第一章：學習
1.1 腦中硬碟的位置
一切知識都始於思考。當然，許多學習型態並不需要有意識地思考（例如「自動化階段」的學習），但本書探討的是，我們如何有意識地處理並學習訊息，以期最終能夠理解訊息的含意。沒有學習就無法成就理解，而沒有思考也不可能學習。然而，我們腦子裡的意念究竟是怎麼回事？而我們所學過的知識，究竟又藏身何處？
人腦有個大問題：我們看不到它是怎麼運作的。如果我們切開腦部觀察，見到的是一公斤半的水、蛋白質與脂肪，乍看之下並不特別美觀，但有哪個內臟稱得上美觀呢？一顆腦的大小相當於一顆大芒果，而爛熟的芒果，相態也和人腦極為接近；這讓人忍不住想提出，數千年來人類苦苦思索的問題：這樣的大腦是如何形成思維的？
在日常生活中，我們很習慣每件物體都占據一定的空間，當我們想存放某件物品時，我們就將它放置到某處，之後再從那裡找出來。例如你將一塊金條鎖進保險箱（儲存在保險箱內），需要時再取出。我們總是將物品存放在某處，換句話說，儲存需要一個地點（一個「儲存空間」，德文稱為Speicherplatz）。因此我們大可假設，大腦也是訊息的「儲存空間」。這種想法或許與Speicherplatz這個字有關：Speicher源自拉丁文的spicarium，意思是貯存穀穗（拉丁文：spica）的糧倉，因此每個儲存空間都是一個古希臘、羅馬穀倉的現代版。在德語裡罵人「腦袋裡有麥桿」（Stroh im Kopf，表示某人很蠢），說不定就是源自這裡……。
如此說來，一個「Speicher」就是一個地點，而當我們想貯存物品時，就必須將它存放在這個地點。然而，人腦不同，如果我們把一塊金條擺進保險箱，多年後再取出，金條的外觀依舊會和存放時相同，但人腦中的訊息與思想卻不同，它們不斷改變，會經過加工處理、異化，而且並非位在我們腦部的某個位置。這麼一來，如果我們想探究大腦到底如何儲存並學習資訊，情況就有點複雜，因為這是另一回事：「學到的」與「記憶」二者間的關係，就如美味的麵包與穀倉，我們必須先將儲存物（無論是訊息或穀物）加工處理，才能形成美好的產物。這種加工處理過程是學習，而最後的產品（腦中的思維）便是我們所學到的內容。
思維的音樂
在人類的腦子裡，我們看不到任何思想，也看不到任何資訊、回憶、數據、情感或知識，只看得到彼此連結的神經細胞：而這些神經細胞的互動才創造出我們稱為「思維」的產物。
聽起來太過抽象嗎？請你想像自己置身在演奏會上，前方坐著樂團，但沒有任何人演奏。當你見到坐在你前方，靜默無聲的樂團時，你並不知道這個樂團剛才演奏了什麼，或者接下來要演奏什麼曲子。人腦的情況也是如此：如果把人腦切開，你同樣不知道這顆腦在想什麼（雖然想當然耳，切開的腦應該已經無法思考了）；一個系統的組織構造還無法告訴我們，這個系統是如何運作的。光是見到一個樂團或一顆腦，我們還無法推論，接下來的旋律或思維會如何展現。當然，知道人腦的解剖構造，對我們多少有幫助，但光是這樣還不夠。這就彷彿我們在德國的法蘭克福上空飛行，想從空中俯瞰，了解這座城市如何運作。也許我們能分辨住宅區、公園、購物商場、商業區的位置，也看得出何處交通特別繁忙，但隱身在這些建築物之中的究竟是什麼、有哪些互動在進行著，我們依然不清楚。
樂團演奏音樂時會形成一種狀態，但無論你多麼仔細觀察這個樂團，都找不到音樂究竟在哪裡，因為音樂必須在音樂家合奏之下才會形成。不只如此，同一樂團可以演奏兩首不同的曲子，也就是在同一個地點，能存在兩種截然不同的活動。人腦中的情況也類似，同一個神經網絡能接受不同的刺激而活化，這樣的活動，我們稱之為「思考」。一個思想意念並不會儲存在某個地方（如同硬碟上），思想意念是人腦當下的狀態。
以這種方式激生各種狀態，具有一個極大的優點：不受地點限制。請你同樣想像，某個樂團正在演奏貝多芬著名的「第五號交響曲」開頭「ba-ba-ba-baaaa」。無論演奏的是弦樂器、木管樂器或小號，我們都能聽出這段旋律。此外，在原來的旋律上也能改變力度，加上漸強、弱或中強等變化，而在聆賞時，我們同樣能心領神會。狀態的變化，本身也能呈現出某種意涵，而這一點，我們一樣能運用在人腦上：思想意念不必然是神經細胞當下正在進行同步活動，也可能是同步活動在產生變化。
題外話：腦科學的聖杯
我們對樂團的了解幾乎鉅細靡遺，能解釋各種樂器如何運作，也知道樂團一般的組成。我們知道在樂團中，音樂家彼此構成的動能，也能說明各種樂器所發出相互碰撞的聲波互動，是如何形成音樂的。
對於大腦各部分的運作，例如神經細胞如何改變結構、激活哪些基因、釋放哪些傳導物質，以及這些活動會帶來怎樣的影響等，我們了解的也不少。當然，我們對相關的知識還稱不上鉅細靡遺，但我們已能清楚解釋神經細胞的基本運作法則。此外，對於人腦的構造，我們也有相當程度的了解，知道人腦的哪個部位處理視覺、語言、運動技能或情緒狀態。但在此我們也必須坦承，對於人腦的大略構造，雖然建構出日漸清晰的圖像，卻仍然不了解其中各個部分是如何連結、互動的。此外，我們對人腦大部分的功能還是不了解。這些區域大多位在所謂的腦皮質聯合區，因為這些腦區的種種功能，我們才得以進行較高階的思考，其中包括許多我們稱為有意識的思考、語言與記憶等，或是規畫行動時所需的能力。
另外，我們尚未了解的還有：腦細胞彼此間的互動如何形成我們所說的「思維」？成千上萬，乃至上百萬個腦細胞如何同步活動，又如何控制這種動能？在音樂中構成音樂的要素，如果我們將它視為是決定思維的神經元程式碼，那麼直到今日，我們依然沒有破譯這種腦中的程式碼。
也許永遠沒有哪位生物學家能回答這個問題，也沒有哪個樂器製造者能解釋，樂團演奏的音樂是如何形成的。此外，如果想解釋思維如何形成，也許我們需要一種截然不同的科學或研究方式。如果我們深入觀察樂團裡某位音樂家，一一記錄他的活動，最後便能得知他的一切，但對於整個旋律是如何構成的，我們還是一無所知。若想知道，就必須了解其他演奏者的樂器聲波與前者的樂器聲波如何疊加，以及這種疊加又是如何形成更高層次的東西，也就是音樂。
在其他科學領域裡我們同樣看得到這種更高層次的「質變」，例如在物理學上我們無法測得單一分子的溫度，但能測量其速率。此時空氣分子能以一千公里的時速撞擊我們的皮膚（由於單一空氣分子極小又極輕，因此我們毫無所覺）。但是，如果測量許多空氣分子的速率，求其統計結果，就能從所有空氣分子的速率分布推導出某個空間中的溫度，因為這個溫度正是來自所有空氣分子的速率。空氣分子的運動速率愈快，溫度就愈高；運動速率減緩，溫度就下降。在某個時間點似乎突破了某個界限，從單一分子的速率變成某種更廣泛的特質，也就是溫度。這個時間點我們能以數學（馬克士威-波茲曼分布〔Maxwell-Boltzmann-Verteilung〕）清楚解釋，這則公式說明的正是分子速率與溫度，二者間的交互作用。
也許有可以解釋人腦的馬克士威-波茲曼分布，或是存在著能說明如何從個別的腦細胞活動形成某種動能的數學或資訊學模型，而這種動能是我們從思維得知的。可惜以目前的研究水準，我們並不知道世上是否存在這種思維的數學。如果有的話，這將會是「腦科學的聖杯」，找出這個聖杯，我們便能找到對人類智能的解釋。
腦中的樂團指揮？
讓我們再回到學習與思考：思維意念是神經細胞的互動。如果我請各位回想去年耶誕節的情景，那麼並不是你的腦部某處有一個耶誕節神經細胞開始活躍，進而喚起回憶。實際上是神經細胞進入某種狀態，也就是回憶的狀態。以之前的管弦樂來形容就是：一首曲子不會儲存在某個地點，而是當音樂家演奏時，每次都重新形成。
再以管弦樂團為例：有了樂團裡的指揮，才能使樂團的各個組成部分在對的時間、以對的強度互動（也就是演奏音樂）。如果沒有指揮，演奏者就不知道何時該由誰接著起奏，這麼一來，音樂就會大亂；唯有指揮家才能控制亂象，重建秩序。
然而，從不同部分的聲響形成有秩序的構造，並不僅有一種方式。曾經聆賞過優秀演奏會的人，想必經歷過另一種情況：演奏結束，現場響起如雷掌聲，音樂家在鼓掌的聽眾前鞠躬致謝，掌聲久久不歇，接著出現某種特別的情況：掌聲突然變得一致，突然無中生有（沒有帶頭鼓掌的人），形成井然有序的構造，也就是掌聲的節奏。
彼此同步活動，互相協調成整齊劃一節奏的神經細胞，情況非常類似。一旦這種情況夠密集，神經細胞的活動極有節奏且同步一致，我們甚至能測量它們的放電——將電極放在頭上加以測量。如此一來，完全不需要指揮者，神經網絡便能從混亂中形成某種秩序。對這種系統而言，「學習」便是適應重複出現的模式。每次，神經細胞彼此都能配合得更好一些，真的在「練習」一種模式，以便在下一次運作得更良好。這種神經網絡的適應過程，我們稱之為「學習」。
勤奮練習的神經細胞
樂團若想演奏出悠揚的樂曲，便需勤練不輟，而且這種練習涵蓋兩個層面：一是每件樂器，二是整個樂團。首先，每位音樂家必須能掌握自己的樂器，否則就算和其他夥伴合奏，成果也不佳。另一方面，樂團音樂家彼此之間必須逐漸培養默契，而這時就少不了指揮家。
人腦之中同樣存在這兩種層面的學習行為：一是在神經細胞層級上的精細學習行為；一是在整體神經網絡的層級上，較大、有系統的學習行為。神經細胞的學習行為必須迅速進行，因為我們接收到的刺激往往極為短暫，這表示，神經細胞必須在幾秒鐘內對刺激做出反應、調適，並且將這種變化持久定著。例如碰到灼熱的爐板時，我們不該考慮太久，必須當機立斷，發現這樣很危險。反之，整個神經網絡改變結構的過程則緩慢得多，可能需要持續數小時、數日或數星期。這兩種層級的學習使我們能特別聰明地學習。時間緊急時，我們能快速學習、迅速適應；若是為了作出長期決策而運用長久以前的記憶，則學得較慢且維持較久。
我們先來談談個別的神經細胞。神經細胞相對懶惰，甚至是人體中最懶惰的細胞。神經細胞終其一生不再分裂，也不再繁殖（除了少數例外），而且相當「厭世」。神經細胞必須不斷受到刺激活化才能存活，否則它們就會自殺。
其次，神經細胞並非單打獨鬥，它們總是打團體戰。為了彼此協同合作，會透過突觸（Synapse）相互連結。嗯，其實不是完全連結，因為每個突觸代表一個密切的聯絡處，神經細胞的突觸與另一個神經細胞極為接近，彼此間總是存在著極其微小的距離，這距離小到釋放出來的傳導物質能迅速抵達另一個神經細胞。特別的是，突觸並不單純只是連接某個神經細胞與另一個神經細胞的「接頭」，而是富有活力的構造。當神經細胞受到強烈刺激（例如受到其他神經細胞的電訊號〔electrical signals〕影響）時，便會釋放傳導物質，經由突觸傳遞給下一個神經細胞。這種情況越頻繁，參與其中的兩個神經細胞便會彼此配合，於是突觸增大，釋放的傳導物質更多，而身為接受方的神經細胞也會改變構造，使傳導物質的傳遞每一次都能有些許改善。反之亦然：如果神經突觸久久未經使用，就會像一座偏僻地區的火車站，不再有火車行駛，沒有必要翻新、修繕，最終難免沒落的命運。生命就是如此，不需要的，便會離去。我們不妨想像另一種情況：如果你的腦子老是帶著一堆不用的神經細胞，這將會是多大的浪費呀！
在大眾科學中經常提到，學習時，自然而然會形成新的突觸。這種說法儘管沒錯，卻不盡然正確。至少同樣重要的是，腦細胞會萎縮或者突觸會死亡，這樣神經網絡才能有效率地（節省能源）運作。這種處理訊息的型態具有一項莫大的優點，神經網絡能完全自主地適應刺激，幾乎不需要有人指示它該怎麼做，就能自我訓練。這樣聽起來很棒，卻有以下三大缺點。
首先，這樣的學習系統非常緩慢，因為它倚賴大量重複，必須經常複習，神經細胞才有足夠的時間，能適應次數頻繁的重複。
其次，這樣的系統能完美適應某種學習過程——適應對它施以訓練的訊息，但也就僅此而已。某個訊息對神經網絡的刺激越是密集，這個刺激就越能「烙印」在那裡；代價卻是學習新訊息會變得難上加難。在統計學上也見得到這種稱為「過度擬合」（overfitting）的現象：對某種數據或資料庫過度適應。 簡單來說就是，我們越是密集學習某件事物，就越聚焦在小細節，反而見不到大整體。總有一天我們會很難學習新知識。擁有清掃煙囪三十年資歷的人若想改行學習當侍酒師，將會面臨極大的挑戰。這不只是因為年齡已長使學習變得吃力，更因為學習系統本來就喜歡蒐集特定領域的專業知識。
最後，如此運作遲緩又過度擬合的神經網絡很容易崩潰。早在幾十年前，科學界便發現這種現象，並且稱之為「災難性遺忘」。
1.1 腦中硬碟的位置
一切知識都始於思考。當然，許多學習型態並不需要有意識地思考（例如「自動化階段」的學習），但本書探討的是，我們如何有意識地處理並學習訊息，以期最終能夠理解訊息的含意。沒有學習就無法成就理解，而沒有思考也不可能學習。然而，我們腦子裡的意念究竟是怎麼回事？而我們所學過的知識，究竟又藏身何處？
人腦有個大問題：我們看不到它是怎麼運作的。如果我們切開腦部觀察，見到的是一公斤半的水、蛋白質與脂肪，乍看之下並不特別美觀，但有哪個內臟稱得上美觀呢？一顆腦的大小相當於一顆大芒果，而爛熟的芒果，相態也和人腦極為接近；這讓人忍不住想提出，數千年來人類苦苦思索的問題：這樣的大腦是如何形成思維的？
在日常生活中，我們很習慣每件物體都占據一定的空間，當我們想存放某件物品時，我們就將它放置到某處，之後再從那裡找出來。例如你將一塊金條鎖進保險箱（儲存在保險箱內），需要時再取出。我們總是將物品存放在某處，換句話說，儲存需要一個地點（一個「儲存空間」，德文稱為Speicherplatz）。因此我們大可假設，大腦也是訊息的「儲存空間」。這種想法或許與Speicherplatz這個字有關：Speicher源自拉丁文的spicarium，意思是貯存穀穗（拉丁文：spica）的糧倉，因此每個儲存空間都是一個古希臘、羅馬穀倉的現代版。在德語裡罵人「腦袋裡有麥桿」（Stroh im Kopf，表示某人很蠢），說不定就是源自這裡……。
如此說來，一個「Speicher」就是一個地點，而當我們想貯存物品時，就必須將它存放在這個地點。然而，人腦不同，如果我們把一塊金條擺進保險箱，多年後再取出，金條的外觀依舊會和存放時相同，但人腦中的訊息與思想卻不同，它們不斷改變，會經過加工處理、異化，而且並非位在我們腦部的某個位置。這麼一來，如果我們想探究大腦到底如何儲存並學習資訊，情況就有點複雜，因為這是另一回事：「學到的」與「記憶」二者間的關係，就如美味的麵包與穀倉，我們必須先將儲存物（無論是訊息或穀物）加工處理，才能形成美好的產物。這種加工處理過程是學習，而最後的產品（腦中的思維）便是我們所學到的內容。
思維的音樂
在人類的腦子裡，我們看不到任何思想，也看不到任何資訊、回憶、數據、情感或知識，只看得到彼此連結的神經細胞：而這些神經細胞的互動才創造出我們稱為「思維」的產物。
聽起來太過抽象嗎？請你想像自己置身在演奏會上，前方坐著樂團，但沒有任何人演奏。當你見到坐在你前方，靜默無聲的樂團時，你並不知道這個樂團剛才演奏了什麼，或者接下來要演奏什麼曲子。人腦的情況也是如此：如果把人腦切開，你同樣不知道這顆腦在想什麼（雖然想當然耳，切開的腦應該已經無法思考了）；一個系統的組織構造還無法告訴我們，這個系統是如何運作的。光是見到一個樂團或一顆腦，我們還無法推論，接下來的旋律或思維會如何展現。當然，知道人腦的解剖構造，對我們多少有幫助，但光是這樣還不夠。這就彷彿我們在德國的法蘭克福上空飛行，想從空中俯瞰，了解這座城市如何運作。也許我們能分辨住宅區、公園、購物商場、商業區的位置，也看得出何處交通特別繁忙，但隱身在這些建築物之中的究竟是什麼、有哪些互動在進行著，我們依然不清楚。
樂團演奏音樂時會形成一種狀態，但無論你多麼仔細觀察這個樂團，都找不到音樂究竟在哪裡，因為音樂必須在音樂家合奏之下才會形成。不只如此，同一樂團可以演奏兩首不同的曲子，也就是在同一個地點，能存在兩種截然不同的活動。人腦中的情況也類似，同一個神經網絡能接受不同的刺激而活化，這樣的活動，我們稱之為「思考」。一個思想意念並不會儲存在某個地方（如同硬碟上），思想意念是人腦當下的狀態。
以這種方式激生各種狀態，具有一個極大的優點：不受地點限制。請你同樣想像，某個樂團正在演奏貝多芬著名的「第五號交響曲」開頭「ba-ba-ba-baaaa」。無論演奏的是弦樂器、木管樂器或小號，我們都能聽出這段旋律。此外，在原來的旋律上也能改變力度，加上漸強、弱或中強等變化，而在聆賞時，我們同樣能心領神會。狀態的變化，本身也能呈現出某種意涵，而這一點，我們一樣能運用在人腦上：思想意念不必然是神經細胞當下正在進行同步活動，也可能是同步活動在產生變化。
題外話：腦科學的聖杯
我們對樂團的了解幾乎鉅細靡遺，能解釋各種樂器如何運作，也知道樂團一般的組成。我們知道在樂團中，音樂家彼此構成的動能，也能說明各種樂器所發出相互碰撞的聲波互動，是如何形成音樂的。
對於大腦各部分的運作，例如神經細胞如何改變結構、激活哪些基因、釋放哪些傳導物質，以及這些活動會帶來怎樣的影響等，我們了解的也不少。當然，我們對相關的知識還稱不上鉅細靡遺，但我們已能清楚解釋神經細胞的基本運作法則。此外，對於人腦的構造，我們也有相當程度的了解，知道人腦的哪個部位處理視覺、語言、運動技能或情緒狀態。但在此我們也必須坦承，對於人腦的大略構造，雖然建構出日漸清晰的圖像，卻仍然不了解其中各個部分是如何連結、互動的。此外，我們對人腦大部分的功能還是不了解。這些區域大多位在所謂的腦皮質聯合區，因為這些腦區的種種功能，我們才得以進行較高階的思考，其中包括許多我們稱為有意識的思考、語言與記憶等，或是規畫行動時所需的能力。
另外，我們尚未了解的還有：腦細胞彼此間的互動如何形成我們所說的「思維」？成千上萬，乃至上百萬個腦細胞如何同步活動，又如何控制這種動能？在音樂中構成音樂的要素，如果我們將它視為是決定思維的神經元程式碼，那麼直到今日，我們依然沒有破譯這種腦中的程式碼。
也許永遠沒有哪位生物學家能回答這個問題，也沒有哪個樂器製造者能解釋，樂團演奏的音樂是如何形成的。此外，如果想解釋思維如何形成，也許我們需要一種截然不同的科學或研究方式。如果我們深入觀察樂團裡某位音樂家，一一記錄他的活動，最後便能得知他的一切，但對於整個旋律是如何構成的，我們還是一無所知。若想知道，就必須了解其他演奏者的樂器聲波與前者的樂器聲波如何疊加，以及這種疊加又是如何形成更高層次的東西，也就是音樂。
在其他科學領域裡我們同樣看得到這種更高層次的「質變」，例如在物理學上我們無法測得單一分子的溫度，但能測量其速率。此時空氣分子能以一千公里的時速撞擊我們的皮膚（由於單一空氣分子極小又極輕，因此我們毫無所覺）。但是，如果測量許多空氣分子的速率，求其統計結果，就能從所有空氣分子的速率分布推導出某個空間中的溫度，因為這個溫度正是來自所有空氣分子的速率。空氣分子的運動速率愈快，溫度就愈高；運動速率減緩，溫度就下降。在某個時間點似乎突破了某個界限，從單一分子的速率變成某種更廣泛的特質，也就是溫度。這個時間點我們能以數學（馬克士威-波茲曼分布〔Maxwell-Boltzmann-Verteilung〕）清楚解釋，這則公式說明的正是分子速率與溫度，二者間的交互作用。
也許有可以解釋人腦的馬克士威-波茲曼分布，或是存在著能說明如何從個別的腦細胞活動形成某種動能的數學或資訊學模型，而這種動能是我們從思維得知的。可惜以目前的研究水準，我們並不知道世上是否存在這種思維的數學。如果有的話，這將會是「腦科學的聖杯」，找出這個聖杯，我們便能找到對人類智能的解釋。
腦中的樂團指揮？
讓我們再回到學習與思考：思維意念是神經細胞的互動。如果我請各位回想去年耶誕節的情景，那麼並不是你的腦部某處有一個耶誕節神經細胞開始活躍，進而喚起回憶。實際上是神經細胞進入某種狀態，也就是回憶的狀態。以之前的管弦樂來形容就是：一首曲子不會儲存在某個地點，而是當音樂家演奏時，每次都重新形成。
再以管弦樂團為例：有了樂團裡的指揮，才能使樂團的各個組成部分在對的時間、以對的強度互動（也就是演奏音樂）。如果沒有指揮，演奏者就不知道何時該由誰接著起奏，這麼一來，音樂就會大亂；唯有指揮家才能控制亂象，重建秩序。
然而，從不同部分的聲響形成有秩序的構造，並不僅有一種方式。曾經聆賞過優秀演奏會的人，想必經歷過另一種情況：演奏結束，現場響起如雷掌聲，音樂家在鼓掌的聽眾前鞠躬致謝，掌聲久久不歇，接著出現某種特別的情況：掌聲突然變得一致，突然無中生有（沒有帶頭鼓掌的人），形成井然有序的構造，也就是掌聲的節奏。
彼此同步活動，互相協調成整齊劃一節奏的神經細胞，情況非常類似。一旦這種情況夠密集，神經細胞的活動極有節奏且同步一致，我們甚至能測量它們的放電——將電極放在頭上加以測量。如此一來，完全不需要指揮者，神經網絡便能從混亂中形成某種秩序。對這種系統而言，「學習」便是適應重複出現的模式。每次，神經細胞彼此都能配合得更好一些，真的在「練習」一種模式，以便在下一次運作得更良好。這種神經網絡的適應過程，我們稱之為「學習」。
勤奮練習的神經細胞
樂團若想演奏出悠揚的樂曲，便需勤練不輟，而且這種練習涵蓋兩個層面：一是每件樂器，二是整個樂團。首先，每位音樂家必須能掌握自己的樂器，否則就算和其他夥伴合奏，成果也不佳。另一方面，樂團音樂家彼此之間必須逐漸培養默契，而這時就少不了指揮家。
人腦之中同樣存在這兩種層面的學習行為：一是在神經細胞層級上的精細學習行為；一是在整體神經網絡的層級上，較大、有系統的學習行為。神經細胞的學習行為必須迅速進行，因為我們接收到的刺激往往極為短暫，這表示，神經細胞必須在幾秒鐘內對刺激做出反應、調適，並且將這種變化持久定著。例如碰到灼熱的爐板時，我們不該考慮太久，必須當機立斷，發現這樣很危險。反之，整個神經網絡改變結構的過程則緩慢得多，可能需要持續數小時、數日或數星期。這兩種層級的學習使我們能特別聰明地學習。時間緊急時，我們能快速學習、迅速適應；若是為了作出長期決策而運用長久以前的記憶，則學得較慢且維持較久。
我們先來談談個別的神經細胞。神經細胞相對懶惰，甚至是人體中最懶惰的細胞。神經細胞終其一生不再分裂，也不再繁殖（除了少數例外），而且相當「厭世」。神經細胞必須不斷受到刺激活化才能存活，否則它們就會自殺。
其次，神經細胞並非單打獨鬥，它們總是打團體戰。為了彼此協同合作，會透過突觸（Synapse）相互連結。嗯，其實不是完全連結，因為每個突觸代表一個密切的聯絡處，神經細胞的突觸與另一個神經細胞極為接近，彼此間總是存在著極其微小的距離，這距離小到釋放出來的傳導物質能迅速抵達另一個神經細胞。特別的是，突觸並不單純只是連接某個神經細胞與另一個神經細胞的「接頭」，而是富有活力的構造。當神經細胞受到強烈刺激（例如受到其他神經細胞的電訊號〔electrical signals〕影響）時，便會釋放傳導物質，經由突觸傳遞給下一個神經細胞。這種情況越頻繁，參與其中的兩個神經細胞便會彼此配合，於是突觸增大，釋放的傳導物質更多，而身為接受方的神經細胞也會改變構造，使傳導物質的傳遞每一次都能有些許改善。反之亦然：如果神經突觸久久未經使用，就會像一座偏僻地區的火車站，不再有火車行駛，沒有必要翻新、修繕，最終難免沒落的命運。生命就是如此，不需要的，便會離去。我們不妨想像另一種情況：如果你的腦子老是帶著一堆不用的神經細胞，這將會是多大的浪費呀！
在大眾科學中經常提到，學習時，自然而然會形成新的突觸。這種說法儘管沒錯，卻不盡然正確。至少同樣重要的是，腦細胞會萎縮或者突觸會死亡，這樣神經網絡才能有效率地（節省能源）運作。這種處理訊息的型態具有一項莫大的優點，神經網絡能完全自主地適應刺激，幾乎不需要有人指示它該怎麼做，就能自我訓練。這樣聽起來很棒，卻有以下三大缺點。
首先，這樣的學習系統非常緩慢，因為它倚賴大量重複，必須經常複習，神經細胞才有足夠的時間，能適應次數頻繁的重複。
其次，這樣的系統能完美適應某種學習過程——適應對它施以訓練的訊息，但也就僅此而已。某個訊息對神經網絡的刺激越是密集，這個刺激就越能「烙印」在那裡；代價卻是學習新訊息會變得難上加難。在統計學上也見得到這種稱為「過度擬合」（overfitting）的現象：對某種數據或資料庫過度適應。 簡單來說就是，我們越是密集學習某件事物，就越聚焦在小細節，反而見不到大整體。總有一天我們會很難學習新知識。擁有清掃煙囪三十年資歷的人若想改行學習當侍酒師，將會面臨極大的挑戰。這不只是因為年齡已長使學習變得吃力，更因為學習系統本來就喜歡蒐集特定領域的專業知識。
最後，如此運作遲緩又過度擬合的神經網絡很容易崩潰。早在幾十年前，科學界便發現這種現象，並且稱之為「災難性遺忘」。
