他的1000元錢。感覺好或不好，就動用了你的情緒腦。
在這個巷子裡行走到的時候，你數出這裡有175個酒吧，20個賣水的地方，它們加在一起的數量是195個，這個時候，你就動用了你的理性腦。
理性腦是後期獲得的能力，從而形成的一種理性概念。而我今天講的行為都是不需要學習，天生就有的。比如嬰兒天生就有的手掌抓握反射、吮吸行為等，這都是本能行為。
這段視頻顯示了一個正在走路的女士突然被別人一嚇，條件反射地跳了起來，然後轉身就跑。有人說“跳”這個動作是後學的，不是天生就會的。“跳”這個動作或者能跳多高或許是後期習得的或訓練的，但能夠做出這種動作卻是下意識產生的一種防禦性行為。
再來看這隻正在草叢中找東西吃的小鼠，如果它只專注於找食物，而沒有能力防禦老鷹的話，它肯定早就成為了老鷹的食物。
幾千年前我們的祖先就已經把本能行為定義得非常清楚了——“飲食男女，食、色、性也”。
這些是人的本性，不需要後天去學習，大腦的基本功能之一就會去執行、去負責、去管理這樣的行為，以便讓我們能夠生存下來，然後再學習其他東西。
1973年諾貝爾生理學獎得主、動物學家洛倫茲曾從生態行為學的角度定義本能行為——未經學習的嬰幼動物就具有的一些基本能力（包括進攻、防禦、進食、睡眠、生殖、求偶等）；在同一物種的個體間變化不大，且在不同的環境中保持相對穩定；對個體的生存和物種的繁衍非常重要。本能行為都由大腦負責。
解析大腦與動物的本能
大腦是一個非常複雜的物體，如果說浩瀚的宇宙中有1000億顆行星，那大腦中就有1000億個神經元，大腦和宇宙一樣複雜，一樣深不可測。
說它複雜不僅僅因為神經元的數量多，還因為神經元之間的連接特徵非常複雜，細胞種類非常複雜。
舉個例子，我們把這個報告廳比喻成大腦，將報告廳中穿白衣服的男生定義為某一類神經元，但這個角落穿白衣服的男生和那個角落穿白衣服的男生所負責的事情可能就是不一樣的。
1000億個神經元在不同的腦區有不同的功能，呈不同的分佈特徵，有不同的遺傳特徵，這些構築了大腦非常複雜的神經網絡。這些神經網絡執行著複雜的生理功能，包括本能行為。
怎麼解讀大腦的功能呢？最常用的方法就是給大腦一個信息輸入，然後進行信息讀取。這就好比你打一下旁邊的人，給他一個信息輸入，然後看他的反應——他可能打你一下，或者是躲一下。
我們常常把大腦比喻成一個黑箱子，我們不知道里面是什麼結構，所以我們只能通過這種方式去了解大腦。
比如我們先記錄一個小孩正常行為下的腦電圖，然後讓一條狗來追他。孩子肯定會跑，那麼他是一邊跑一邊喊，還是選擇躲在什麼地方呢？這些行為會動用大腦的什麼功能呢？
通過記錄腦電圖等發生的變化去研究大腦中的哪些細胞、哪些核團、哪些腦區可能參與了這些行為，進而解析大腦運行的一些基本規律。
在這麼複雜的神經網絡中去解析大腦運行的規律，當然很難。
1000億個神經細胞中，有那麼多的種類，那麼複雜的連接方式；如果將其中神經纖維首尾相連，可以繞地球4圈多，現在卻集中在一個1.5千克重的腦空間裡。我們該怎麼去解析呢？生物學家們發現了一個新方法。
人體中本來是沒有感光細胞的，但我們利用基因工程，將某一物種中的“感光基因”“植入”到大腦中特定的神經元上，然後再將一根光纖插進大腦中，當光纖照射的時候，光照雖然照到了所有的神經元，但只有被植入了感光基因的神經元能對特定波長的光起反應。
這種方法就像踩剎車、油門；用不同的光敏感的基因，我們就可以實現藍色光能讓這群神經元興奮起來，而黃色光能抑制這群神經元。用一束藍光或一束黃光就可以非常精準地調控（興奮或抑制）大腦中複雜的神經網絡體系了。
這些神經元到底要幹什麼？它們對大腦有什麼貢獻？通過光遺傳神經調控技術，我們去調控這些神經元，看它們能不能刺激大腦做出某些行為，如果能，就表明我們可以精準地調控某些動物的某些功能。
比如這隻小黑鼠和這隻小白鼠，它們原本是好朋友，關係非常親密。但就是因為小黑鼠的腦裡被植入了感光基因，所以被光調控後的小黑鼠現在正拼命地撕咬小白鼠。可以想象，如果小白鼠的個頭很小，它一定會被咬死。
光刺激下丘腦某類負責進攻的神經元（ESR1） 加州理工學院 David Anderson’lab （Cell, 2014）
後來科學家制作了一個類似蟑螂的機器人，原本小黑鼠看到它還覺得很好玩，並沒有產生去咬死的衝動。但只要打上一束光，小黑鼠就開始拼命地抓捕它。通過這種方法，我們就可以找到大腦可能負責捕獲獵物的神經元。
光刺激丘腦一類神經元控制捕食（ZI的GABA神經元） 上海科技大學沈偉實驗室（Nature Neuroscience, 2019）
同理，我們也會找到負責其他行為的那些神經元。
恐懼在本能中或許擁有至高無上的地位
還是舉被狗追的例子。如果你正在咖啡店裡喝咖啡，享受著美妙的時光，這時闖進來一群狗，你會怎麼辦？你要不就鑽到桌子底下，要不就跑到其他房間去，這個時候你是絕對不會再繼續享受你的美妙咖啡時光的。
所以，和其他本能相比，恐懼或許擁有絕對的、至高無上的地位。因為如果動物沒有恐懼這種本能，它可能就會失去生命。
同理，如果你正在打盹，突然傳來幾聲狗叫，你也不會繼續睡覺，你也會弄清楚到底發生了什麼。不過大腦中到底是哪些神經元負責人們做出相關的動作（不同大腦狀態之間的精準切換），至今還是個謎。
我們實驗室也一直關注動物到底是怎麼產生恐懼本能的。這些魚正在沙灘邊曬太陽，突然一隻老鷹俯衝下來，魚兒們紛紛快速逃跑。
可不幸的是，有一條魚跑慢了，於是它成為了老鷹的美食。
再看一個視頻。老鷹又來了，這兩條魚中的一條選擇馬上裝死，另一條選擇馬上逃跑。而且，只要老鷹的影子剛一閃，那條魚就已經開始逃跑了。
大家想，它有時間弄清楚這隻老鷹有幾個爪子，它長沒長牙齒嗎？沒時間。因為那會降低它逃跑的速度。所以想生存下來，首先就要做到精準、及時、快速地防禦天敵的襲擊。
為了更好地解析本能恐懼的神經環路機制，我們用一把電極帶著已經插到腦區裡的光纖去調控提前改造好的光感基因，調控的時候同時記錄腦區發生的變化。
我們還可以把另外一把電極放在另外一個腦區，去觀察腦區之間會產生什麼聯繫，從而研究到底是哪些神經元負責機體做出不同的防禦行為。我們希望這樣做，能夠把1000億個神經細胞構成的複雜網絡解讀得相對清楚些。
如果大家去我的實驗室做實驗，都會得到相關的數據。我們沒有真的拿老鷹做實驗，而是模擬了老鷹襲擊時的陰影刺激。
有窩逃跑
如果這隻小鼠沒有地方可躲，它就會選擇裝死，先躲過一劫。
無窩凍結（裝死）
這也是為什麼我們總說，如果遇到狗追你，你千萬不要跑，因為你跑不過狗的。什麼時候可以跑呢？離門很近的時候就一定要跑。
你做出這些本能反應不需要想太久，因為想久了，腿就被咬了。所以大家看到，老鷹來了後，這隻小鼠並沒有想很久。而如果沒有地方可躲，它就會選擇裝死。
所以我們得出這樣的規律：有地方可躲，就馬上躲進去，不再輕易出來；沒地方可躲，就選擇裝死。
光遺傳學如何解析大腦的工作
那麼，光遺傳學到底是如何在腦子裡找到這群細胞的呢？
大腦中一類細胞控制本能恐懼反應：光遺傳誘發持續性本能凍結行為
為了解答這個問題，我們用了很多年的時間。後來我們發現，原來並不是那群穿白衣服的男士們（上圖中白色區域）乾的，而是中間穿紅衣服的女士們（上圖中紅色區域）乾的。
於是我們拿光去調控這群穿紅衣服的女士（一群細胞）。果然，實驗動物開始裝死了。
這說明這群細胞感受到了來自外界的刺激，而且這種刺激的信號對生物具有威脅性。
而如果我們換一個刺激信號，比如模擬鴿子在上空盤旋，就會發現，小鼠根本不受影響，它該幹什麼還是在幹什麼。
人們在魚、猴子身上都做過這類實驗，都具有精準的重複性。
這樣一來，我們就能精準地找到負責相關行為的神經元，並解析出非常精準的防禦路線。我們還發現有一類細胞是跟逃跑的本能相關。怎麼找到這些細胞呢？只要打熱光，動物毫不猶豫地跑回去，就跟剛才老鷹襲擊它的時候的天然反應是高度一樣。於是，我們就懷疑這群細胞跟逃跑的本能相關。
另外一類神經元：光遺傳調控本能逃跑反應
大腦控制著機體所有的行為。
我們的大腦精準地控制本能恐懼行為
圖中藍色的部分是上丘，是感知覺的中心。它就像一個整合器，收到感知覺信息後，就會往下傳，大腦也被分成了不同的層，不同種類的細胞扮演著不同的角色。
再來看一個視頻。我們看到這隻青蛙正在捉蚯蚓，但是非常可惜的是，“螳螂捕蟬，黃雀在後”——一輛汽車朝它碾壓了過來。命喪車輪的青蛙到底哪裡做錯了？是貪吃，還是腦回路出現了問題？
有人說，它應該像前面提到的魚和老鼠一樣，一感受到車輛的光亮就逃跑。但是它跑得了嗎？它根本來不及跑，因為車速太快了。所以這隻青蛙犯的錯在於，它不應該來到馬路上，它應該在沼澤地、在草叢裡活動。
這也再次告訴我們，如果某種生物想生存下來，它首先要適應環境，要學會防禦天敵；而防禦天敵本身又是適應環境的一個必不可少的大腦本能，沒有這種本能，根本談不上後來去學其他任何東西。
大腦活動與多種行為息息相關
本能行為很多時候還和精神疾病有關係，比如抑鬱症。我們經常會看到或聽到關於抑鬱症患者跳樓自殺的新聞報道。
大家猜一猜，在做出輕生行為的瞬間，他們會有恐懼感嗎？沒有。因為正常人一到樓邊就會下意識地後退。對於有焦慮症、抑鬱症和創傷後抑鬱障礙的人來說，疾病本身就和本能行為有著千絲萬縷的、互為因果的關係。
再舉一個例子。很多人都有睡眠問題，尤其是患有焦慮症、狂躁症、抑鬱症的患者，他們可能都有睡眠問題，而睡眠不好又會導致身體出現很多別的問題。如果連續10天、20天、100天睡不好覺，你想我還能做好的事情嗎？所以我們的本能行為和精神疾病有著密切的關係。
電影《美麗的心靈》的主人公是諾貝爾經濟學獎得主約翰·納什，他本人也是一位精神分裂症患者，他有被害妄想症。這種人會覺得有人要害自己而表現為恐懼感升高的症狀，而這種症狀也是很多精神疾病的典型症狀。
汶川地震後，很多人都有創傷後的應激障礙，變得非常容易害怕。我們如何對他們進行干預治療呢？
其中一個方法就是不停地給他播放汶川地震的各種鏡頭。越害怕，越暴露。暴露的同時讓他轉移注意力。在臨床上，這種做法叫交替感覺刺激，這樣利用調控恐懼狀態，能糾正人們可能存在的創傷抑鬱症。
除了維持生存、產生恐懼、主動防禦，大腦的活動還與很多行為有關係。
比如人們應該按照正常的規律去吃飯，但如果某人本來很苗條，她自己卻不這樣認為，於是一直節食，最後得了神經性厭食症。相反，如果一個人抵抗不了漢堡的美味誘惑，一直吃一直吃，最後也會得病。目前我們也在解讀大腦中的攝食中樞。
和吃飯一樣，睡覺也是一種本能的行為。工作學習了一個白天，晚上就要休休。白天有白天的作息規律，晚上有晚上的作息規律，大腦在嚴密而細緻地維持著機體的生存。
如果你連續不規律作息，身體肯定會出現各種疾病，同樣還會引起很多其他問題，比如血壓的問題、免疫力的問題、代謝的問題，甚至還有男歡女愛的問題。
現代人面臨著很大的壓力，這種壓力應激遠不只是讓你心情不好，而且會持續地影響你的很多行為，包括生殖的能力，甚至有可能影響到下一代。
如果你準備要二胎，生育專家一定會建議你心情放輕鬆一些，去度度假，這其實就是讓你緩解大腦的壓力，因為大腦的確會影響你的行為。
現代教育也利用了大腦恐懼的本能——寫不完作業，肯定要罰站；考一百分，就能得獎勵。
教育還利用了大腦探索的本能。自由地探索未知的世界是一種本能。孩子們天生愛探索，所以在教育中，探索應該被極度重視。
探索是孩子們的本能，順應他們的探索就會讓他們發揮自己的特長。喜歡探索自然科學，就應該好好學自然；喜歡探索數學，就應該好好學數學；喜歡探索薛定諤的貓，就應該好好學物理……只要喜歡探索，就應該去探索。
研究大腦，理解本能，理解其他複雜的、高級的認知功能的目的，一是希望能夠幫助治療一些疾病。現在全球醫療負擔重，每年會消耗近10000億美元的費用用於治療10億精神病患者。二是希望能利於類腦智能技術的發展。
AlphaGo是第一個擊敗人類職業圍棋選手的人工智能機器人。現在很多人都擔心，未來人類會不會被機器人所替代？
實際上，AlphaGo當時能取勝，是利用了人腦中的一個基本法則——突觸可塑性，再加上深度學習。 深度學習靠重複、靠大數據、靠統計學。
但是人腦中還有更多複雜的功能，像我剛才提到的基本的、本能的、快速的，不需要大量學習，甚至不需要學習就能有的能力。這些能力是遺傳固化下來的，人一出生就有的。
兩輛車如果慢速錯車，AlphaGo肯定能識別出來；但如果高速錯車，恐怕AlphaGo就不能快速識別出來了。同理，機器人射門的動作也和人類射門的動作不一樣。
也就是說，對本能行為的理解，將在很大程度上幫助人們揭開大腦的神秘面紗，讓人們瞭解到底大腦的“本底結構”特徵，哪些能力能在未來被開發利用，能為真正模擬人腦的類腦智能技術提供一些新的研究線索。
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