双胞胎的认知能力也会天差地别
所有的知识与记忆都属于生理现象，它们被存储在大脑的神经元与神经通道中。大脑并非一成不变，而是可塑、可变的，能够凭借每一次新任务重新组织自己。这种观点是近期才提出的，而我们对其中的含义以及具体的运作方式只是略知一二。
一篇神经学报告颇有裨益，作者约翰·布鲁尔认为，这个问题关系到人脑回路的初期开发与固化，也关系到我们能否通过早期刺激提高孩子的智力。人在出生时大约有1 000亿个神经细胞，这些神经细胞被称作神经元。连接神经元的是突触，神经元通过突触传递信号。在出生前后很短的一段时间里，人会经历一段“大脑突触形成爆发的时期”。在这段时期，大脑会自行发展：神经元会长出细小的分支，也就是轴突，它们向外伸张，寻找其他神经元上的小突起，即树突。当轴突与树突相碰时，突触就形成了。一些轴突为了找到目标树突，必须延伸出相当远的距离，才能完成神经回路的组建（这段路程非常困难，对精度的要求也很高，布鲁尔将其比作一个人找到穿越美国的道路，从西海岸到东海岸与等待自己的另一半相遇，和卡森为福瑞蒙特将军联系波尔克总统的任务相似）。正是这种回路，让我们能够感觉、认知、具备运动技能，包括学习和记忆，也决定了一个人运用智力的潜能与极限。
人在一两岁时，突触的数量会达到顶峰，比成年后的平均水平大约多出50%。之后，突触数量的增长会比较平稳，直到青春期前后。经过了青春期的爆发增长后，大脑有一段时间会去除突触，因此突触的数量开始减少。在16岁左右，大脑发育成熟，这时，突触大约能形成150万亿个连接。
我们不知道为何未发育成熟的大脑会生成如此多的连接，也不知道大脑后来如何决定要去除哪些连接。部分神经学家认为，那些我们用不上的连接会退化并消亡，这种观点似乎佐证了“不用就作废”的原则。他们还提出，在早期刺激尽可能多的连接，在今后的岁月里就有希望保住它们。另一种理论则认为，脑部回路的增长与筛选是由基因决定的，人们对突触的去留基本无能为力。
神经学家帕特里夏·高德曼-拉奇克曾对美国教育委员会表示，“虽然孩童的大脑在早期获得了数量庞大的信息”，但多数学识是在突触的数量固定后获得的。“从孩子一年级入学起，到高中、大学，以及之后的一系列教育，突触的数量基本没有变化。多数学习出现在没有突触形成，或少有突触形成的时间里”，但我们在语言、数学及逻辑上的能力却可以发展到成人水平。[3]而在神经学家哈里·T.丘加尼看来，很可能就是在这段时期而不是婴儿时期，经验与环境刺激调理了一个人的大脑回路，也让人与人之间的神经结构如此不同。[4]在2011年的一篇文章中，英国一个研究心理学与社会学的团队回顾了神经学证据，并得出结论：大脑的结构与整体构造在很大程度上是由基因决定的，但神经网络的精细构造似乎也可以由经验来塑造，而且具备大幅修改的能力。[5]
大脑会变化，这一点在很多前沿领域已经体现得越发明显。诺曼·道伊奇在《重塑大脑，重塑人生》一书中列举了一些激动人心的例子：病人在神经学家的帮助下克服了严重的伤残带来的困难，而这些神经学家的研究与实践也革新了我们对神经可塑性的认识。
保罗·巴赫里塔就是其中的一位神经学家，他开发了一套设备，可以帮助那些感觉器官有损伤的病人。巴赫里塔的设备能让病人重拾失去的技能，通过训练大脑对身体其他部位所受的刺激产生反应，用一套感觉系统取代另一套系统。这种尝试与盲人学习使用回声定位来认路很相似。盲人可以学习用一根手杖指来点去，辨别不同的回声以“看见”周围的环境，也可以学习布莱叶盲文[6]用触觉进行阅读。
巴赫里塔有一位前庭系统（位于内耳，决定着人的平衡感与空间位置感）受过损伤的女性患者。她无法掌握平衡，因此不能站立、行走，必须靠人搀扶。巴赫里塔设计了一顶头盔，其上有一把木工水平尺，可以通过电线连接将信号发送到一块邮票大小的磁条上，而这块带有144个微电极的磁条就放置在这位病人的舌头上。当她的头偏斜时，电极就会在舌头上放电，像吃了跳跳糖一样，这种独特的模式可以反映出她头部运动的方位与角度。这位病人戴着头盔练习，逐渐重新训练自己的大脑和前庭系统。每次训练结束后，她保持平衡的时间都会拉长。
另一位35岁的男性患者在13岁时失明了。他的设备是装有小型摄像机的头盔，也可以向舌头发送脉冲信号。巴赫里塔解释说，人类看东西靠的不是眼睛，而是大脑。眼睛负责感觉，大脑负责解读。这套设备能够取得成效的原理在于，大脑可以学着从舌头上解读信号，就和视力一样。《纽约时报》报道了这一非凡的成果：病人“找到了房门，接住了滚向他的皮球，20年来第一次和自己的小女儿玩石头剪刀布。（他）表示，通过练习，替代的感觉器官越来越灵敏了，‘就像大脑又重新恢复了功能一样’”。[7]
另一种场合也可以用到这种方法，就是飞行模拟训练。用电线将模拟器与飞行员的胸部相连，传输机舱仪器的度数，有助于他们的大脑感受到倾角与高度的变化，而这些变化在特定飞行状态下是无法被飞行员的前庭系统感知的。
我们大脑中的绝大部分是由神经细胞体组成的，它被科学家称为脑灰质。被称为脑白质的东西则是由连接组成的，也就是那些连接其他神经细胞体树突的轴突，以及包裹着某些轴突的蜡状髓鞘——它们就像电灯线上的塑料涂层一样。针对脑灰质与脑白质展开的研究有很多，因为人们希望了解大脑的这两种组成部分是如何塑造感知与运动技能活动的，以及我们的生活怎样改变了它们。脑成像技术近来飞跃发展，让这类研究取得了极大的进展。
美国国家卫生研究院资助的“人类连接组计划”就是一项雄心勃勃的实验，旨在绘制出人脑中神经连接的图谱。（“连接组”这个词指代的是人类神经回路的结构，是为了和人类基因序列图谱绘制计划中的“基因组”一词对应。）参与这项研究的机构在网站上放出了脑纤维结构的图像，这些图像看起来非常惊人：大量线状的人脑轴突呈现出霓虹灯般的色彩，表明了信号传输的方向，看起来非常像20世纪70年代超级计算机中的大量线缆。早期的研究成果很有意思。加利福尼亚大学洛杉矶校区的一项研究对比了同卵双胞胎（基因几乎完全相似）与异卵双胞胎（仅有部分基因相似）的突触结构。这项研究证明了其他研究的假设，即心智能力的高低是由神经连接发展的强弱决定的。这种强弱初期在很大程度上是由基因决定的，但人的神经回路并不像身体发育得那么早，而是会持续变化，即便到四五十岁甚至六十岁的时候，神经回路仍在发展。连接成熟的一部分是轴突髓鞘逐渐加厚的过程。髓鞘形成一般是从大脑后部开始，逐渐发展到前部，等到成年时，会发展到额叶部分。额叶负责脑部功能的执行，也是处理高级推理、判断，以及经验技能的区域。
髓鞘的厚度对应着能力的强弱。研究倾向于认为，增加练习可以强化相关领域的髓鞘，加大电信号传输的速度与强度，人的成绩也能随之得到提高。举例来说，如果多练钢琴，和手指运动以及音乐创作相关的认知过程对应的神经纤维髓鞘就会加速生成，而不从事音乐工作的人就不会出现这种变化。[8]
对习惯养成的研究提出了一个关于神经可塑性的有趣看法。为了实现一个目标而采取有意识的行为用到的神经回路，与采取自发的、出于习惯的行为用到的神经回路并不相同。习惯驱使的行为是由大脑深层区域指导的，也就是基底神经节。当我们参加拓展培训，重复某种知识，尤其是调动运动技能和执行有先后次序的任务时，我们学到的东西被认为记录在了这一深层区域中，而这一区域也控制着眼动等潜意识行为。研究认为，在这种记录的过程中，大脑有时会把连续的运动与认知行为集合到一起，从而保证以单一单元的方式进行这些行为，也就是说，无须进行一系列有意识的决定，因为有意识的决定会大幅降低人的反应速度。如此一来，这些连续的行为就变成了反射式的——这些行为在一开始可能是我们为了达成某一目标而自学的，但之后它们会变成一种针对刺激所做的反射。有的研究人员会用“宏”（一种简单的计算机应用）这个词来描述大脑的这种集合功能，认为它是一种高效的、统一的学习形式。将各种行为集合起来，对于习惯的养成具有重要的意义。秉持这一看法的若干理论有助于解释为何在体育运动中，我们能发展出不用思考就可以应对突发事件的能力；也可以解释为何音乐家手指的移动速度可以超过他们的有意识思维；还可以解释为何国际象棋选手能学会预测无数种可能的走法，看穿棋局中的棋路。对于大多数人来说，你在打字的时候也能表现出同样的天赋。
人们发现，大脑中整合学习与记忆的区域——海马体——可以终生生成新的神经元，这是大脑会持续改变的另一个基本证据。这种现象被称为神经发生，在大脑受创恢复和人的终身学习能力上发挥了很大作用。神经发生与学习、记忆之间的关系尚属全新的研究领域，但科学家已经证明，联想学习这种活动（也就是学习并记忆无关事物间的关系，例如人的姓名与面孔）可以刺激海马体中生成更多新的神经元。神经发生的增加先于学习活动的进行，意味着大脑会主动学习，而且这种增加在学习活动完成后还会持续一段时间，意味着神经发生在记忆巩固上发挥了一定的作用，也说明有间隔的、花费精力的检索练习有长期性效果。[9]
当然，学习与记忆都属于神经处理过程。检索练习、有间隔的练习、演练、规则学习，以及建立心智模型都能提高学习与记忆水平。这些都是神经可塑性真实存在的证据，而且也符合科学家的认识，即巩固记忆是增加并强化神经通路的手段，人们在今后可以通过这些神经通路检索并应用所学的知识。用安·巴内特和理查德·巴内特的话来说就是，人的智力开发是“遗传趋势与生活经历之间的对话，将会持续一生”。[10]本章的其余内容将讨论这种对话的本质。