事實證明，成人大腦不僅是可塑的，而且正如喬治·梅森大學克拉斯諾高階研究所神經學教授詹姆斯·奧爾茲（jamesolds）所說，是「非常可塑的」。或者用梅爾則尼奇的話說，是「相當可塑的」。隨著我們日漸變老，大腦可塑性會不斷衰退——大腦會以自己的方式拼命幹活，但永遠不會消失。我們的神經元一直都在不停地打斷舊連線，形成新連線，而嶄新的神經細胞不斷地被創造出來。奧爾茲評論說：「大腦具有在百忙當中自行重寫程式、改變執行方式的能力。」
然而，對於大腦是怎樣自行重新程式設計這個問題，我們還沒有了解所有的細節。不過，有一點是明確的：正如弗洛伊德所主張的那樣，秘密主要隱藏在神經突觸當中豐富的化學汁液裡。在我們神經元之間的微小間隔中發生的行為極其複雜，不過簡單說來就是，其中涉及各種各樣的化學反應，這些化學反應記錄著神經通路的體驗。每當我們執行任務或者體驗感覺的時候，不管是肉體性的還是精神性的，大腦當中都會有一批神經元被啟用。如果彼此臨近，這些神經元就會通過交換突觸之間類似於氨基酸的神經遞質而結合到一起。隨著同一種體驗的不斷重複，通過生理變化和解剖變化，神經元之間的突觸連線會變得越發強壯、越發豐富。諸如高濃度神經遞質的釋放就是生理變化，而新神經元的生成或者既有軸突和樹突上突觸終端的增長就是解剖變化。突觸連線也會隨著相應的體驗而弱化，這也是生理變化和解剖變化的結果。在生命過程中，不管我們學會了什麼，都會體現在大腦內部不停變化的細胞連線上。連線成串的神經元形成了我們頭腦當中真正的「關鍵路徑」。今天，科學家們用一句被稱為赫布法則的名言來總結神經可塑性的本質：「一起發射訊號的細胞會連線到一起。」
關於突觸連線如何變化，一個最簡單但也最有力的實證來自生物學家埃裡克·坎德爾（erickandel）於20世紀70年代初在一種大型海參身上所做的系列實驗。（海洋生物是神經學實驗的極好物件，因為它們通常有簡單的神經系統和巨大的神經細胞。）坎德爾的這項工作日後為他贏得了諾貝爾獎。當時他發現，如果觸控海參的鰓，即使用力非常輕，它的鰓也會反射性地馬上縮回去。但是，如果在不給海參帶來任何傷害的情況下反覆觸控它的鰓，鰓的收縮本能就會消失。海參會對觸控習以為常，忽略了觸控。坎德爾通過監測海參的神經系統發現，「與這種習得的行為變化相伴而生的」是負責「感覺觸控動作的觸覺神經元和負責告知海參作出反應的運動神經元之間突觸連線的逐漸弱化」。正常情況下，海參大約有90%的觸覺神經元連線著運動神經元。但在海參鰓剛剛被反覆觸控40次之後，只有10%的觸覺神經元還保持著與運動神經元的連線。坎德爾寫道，這項研究「顯著地表明，只需經過相對較少的訓練，神經突觸的強度就可以發生巨大而持久的變化」。
我們的神經突觸具有可塑性，這就使得幾個世紀以來關於大腦思維的兩種相互對立的哲學思想達到了協調統一：經驗主義和理性主義。在約翰·洛克（johnlocke）這樣的經驗主義者看來，大腦生來就是一張白紙，我們的知識完全來自生命過程中的體驗。用大家更熟悉的話說就是，我們是教養的產物，而非天性的產物。在康德這樣的理性主義者看來，我們生來就內建瞭如何認識世界、理解世界的思想「模板」，我們所有的體驗都要通過這些與生俱來的模板加以過濾，起決定作用的是天性。
正如坎德爾撰寫的報告所說，海參實驗顯示「這兩種觀點都有可取之處，事實上二者互為補充」。我們的遺傳基因「指定」了很多「神經元之間的連線，亦即哪些神經元和哪些別的神經元在什麼時候形成突觸連線」。那些由遺傳決定的突觸連線形成了康德所說的先天模板，這是大腦的基本體系結構。不過，我們的經驗可以調整連線的力度或「長期效力」。正如洛克所說，這樣的調整使思想和「新的行為模式表達」的重塑得以進行。經驗主義者和理性主義者所持的兩種相互對立的哲學思想在神經突觸這一問題上找到了共同點。紐約大學神經學家約瑟夫·勒杜克斯（josephledoux）在其著作《通過突觸看自己》（synapticself）中解釋說，天性和教養「實際上志同道合，二者都是通過形成大腦當中的突觸組織，最終達到它們的精神效果和行為效果」。
大腦不是我們過去一度認為的機器。儘管大腦不同區域和不同的心智功能相聯絡，但是細胞成分不會形成永久性結構，不會扮演確定不移的角色。細胞是靈活可變的，它們隨經驗、環境和需要的改變而改變。為了應對神經系統的損傷，大腦會發生某些廣泛的顯著變化。譬如，實驗表明，如果一個人因故致盲，大腦當中專門處理視覺刺激的部分，即視覺皮層，並不會萎縮。這部分割槽域很快就會被用於聽覺處理的線路接管。假如這個人去學習盲文，視覺皮層又會重新部署，用以處理通過觸覺傳送過來的資訊。麻省理工學院麥戈文腦研究所的南希·坎維舍（nancykanwisher）解釋說：「看起來神經元‘樂意’接收輸入，在其慣常輸入消失的時候，它們就開始作出反應，從事次級事項。」由於神經元靈活的適應性，聽覺和觸覺可以大幅加強，從而減輕了視力喪失產生的影響。因故致聾者大腦內部也會發生類似的改變：他們的其他感覺會強化，以補償聽力損失。譬如，處理邊緣視覺的大腦區域在這個時候會變大，從而看到以前只能聽到的內容。
對在事故中失去胳膊和腿的人進行實驗，結果也揭示了大腦可以在多大程度上自行重組。原先負責記錄失去肢體的感覺訊號的大腦區域很快就會被記錄身體其他部分感覺訊號的線路接管。神經學家維蘭努亞·拉瑪錢德朗是美國加州大學聖迭戈分校大腦與認知中心主任，他在研究一名在車禍中失去了左臂的男孩時發現，當他讓這個男孩閉上雙眼，然後撫摸他臉上的不同部位時，病人認為被觸控的是自己失去的左臂。當時，拉瑪錢德朗用刷子刷了一下男孩鼻子下方的一個斑點，問他：「你感覺這是在哪兒？」男孩回答說：「在我左面的傷口上，那個地方疼。」男孩的大腦對映圖當時正處於重組過程中，神經細胞在為新用途重新部署。這樣的實驗帶來的結果就是，人們現在相信截肢者產生的「幻覺肢」現象主要是由大腦神經元可塑性變化造成的。
我們對大腦適應性的認識不斷擴充套件，由此帶來了針對過去認為無法治療的一些病症的新型療法的發展。道伊奇在其2007年出版的《自我改變的大腦》（thebrainthatchangesitself）一書中講了一個名叫邁克爾·伯恩斯坦（michaelbernstein）的人的故事。這個人在54歲的時候發生了嚴重的中風，大腦右半球中掌管左側軀體運動的區域遭到了損壞。經過傳統的物理治療，他恢復了一些運動機能，但是左手仍然不聽使喚，而且行走必須依靠柺杖。不過，伯恩斯坦後來參加了一項實驗性治療專案，這個專案是由一位名叫愛德華·陶勃（edwardtaub）的神經可塑性前沿研究員在亞拉巴馬大學開展的。每週6天，每天8小時，伯恩斯坦用自己的左手和左腿一遍又一遍地重複完成例行動作。直到有一天，他能擦洗窗玻璃了。第二天，他能用手寫字了。重複動作可以「哄騙」神經細胞和神經突觸形成新的神經迴路，接管以前由大腦受損區域的神經迴路負責執行的功能。幾個星期後，伯恩斯坦幾乎恢復了手和腿的全部活動能力，從而甩掉柺杖，重新回到了日常生活。陶勃的其他很多病人也都經歷了與此類似的強制恢復過程。
神經可塑性的很多早期證據來自對大腦應對損傷所作反應的研究，研究物件要麼是梅爾則尼奇使用的猴子手部神經的斷裂，要麼是人類視力、聽力或肢體的喪失。一些科學家因此懷疑，成人大腦的可塑性是不是僅限於極端情況。他們提出一種理論，認為大腦可塑性也許是一種必不可少的復原機制，由大腦損傷或感官損傷觸發。進一步的實驗表明，實際情況並非如此。健康正常的神經系統具有廣泛而永久的可塑性，文獻中已經可以查到相關記錄，神經學家由此得出結論：我們的大腦總是在不斷變化的，環境和行為的輕微變化就會引起它的適應性調整。美國國家衛生研究院神經醫學研究所主任馬克·哈勒特（markhallett）寫道：「我們已經知道，神經可塑性不僅是可能的，而且一直都在持續進行。這是我們適應環境變化的方式，是我們瞭解新情況的方式，也是我們發展新技能的方式。」
哈佛醫學院頂尖神經學研究學者阿爾瓦羅·帕斯庫爾·勒奧納說：「在整個生命過程中，可塑性是貫穿一生、時刻進行的正常狀態。」為了響應我們的經驗和行為，大腦一直都在變化，它會根據「每一個感官輸入、每一個行為動作、每一次突觸連線、每一個反饋訊號、每一個行動計劃，或者每一次知覺轉移」而重新安排神經迴路。帕斯庫爾·勒奧納論證說，神經可塑性是最重要的進化產物之一，這種顯著特性使得神經系統可以「超越自身基因組的限制，從而適應環境壓力、生理變化和體驗」。我們大腦結構的天賦優勢不是其中包含硬佈線的零件，而是不包含這樣的零件。《不斷適應的心靈》（adaptingminds）是哲學家大衛·布勒（davidbuller）關於進化心理學的批判著作，他在其中寫道，自然選擇「沒有設計好一個由許多預製的適應性結構組成的大腦」，而是造就了一個能夠「為應對區域性環境需要而形成專門結構，從而在個體的整個生命週期內，有時是在幾天內，適應這些需要的」大腦。進化給了我們一個可以一而再、再而三地改變其思想的大腦。
現在我們知道，我們的思考方式、認知方式和行為方式既不是完全由基因決定的，也不是完全由童年經歷決定的。我們通過自己的生活方式，而且正如梅爾則尼奇所說的，也通過我們所使用的工具，來改變上述三種方式。愛德華·陶勃在亞拉巴馬州開辦康復門診之前幾年，對一組使用右手持弓的小提琴演奏者進行了一項著名的實驗。他用一臺機器監測神經活動，對他們大腦皮層中負責處理來自左手訊號的區域進行測量，這些人都用左手按琴絃。他還找了一組從來沒有彈奏過樂器的右利手志願者，測量他們大腦皮層的同一區域的大小。陶勃發現，小提琴演奏者的大腦相應區域明顯大於不彈奏樂器的那些人。然後，他又對負責處理來自右手訊號的大腦皮層區域加以測量，這次他發現兩組之間沒有區別。演奏小提琴這樣一種樂器，結果在大腦中引起了實質性的物理變化。就連成年之後才首次接觸樂器的那些音樂家，也是這樣。
科學家在訓練靈長類動物及其他動物學習使用簡單工具的時候，發現技術對動物大腦的影響非常深遠。例如，人們可以教會猴子使用耙子和鉗子，去獲得不用工具無法得到的食物。在整個訓練過程中，研究人員監測了猴子的神經活動情況。他們發現，與控制猴子拿工具的手相關的視覺區域和動作區域有顯著增長。不過，他們還有更加驚人的發現：耙子和鉗子實際上已經和猴子手部的腦譜圖融為一體。就猴子大腦而言，這些工具已經變成了它們身體的組成部分。據進行耙子實驗的研究人員報告，猴子的大腦行為開始表現得「好像耙子成了它們的手指一樣」。
不光重複進行的身體動作可以重新安排我們大腦的神經迴路，單純的精神活動也可以改變我們的神經迴路，而且有時候這種方式的影響更大。20世紀90年代末，英國的一個研究小組對倫敦16位計程車司機的大腦進行掃描，這些人的駕駛經驗為2~42年。把他們的掃描結果跟對比組的結果加以比較，研究人員發現計程車司機大腦後部的海馬狀突起要比正常水平大得多，而大腦的這個部分在對個人周邊環境的空間描繪方面發揮著關鍵作用。而且，計程車司機從業時間越長，他的腦後海馬狀突起往往越大。研究人員還發現，計程車司機大腦前部的海馬狀突起小於正常水平，顯然這是為了適應腦後區域增大這一需要的結果。進一步的實驗結果顯示，腦前海馬狀突起萎縮可以減弱計程車司機在其他記憶方面的能力。研究人員得出結論：為了在倫敦錯綜複雜的道路體系中穿梭行駛，計程車司機的大腦需要持續不斷地處理空間訊號，這一處理過程「伴隨著海馬狀突起內大腦灰質的相對再分配」。
帕斯庫爾·勒奧納在美國國家衛生研究院工作的時候進行過另外一個實驗，那個實驗為我們的思考模式對大腦解剖結構的影響方式提供了更加顯著的證據。帕斯庫爾·勒奧納徵募了一些沒有鋼琴彈奏經驗的人，教他們學會彈奏一支由簡單音符組成的曲子。然後他把實驗參與者分成兩組，在接下來的5天時間裡，他讓其中一組每天練習彈奏兩小時，另一組也在鋼琴前端坐同樣的時間，但只是想象怎樣彈奏曲子，並不接觸琴鍵。帕斯庫爾·勒奧納利用一種稱為經顱磁刺激的技術，為所有參與者繪製了實驗之前、之中和之後的腦譜圖。他發現，只是想象如何彈奏曲子的那些人大腦當中顯示出來的變化與實際彈奏的那些人一樣。單憑想象執行的動作引起了大腦的相應變化，也就是說，大腦發生了跟他們的思想相對應的變化。笛卡爾在二元論上可能是錯誤的，但他認為我們的思想能夠對我們的大腦施加物理影響，至少可以讓大腦作出物理反應，這一點看來是正確的。從神經學上講，我們想什麼，就會變成什麼。
邁克爾·格林伯格（michaelgreenberg）在《紐約書評》2008年的一篇評論文章中，為神經可塑性唱響了詩意的讚歌。他評論道，我們的神經系統「憑藉其神經分支、神經遞質以及設計巧妙的細胞間隔，似乎具有一種即興發揮的能力，可以自行真實反映出無法預知的思想」。那是「一個隨著經驗的改變而改變的暫時性空間」。我們的思想硬體能夠毫不困難地適應自己的經驗，就連老年人的大腦都能學會新的技藝，我們有充分的理由對此心存感激。大腦具有可塑性，不僅為腦部受損或患病的人們帶來了新療法和新希望，而且也為我們所有人提供了思想的靈活性和心智的柔韌性，使我們能夠適應新環境、學習新技能，並在一般意義上拓展我們的視野。
不過，並非全是好訊息。雖然神經可塑性規避了遺傳決定論，為自由思想和自由意願留出了一個逃生的出口，但它也對我們的行為強加上了它自己的決定論。隨著大腦內部特定神經迴路通過重複性的精神活動和肢體活動而不斷強化，神經迴路開始把那種活動轉變成行為習慣。道伊奇評論說，神經可塑性的悖論就是，儘管它保證我們具有心智靈活性，但它最終也會讓我們受困於「僵化的行為」。由化學作用觸發的神經突觸把我們的神經元連線起來，它們有效地編排程式，為的就是不斷強化它們已經形成的神經迴路。道伊奇寫道，一旦我們在大腦內部完成了新的神經迴路連線，「我們就會渴望一直讓它處於啟用狀態」。這就是大腦微調自身功能的方式。無用的神經迴路會被剪除，例行性活動的執行則會越來越迅速、高效。
換句話說，可塑性並不等於彈性。我們的神經迴路不會像橡皮圈那樣收縮為以前的狀態，而是會盡力保持已經改變了的狀態。而且，新的狀態並不一定是我們想要的狀態。帕斯庫爾·勒奧納評論說：「可塑性的變化未必代表某一特定方面的行為增益。」可塑性不僅是一種「發展和學習的機制」，還可以是「一種病理原因」。
毫不奇怪，從憂鬱症到強迫症，這些精神疾病都和神經可塑性有關。患者對症狀關注得越多，這些病症侵入神經迴路的程度就越深。在最壞的情況下，大腦會把自己訓練成患病狀態。很多上癮症就是通過加強大腦內的可塑性迴路而強化的。即使劑量極少的毒品都能大幅改變人體內神經遞質的流動，結果造成大腦回路和大腦功能的持久變化。某些情況下，諸如多巴胺（一種能夠產生愉悅感的類似於腎上腺素的物質）之類的特定神經遞質的累積似乎可以實際觸發特定基因的開啟或關閉，造成對毒品更加強烈的渴望。至關重要的通路變成了喪命之路。
不受歡迎的神經可塑性也存在於我們大腦平時的正常執行中。實驗表明，正如通過軀體練習或精神練習可以讓大腦新建或者加強神經迴路一樣，那些受到忽略的神經迴路也會弱化或消解。道伊奇寫道：「假如我們停止運用某種智力技能，那麼結果並不僅僅是這種技能的遺忘，大腦當中與該項技能對應的迴路會轉讓給不斷練習的替代技能。」加州大學洛杉磯分校醫學院心理學教授傑弗裡·施瓦茨（jeffreyschwartz）把這種過程稱為「忙者生存」。我們失去的智力技能的價值可能等於甚至超過新獲得的智力技能。在涉及思想質量的時候，我們的神經元和神經突觸完全是中立的。智力退化的可能性是我們大腦可塑性的應有之義。
這並不意味著我們無法通過步調一致的努力，再次改變神經訊號的傳輸方向，進而重建我們已經喪失的技能。正如萊昂·迪蒙所理解的那樣，現在的情況意味著我們大腦內部至關重要的神經迴路變成了阻力最小的路徑。那些迴路是我們大部分人將要在大部分時間裡通行的路徑，我們沿著這些迴路順流而下的速度越快，以後掉頭返航的難度就越大。
題外話我們的大腦在想什麼
亞里士多德認為，大腦的功能是避免身體過熱。在其關於解剖學和生理學的著作《論動物部分》（onthepartsofanimals）中，亞里士多德寫道，大腦是「肉和水的混合物」，腦內物質「調節著心臟的熱度和烈焰」。血液從胸腔中「熾熱」的部位上升到頭顱，在大腦當中降低到「適中」的溫度。冷卻下來的血液隨後向下流回身體其他部分。亞里士多德認為，這個過程類似於「對流雨形成時出現的情形。水蒸氣在熱量作用下從地面上升，進入上方區域，一旦遇到地表上空的冷空氣，由於冷凝作用，水蒸氣就會凝結成水，然後以下雨的形式降落到大地上」。人有「相對於體型來說比例最大的大腦」，原因在於「人的心肺區比其他任何動物都熱，血液量也更豐富」。希波克拉底和其他一些人推測，在亞里士多德看來，大腦顯然不可能成為「感覺器官」，因為「觸控大腦時，什麼感覺也不會產生」。亞里士多德寫道，在沒有知覺這個方面，「它就像動物的血液和排洩物一樣」。
今天，我們很容易因為亞里士多德的錯誤暗自發笑。不過，我們同樣也很容易理解這位偉大的哲學家為什麼會在歧途上走得那麼遠。被顱骨保護著的大腦沒有為我們提供感知其存在的觸覺訊號。我們能感覺到心在跳動，肺在張縮，胃在攪拌，但是，我們的大腦缺乏運動，沒有觸覺神經終端，因此我們一直感覺不到它的存在。意識的來源並不等於對意識的領會。從古羅馬時代一直到啟蒙運動時期，內科醫生和哲學家只能從屍體的頭骨中提取淺灰色的組織進行研究和解剖，以此推導大腦的功能。他們的看法通常會反映他們關於人類本性的假設，或者更一般地，反映他們關於宇宙本性的假設。正如羅伯特·馬滕森（robertmartensen）在《大腦的形成》（thebraintakesshape）一書中的描述，他們很願意把看得見的大腦結構納入自己預設的形而上的隱喻當中，「以便用他們自己的術語描繪其中的相似性」，從而為這個器官的物理組成部分作出安排。
在亞里士多德之後將近2000年，笛卡爾提出另外一個與水有關的比喻，來解釋大腦的功能。在他看來，大腦是設計精巧的水力「機器」中的一個部件，這臺機器的工作方式很像「皇家園林裡的噴泉」。心臟把血液壓到大腦，在大腦的松果體中，血液依靠壓力和熱量轉化為「生氣」，然後流過神經系統的「導管」。大腦中的「洞和孔」是調節生氣使之遍及身體其餘部分的「光圈」。笛卡爾對大腦作用的解釋極好地吻合了他的機械宇宙論。馬滕森寫道，根據機械宇宙論的說法，在獨立完備的系統中，「所有部分都依照其光學屬性和幾何屬性動態運轉」。
在對大腦功能的認識方面，現代化的顯微鏡、掃描器和感測器糾正了我們絕大部分稀奇古怪的舊觀念。但是，大腦那奇妙的特性——似乎既是又不是我們的組成部分——還在以微妙的方式影響著我們對它的認知。我們認為大腦以隔絕狀態存在，其基本天性不會受到我們日常生活中反常行為的影響。儘管我們知道大腦是一臺精密而敏感的經驗監測器，但我們還是願意相信它不受經驗的影響。我們願意相信大腦記錄的感覺和儲存的記憶不會在大腦自己的結構上留下任何物理痕跡。我們覺得如果相信另外一種情況將會引起對自身完整性的疑問。
在我開始擔心使用網際網路可能正在改變自己大腦處理資訊的方式時，我的感覺肯定就是那樣。起初我很抵制那種觀點。利用計算機這樣一種單純的工具打發時間，可以深刻或持久地改變大腦內部的結構，這種想法看起來簡直是愚蠢可笑。但是，我錯了。神經學家已經發現，大腦以及由此產生的思想永遠都是一項進展中的工作。不光對我們每一個個體是這樣，對我們整個物種也是這樣。
用進廢退這個觀點最早是由法國生物學家拉馬克提出的，它指的是生物體的器官經常使用就會變得發達，而不經常使用就會逐漸退化。——編者注