雖然激素能夠開啟復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)，但它們所攜帶的信息卻是相當(dāng)粗糙的，只與生物成長(zhǎng)和生存中最迫切的需求相關(guān)。而創(chuàng)造了西斯廷教堂、《魔笛》、相對(duì)論的分子間通信就是另一回事了?？蓺w根結(jié)底，人腦也只是由分子組成的而已。

不過時(shí)至今日，大腦還是一個(gè)謎團(tuán)，是科學(xué)中一大未解之謎。有的科學(xué)家認(rèn)為大腦永遠(yuǎn)無法完全理解其自身，因?yàn)檫@個(gè)問題所具有的自我指涉的本性總會(huì)造成盲點(diǎn)。而有的科學(xué)家則相信，對(duì)意識(shí)的科學(xué)解釋已經(jīng)在地平線上顯露出來了。不管怎樣看待，大腦的秘密可能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了單純分子的領(lǐng)地，而根植于與復(fù)雜的、緊密關(guān)聯(lián)的信息網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)相關(guān)的問題之中。在這里我們看到了還原論的局限：盡管思想的分子過程我們已經(jīng)描繪清楚了，但總體性的影響我們卻一無所知。

大腦中包含很多腦細(xì)胞，或者稱神經(jīng)元，總數(shù)在10億至1000億之間。這并不值得夸耀一番，別的器官的細(xì)胞數(shù)量也與此不相上下。但大腦與眾不同之處在于這些細(xì)胞間通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。每個(gè)神經(jīng)元都有大約1000個(gè)對(duì)外的連接，于是整個(gè)大腦中就有多達(dá)100萬億的細(xì)胞間連接，差不多相當(dāng)于1000個(gè)銀河系里星星的數(shù)量。在這樣的輸送網(wǎng)絡(luò)中，你瞬間就會(huì)迷失。計(jì)算機(jī)中集成電路的連接數(shù)量遠(yuǎn)不及此，因此也就難怪對(duì)于某些小孩子一下就能完成的任務(wù)，計(jì)算機(jī)即使算得再快也會(huì)悲慘地失敗。

神經(jīng)元會(huì)發(fā)送神經(jīng)信號(hào)——其本質(zhì)是電脈沖，信號(hào)沿著稱作軸突的管狀通道傳送，傳向另一個(gè)神經(jīng)元。軸突的末尾是一系列枝杈，它們的尖端連接著其他神經(jīng)元的細(xì)胞膜。這些連接處稱為突觸，在這里神經(jīng)信號(hào)從一個(gè)神經(jīng)元傳遞到另一個(gè)。神經(jīng)元還會(huì)伸出許多較短的、繁茂的分支，稱為樹突，負(fù)責(zé)從其他神經(jīng)元的軸突處收集信息。如果你喜歡，可以把軸突比作大腦的高速路，從一個(gè)神經(jīng)元城市延伸到另一個(gè)。在突觸的地方，高速路就進(jìn)入了岔路，連接到樹突，進(jìn)入另一個(gè)城市的路網(wǎng)。

盡管軸突信號(hào)是電信號(hào)，但它們與電路中金屬導(dǎo)線上的信號(hào)有所不同。軸突基本上是管狀的細(xì)胞膜，沿縱向分布著允許鈉離子和鉀離子出入的通道。有的離子通道永遠(yuǎn)都是打開的；有的則有“大門”，根據(jù)電信號(hào)做出開關(guān)反應(yīng)。還有的其實(shí)并不是通道，而實(shí)際上是個(gè)泵，積極地將鈉離子排到外面，將鉀離子拉到內(nèi)部。這些鈉-鉀泵能夠?qū)㈦x子向能量升高方向移動(dòng)，即將離子從低濃度區(qū)域移向高濃度區(qū)域，它們能這樣做的原因是從ATP得到了能量。

在“靜息”狀態(tài)，軸突內(nèi)部和外部的鈉離子和鉀離子是不平衡的，造成膜兩側(cè)電荷的差異，亦即電位的差異：內(nèi)側(cè)液體比外側(cè)多帶一些負(fù)電荷（即“靜息電位”）。當(dāng)信號(hào)沿著軸突傳遞時(shí)，部分有大門的鈉通道打開了，改變了離子的分布，使不平衡狀態(tài)發(fā)生反轉(zhuǎn)——內(nèi)側(cè)比外側(cè)多帶正電荷。此處的電位反轉(zhuǎn)又進(jìn)而打開了前方的鈉通道，于是就沿著軸突移動(dòng)下去。同時(shí)，后方的通道關(guān)閉，恢復(fù)了靜息電位。電壓脈沖或“動(dòng)作電位”就這樣沿著軸突傳遞下去（如圖35）。

在突觸處，神經(jīng)沖動(dòng)會(huì)從一個(gè)軸突傳到另一個(gè)神經(jīng)元。信號(hào)一般先從電形式轉(zhuǎn)化為化學(xué)形式。一種稱為神經(jīng)遞質(zhì)的小分子信使會(huì)將信號(hào)傳過軸突末端膜與另一神經(jīng)元膜之間的這段空間（稱作突觸間隙）。神經(jīng)遞質(zhì)原本包裹在軸突細(xì)胞內(nèi)小泡狀的膜結(jié)構(gòu)里，小泡與軸突細(xì)胞膜融合，這些分子信息釋放到了突觸間隙。神經(jīng)遞質(zhì)移動(dòng)到另一神經(jīng)元細(xì)胞膜的外表面，與受體蛋白相結(jié)合。

有很多種不同的分子都可以作為神經(jīng)遞質(zhì)。有的是簡(jiǎn)單的氨基酸，如甘氨酸和谷氨酸，或者是它們的衍生分子，如血清素和多巴胺。乙酰膽堿是在神經(jīng)和肌肉連接處將信息從中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳遞到肌肉細(xì)胞的一種分子（參見第103頁）。當(dāng)乙酰膽堿與肌肉細(xì)胞上的受體結(jié)合時(shí)，受體就會(huì)轉(zhuǎn)化為一個(gè)打開的鈉通道。鈉離子涌入細(xì)胞，改變細(xì)胞膜兩側(cè)的電壓，打開電壓控制的鈣通道，這樣就觸發(fā)了細(xì)胞內(nèi)部鈣離子濃度的升高，刺激肌肉收縮。

乙酰膽堿體現(xiàn)了神經(jīng)遞質(zhì)的普遍功能：打開或關(guān)閉離子通道，從而改變受體所在的膜兩側(cè)的電壓。這就將化學(xué)信息重新轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦畔?。乙酰膽堿能直接完成這項(xiàng)任務(wù)，因?yàn)樗氖荏w本身就是離子通道。其他的神經(jīng)傳遞途徑的作用方式與此不同：它們能使用第二信使將神經(jīng)遞質(zhì)的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子通道，和之前一樣也用到G蛋白作為媒介。

G蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制出現(xiàn)在如此多不同的場(chǎng)合，這不令人感到驚奇嗎？其實(shí)不算。隨著復(fù)雜的多細(xì)胞生物的進(jìn)化，細(xì)胞也擁有越來越多專門的功能，而細(xì)胞的共同祖先則擁有較為普遍的功能。盡管必要的時(shí)候生物會(huì)適應(yīng)環(huán)境，但對(duì)于特定的任務(wù)，久經(jīng)考驗(yàn)的機(jī)制還是會(huì)保留下來。這也就是為什么我們會(huì)與酵母、細(xì)菌共享相同的一些基因。G蛋白通路就是一種將膜外化學(xué)信息傳遞到膜內(nèi)的有效方式，還能在過程中放大信號(hào)。細(xì)胞的格言是：能用則用。