在大多数观察者看来，智能的本质是聪明，是在解决新问题时的多才多艺。伯特兰·罗素曾讽刺地指出：美国人研究的动物疯狂地奔跑，表现出令人难以置信的匆忙和活力，最终偶然实现了期望的结果。德国人观察的动物静静地坐着思考，最终从他们的内在意识中演化出解决方案。除了评论 1927 年的科学时尚之外，罗素的评论还说明了通常在随机试验和错误（直觉上似乎与智能行为无关）与顿悟之间形成的错误二分法。这需要两者之间的相互作用。
预见能力也被认为是智能的一个重要方面——尤其是在遇到那些终极聪明、只有战术而没有战略的人之后。心理学家让·皮亚杰强调，智能是我们不知道该做什么时使用的复杂探索。就我个人而言，我喜欢剑桥大学神经生物学家霍勒斯·巴洛提出的这个问题的方式。他说，智能就是做出一个猜测，发现一些新的潜在秩序。这个想法巧妙地涵盖了很多方面：找到问题的解决方案或论点的逻辑，偶然发现一个合适的类比，创造一个悦耳的和谐或一个诙谐的回答，或者猜测接下来可能发生什么。事实上，我们都会例行公事地预测接下来会发生什么，即使是在被动地听故事或旋律时也是如此。这就是为什么笑话的包袱或音乐的戏仿会让你措手不及——你潜意识里预测了其他的东西，并对这种不匹配感到惊讶。
智能和意识都关系到我们精神生活的高端，但它们经常与更基本的精神过程混淆，例如我们用来认出朋友或系鞋带的过程。当然，这些简单的神经机制很可能是我们处理逻辑和隐喻能力演变的基础。
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但这到底是如何发生的呢？这是一个进化问题，也是一个神经生理学问题。如果我们想了解我们自己的智能，就需要这两种答案。它们甚至可能帮助我们理解人造智能或外星智能是如何进化的。
我们的智能是否来自于拥有更多其他动物拥有的东西？两毫米厚的脑皮层是与产生新颖联想最相关的部分。我们的大脑皮层布满了褶皱，但如果将其展开，它将占据四张打字纸。黑猩猩的大脑皮层可以放在一张纸上，猴子的大脑皮层可以放在一张明信片上，老鼠的大脑皮层可以放在一张邮票上。
然而，纯粹的定量解释似乎并不完整。我将论证，我们的智能主要通过完善某些大脑特化功能而产生，例如语言特化功能。这种特化功能将在人类从猿类进化到人类的过程中，实现聪明才智和预见能力的飞跃——也许是大约 50,000 年前出现的创造性爆发，当时 20 万年前就长得像我们的人类终于开始像我们一样行动了。如果正如我所怀疑的那样，这种特化功能涉及语言、手部动作计划、音乐和舞蹈的共同核心功能，那么它就具有更大的解释力。
一个特别聪明的人通常显得思维敏捷，能够同时处理许多想法。事实上，对你的智商得分影响最大的两个因素是你在固定时间内能回答多少个新问题，以及你有多擅长处理六个左右的心理图像——就像那些类比题一样：A 之于 B，正如 C 之于（D、E 或 F）。
心智匹配
多才多艺是智能的另一个特征。大多数动物都是狭隘的专家，尤其是在饮食方面：山地大猩猩每天都要消耗 50 磅的绿叶。相比之下，黑猩猩的饮食会经常变化——它会吃水果、白蚁、树叶，甚至如果运气好能抓到小猴子或小猪也会吃。杂食动物的总体行为中有更多的基本动作，因为它们的祖先不得不切换于许多不同的食物来源之间。它们也需要更多的感觉模板——食物和捕食者等事物的心理图像，以便它们保持警惕。它们的行为是通过将这些感觉模板与反应性动作相匹配而产生的。
有时，动物会在玩耍时尝试新颖的搜索图像和动作组合，并在以后找到它的用途。许多动物只有在幼年时期才爱玩耍；成年是一件严肃的事情（它们有那么多的幼崽要喂养）。像猿类和人类一样拥有漫长的幼年期，无疑有助于智能的发展。漫长的寿命通过提供更多发现新行为的机会，进一步促进了多才多艺。
社交生活也让个体有机会模仿他人的有用发现。研究人员在日本观察到一群猴子复制了一只富有创造力的雌猴将食物上的沙子洗掉的技术。此外，社交生活充满了人际关系问题需要解决，例如等级制度造成的问题，这些问题远远超出了生存和繁殖的通常环境挑战。
然而，多才多艺并不总是一种优点，更多并不总是更好。正如经常乘坐飞机的旅客所知，只携带随身行李的乘客可以乘坐所有可用的出租车，而那些携带三个行李箱的人则要等待他们的行李。另一方面，如果天气非常不可预测，以至于每个人都必须携带从泳衣到北极派克大衣的各种服装旅行，那么万事通就比只精通一项的人更有优势。行为的多才多艺和大脑大小也是如此。
当乌干达的黑猩猩到达一片果树林时，它们经常发现高效的当地猴子已经迅速地剥夺了树上可食用的水果。黑猩猩可以转而捕捞白蚁，或者可能抓住一只猴子并吃掉它，但实际上，尽管它们的大脑是其专业竞争对手的两倍大，但它们的数量仍然受到这种竞争的严重限制。
多才多艺是否有优势取决于时间尺度：对于现代旅行者和进化中的猿类来说，这取决于天气变化的速度和旅行持续的时间。古气候学家发现，地球的许多地区都遭受着突然的气候变化，其开始的突然性就像持续十年的干旱一样，但持续了几个世纪。气候逆转如果消灭了果树，对许多猴子物种来说将是灾难性的。它也会伤害到更多杂食性动物，但它们可以用其他食物凑合，最终，当食物危机结束，竞争对手所剩无几时，它们的人口将会出现繁荣。
应对气候变化
尽管非洲在四百万到六百万年前直立姿势开始确立时正在变冷变干燥，但大脑大小并没有太大变化。人科动物大脑的四倍扩张直到 250 万年前冰河时代开始时才开始。来自格陵兰岛的冰芯显示，频繁的突发性降温事件叠加在冰川前进和后退的更庄严的节奏之上。由于气温和降雨量急剧下降，整片森林在几十年内消失了。温暖的降雨甚至在几个世纪后更突然地返回。
人科动物的解剖学适应性的进化不可能跟上这些突发性的气候变化，这些变化会在个体的生命周期内发生。尽管如此，这些环境波动可能促进了精神能力的逐步积累，从而赋予了更大的行为灵活性。
冰河时代期间增加的能力之一是人类语言能力。在我们大多数人中，对语言至关重要的大脑区域位于我们左耳上方。猴子缺乏这种左侧语言区域：它们的发声（以及人类简单的情感表达）使用胼胝体附近的更原始的语言区域，胼胝体是连接大脑半球的纤维带。
语言是人类智能最显著的特征：没有句法——口头思想的有序排列——我们不会比黑猩猩聪明多少。为了了解没有句法的生活，我们可以看看 11 岁聋哑男孩约瑟夫的案例。因为他听不到口语，也从未接触过流利的美国手语，约瑟夫在童年早期关键时期没有机会学习句法。
正如神经学家奥利弗·萨克斯在《看见声音》中描述他的那样：约瑟夫看到、区分、分类、使用；他在感知分类或概括方面没有问题，但他似乎无法超越这一点，将抽象的想法记在脑海中，反思、玩耍、计划。他似乎完全是字面意义上的——无法玩弄图像或假设或可能性，无法进入想象或比喻的领域……他似乎像动物或婴儿一样，被困在当下，被限制在字面和直接的感知中，尽管他意识到这一点，而婴儿不可能有这种意识。
为了理解为什么人类如此聪明，我们需要理解我们的祖先是如何改造猿类的符号库，并通过发明句法来增强它的。野生黑猩猩使用大约三十几种不同的发声来表达大约三十几种不同的含义。它们可能会重复一个声音来加强其含义，但它们不会将三个声音串在一起，为它们的词汇表添加一个新词。
说英语的人也使用大约三十几种发声，称为音素。然而，只有它们的组合才有内容：我们把无意义的声音串在一起，构成有意义的词。没有人解释过我们的祖先是如何克服用顺序组合的无意义音素系统取代一个声音/一个含义的障碍的，但这可能是猿到人进化过程中发生的最重要的进步之一。
此外，人类语言使用字符串的字符串，例如构成这个句子的词组。生成短句子的最简单方法，就像在洋泾浜英语和两岁儿童的语词中一样，被称为原始语言。在原始语言中，词的关联传达信息。如果句子很短，则不需要句法。
我们最亲近的动物近亲，普通黑猩猩和倭黑猩猩（侏儒黑猩猩），在熟练的老师的激励下，可以达到令人惊讶的语言理解水平。最成功的倭黑猩猩坎齐可以理解他以前从未听过的句子，例如“去办公室把红球拿回来”，理解程度与 2.5 岁的孩子差不多。坎齐和孩子都不能独立地构建这样的句子，但每个人都可以展示理解力。
在积累了一年的理解经验后，孩子开始构建更复杂的句子。关于杰克建造的房子的童谣（这是播种玉米的农夫/他养活了早晨啼叫的公鸡/……它躺在杰克建造的房子里）是一个将词组嵌套在另一个词组内的极端例子，但即使是学龄前儿童也能理解这如何改变其含义。
句法具有树状的指称规则，使我们能够快速地交流——有时用少于 100 个声音串在一起——谁对谁做了什么，何时、何地、为什么以及如何做的。生成和说出一个长而独特的句子可以证明你是否足够了解句法规则，从而避免歧义。即使是低智商的儿童也能通过倾听轻松地掌握句法，尽管像约瑟夫这样聪明的聋哑儿童可能会错过。
某种类似于口头句法的东西似乎也有助于人类智能的另一个突出特征，即计划能力。除了受激素驱动的冬季和交配准备外，动物很少表现出超过几分钟的计划证据。一些黑猩猩使用长树枝从白蚁巢穴中拉出白蚁，但正如作家雅各布·布罗诺夫斯基所观察到的，没有一只捕捞白蚁的黑猩猩会在晚上四处走动，撕下一堆整洁的十几个探针以备明天使用。
提前思考
短期计划确实在一定程度上发生，它似乎允许社会智能的关键增长。欺骗行为在猿类中很常见，但在猴子中很少见。一只雌性黑猩猩可能会发出叫声，示意她在某个地点发现了食物，然后悄悄地绕回茂密的森林，回到她实际找到食物的地方。当其他黑猩猩在食物叫喊的地点拍打灌木丛时，她独自享用食物。
最难计划的反应是针对独特情况的反应。它们需要想象多种情景，例如猎人策划接近鹿的各种方法，或者未来学家构想三种情景来概括一个行业在未来十年的样子。与猿类相比，人类做了很多这样的事情——我们可以听从有时归因于英国政治家埃德蒙·伯克的告诫：公共利益要求今天做那些有智慧和善意的人希望在五年或十年后做的事情。
人类的计划能力可能源于我们构建大于句子的句法、基于字符串的概念结构的天赋。正如作家凯瑟琳·莫顿对叙事的观察
婴儿即将成为人类而不是吵闹的宠物的第一个迹象是，他开始给世界命名并要求讲述连接世界各部分的故事。一旦他知道了第一个故事，他就会教导他的泰迪熊，在沙坑里对受害者强制执行他的世界观，在他玩耍时给自己讲述他正在做什么的故事，并预测他长大后会做什么的故事。他会跟踪他人的行为，并将偏差与负责人联系起来。他会在睡前想要一个故事。
我们的计划能力从童年叙事中逐渐发展而来，是我们做出道德选择的主要基础，因为我们会想象一个行动过程，想象它对他人的影响，并决定是否去做。
通过这种方式，句法将智能提升到一个新的水平。通过借用句法的心理结构来判断其他可能的行动组合，我们可以扩展我们的计划能力和我们的智能。在某种程度上，我们通过默默地与自己交谈来进行这种智能构建，将可能发生的事情编成叙事，然后应用类似句法的组合规则来将情景评定为危险的胡说八道、仅仅是胡说八道、可能、可能或合乎逻辑。但我们的思维并不局限于类似语言的结构。事实上，当感觉到一系列心理关系点击到位时，我们可能会大喊“尤里卡！”，但却难以用语言表达它们。语言和智能是如此强大，以至于我们可能会认为进化自然会倾向于它们的增长。
然而，正如进化理论家喜欢证明的那样，化石记录中充满了停滞期。进化通常遵循间接路线，而不是通过适应来发展。为了解释我们能力的广度，我们需要关注共同核心功能的改进。很难想象环境会使在音乐方面有天赋的人比音盲的人具有进化优势，但有一些多功能大脑机制，其一种关键功能的改进可能会顺便帮助其他功能。
我们人类肯定有一种将事物串联起来的热情：将词语串联成句子，将音符串联成旋律，将舞步串联成舞蹈，将叙事串联成具有程序规则的游戏。将事物串联起来可能是大脑的核心功能，这种功能通常对语言、讲故事、计划、游戏和伦理有用吗？如果是这样，对这些天赋中任何一种的自然选择都可能会增强它们共享的神经机制，从而使对句法句子的改进也会自动扩展计划能力。查尔斯·达尔文称这种传递效应为解剖学连续性中的功能变化，以区别于逐渐适应。在某种程度上，音乐和舞蹈肯定是对神经机制的次要用途，而神经机制是由更易于自然选择的顺序行为（如语言）塑造的。
从锤击到
尽管最初的想法似乎不太可能，但大脑对弹道运动的计划可能曾经促进了语言、音乐和智能的发展。弹道运动是肢体的极快速动作，一旦启动，就无法修改。用锤子敲击钉子就是一个例子。尽管猿类具有人类擅长的弹道臂运动的基本形式——锤击、棍棒敲击和投掷——但它们往往是缺乏新颖性的固定动作。这些运动是工具制造和狩猎不可或缺的一部分，在某些情况下，工具制造和狩猎可能是对人科动物基本生存策略的重要补充。
弹道运动需要令人惊讶的计划量。缓慢的动作留出了即兴发挥的时间：当将杯子举到嘴边时，如果杯子比你记忆中的要轻，你可以在它碰到你的鼻子之前纠正它的轨迹。因此，不需要完整的计划。你只需朝着正确的方向开始，然后纠正你的路径，就像月球火箭一样。
对于持续时间少于八分之一秒的突然肢体运动，反馈校正基本上是无效的，因为反应时间太长。大脑必须提前确定运动的每一个细节，就好像它在为自动钢琴静静地打孔音乐卷一样。
锤击需要安排数十块肌肉的确切激活顺序。投掷问题因发射窗口而进一步复杂化——发射窗口是弹丸可以释放并仍然击中目标的时间范围。当到目标的距离加倍时，发射窗口会缩小八倍；统计论证表明，编程可靠的投掷然后需要招募 64 倍的神经元像合唱团一样歌唱。
如果口腔运动依赖于与弹道手部运动相同的排序核心功能，那么语言技能的提高可能会提高灵活性，反之亦然。准确的投掷能力开启了定期吃肉的可能性，能够在温带地区度过冬天。语言能力最初将是一个附带的好处——正如俗话所说，是免费的午餐，因为两者之间存在联系。只有在稍后，语言才会自给自足。
运动和语言之间是否真的存在共同的排序器？大脑的大部分运动协调发生在基底神经节或小脑的皮质下水平，但新颖的运动组合往往依赖于前运动皮层和前额叶皮层。两条主要的证据线索指向排序的皮质特化，两者都表明外侧语言区与此密切相关。
西安大略大学的多琳·木村发现，左侧大脑区域受损导致语言问题（失语症）的中风患者在执行不熟悉的手臂和手部运动序列（失用症）方面也存在相当大的困难。华盛顿大学的乔治·A·奥杰曼通过电刺激正在接受癫痫手术的患者的大脑也表明，在专门用于语言的左侧外侧区域的中心，存在一个参与聆听声音序列的区域。这个西尔维亚周围区域似乎同样参与产生口面运动序列——甚至是非语言序列。
这些发现表明，语言皮层（人们有时这样认为）的某些部分比人们先前认为的用途更广泛。语言皮层关注各种新颖的序列：感觉和运动，包括手和嘴的运动。
发明序列和原创行为的最大问题是安全。即使是简单的顺序颠倒也可能是危险的，就像“三思而后行”一样。但是，一旦我们足够擅长，我们就可以模拟未来的行动过程，并在离线状态下剔除胡说八道；正如哲学家卡尔·波普尔所说，这使得我们的假设可以代替我们死亡。创造力——实际上，智能和意识的整个高端——都涉及在行动之前塑造质量的心理游戏。做这样的事情可能需要什么样的心理机制呢？
到 1874 年，就在达尔文发表《物种起源》15 年后，美国心理学家威廉·詹姆斯就在谈论以达尔文方式运作的心理过程。实际上，他暗示，想法可能会以某种方式在大脑中相互竞争，只留下最好或最合适的想法。正如达尔文进化在两百万年内塑造了一个更好的大脑一样，类似的达尔文过程在大脑内运作可能会在思想和行动的时间尺度上塑造解决问题的智能方案。
研究人员已经证明，在几天的时间尺度上运作的达尔文过程控制着疫苗接种后的免疫反应。通过跨越数周的一系列细胞世代，免疫系统产生防御性抗体分子，这些分子更好地适应入侵者。通过从物种进化和免疫反应的已知知识中抽象出达尔文过程的本质特征，我们可以看到任何达尔文机器都必须具有六个属性。
首先，它必须对某种类型的模式进行操作；在遗传学中，它们是 DNA 碱基的字符串，但与思想相关的脑活动模式可能符合条件。其次，复制这些模式。（事实上，半可靠复制的东西定义了一个单元模式。）第三，模式必须偶尔发生变化，无论是通过突变、复制错误还是其部分的重新洗牌。
第四，变异模式必须竞争占据某些有限的空间（就像早熟禾和蟹草竞争我的后院一样）。第五，变异体的相对繁殖成功受到其环境的影响（草被修剪、浇水、施肥和践踏的频率）；这种结果就是达尔文所说的自然选择。最后，下一代模式的组成取决于哪些变异体幸存下来被复制。下一代模式将是在当前成功的模式周围传播的变异。这些新变异中的许多变异将不如它们的亲本成功，但有些可能会更好。
性和气候变化不是必需品，但它们为达尔文过程增添了趣味和速度，无论它是在毫秒还是千年内运作。请注意，必需品本身不是达尔文式的：例如，当流水带走沙子并留下卵石时，可以看到选择性生存。
达尔文思想
让我们考虑一下这些原则如何应用于大脑内部智能猜测的进化。思想是感觉和记忆的组合——在某种程度上，它们是尚未发生的运动（也可能永远不会发生）。它们以大脑中时空活动模式的形式存在，每种模式代表一个物体、动作或抽象概念。我估计，一个单独的大脑代码至少涉及几百个皮质神经元，这些神经元彼此在一毫米之内，要么放电要么保持静止。
根据心理学家唐纳德·O·赫布的细胞集合假说，唤起记忆仅仅是重建这种活动模式的问题。长期记忆是冻结的模式，等待接近共振的信号来重新唤醒它们，就像搓板路上的车辙等待过往的汽车来重建弹跳的时空模式。
一些大脑车辙是永久性的，而另一些是短暂的。短期记忆只是神经元之间突触连接强度的暂时改变，由最后占据皮质区域的时空模式留下；这种长期增强作用可能会在几分钟内消退。从短期模式到长期模式的过渡尚不清楚，但结构性改变有时可能发生在增强作用之后，从而使神经元之间的突触连接变得牢固和永久，将神经活动模式硬连接到大脑的某些区域，而不是其他区域。
大脑的达尔文模型表明，激活的记忆可以与其他记忆竞争皮质中的工作空间。思考者当前环境的感知和过去环境的记忆可能会偏向这种竞争并塑造正在出现的思想。
一个活跃的大脑代码可以通过复制自身从大脑的一部分移动到另一部分，很像传真机在一张远处的纸上重新创建模式的副本。大脑皮层还具有在不到一毫米的紧邻区域中克隆时空模式的电路，尽管我们目前的成像技术缺乏足够的分辨率来观察正在进行的复制。最小模式的重复复制可以殖民一个区域，而不是像晶体生长或墙纸重复基本模式那样。
从这些理论考虑中浮现出来的图景是一条被子，其中一些补丁以牺牲邻居为代价而扩大，因为一个代码比另一个代码更成功地复制。当您尝试决定是从果盘中挑选苹果还是香蕉时，我的理论是，苹果的大脑代码可能正在与香蕉的代码进行克隆竞争。当一个代码有足够多的活动副本来触发动作电路时，您可能会伸手去拿苹果。
但香蕉的代码不必消失：它们可以作为潜意识思想在后台徘徊并经历变化。当您尝试记住某人的名字，最初没有成功时，候选代码可能会在接下来的半小时内继续复制，直到突然之间，简·史密斯的名字似乎突然出现在您的脑海中，因为您对时空主题的变体最终达到了共振并创建了相同副本的临界质量。我们的意识思想可能只是复制竞争中当前的主导模式，许多其他变体正在竞争主导地位，其中一个变体将在片刻后获胜，届时您的思想似乎会转移焦点。
达尔文过程可能只是认知蛋糕上的糖霜，我们的大部分思维都是例行的或受规则约束的。但我们经常以创造性的方式处理新颖的情况，例如当您决定今晚做什么晚餐时。您调查冰箱和厨房货架上已有的东西。您考虑一些替代方案，跟踪您可能需要从杂货店取回的其他东西。所有这些都可以在几秒钟内闪过您的脑海——这可能就是达尔文过程在起作用。
智能要素
在系统发育和个体发育中，人类智能首先解决运动问题，然后才逐渐发展到思考更抽象的问题。如果人造智能或外星智能摆脱了寻找食物和躲避捕食者的必要性，则可能不需要移动——因此可能缺乏人类智能的“接下来会发生什么”的导向。可能还有其他方法可以实现高等智能，但“自下而上的运动”是已知的范例。
鉴于我们对物种长期生存的需求以及进化可能遵循的路线知之甚少，因此很难估计高等智能可能出现的频率。但是，我们可以通过询问每个物种积累了多少智能要素来比较不同物种的前景。
这个物种是否拥有广泛的动作、概念或其他工具库？它是否能容忍创造性的混乱，从而允许个体偶尔发明新的类别？（爱荷华州大猿基金会的灵长类动物学家杜安·M·伦博指出，小型猴子和原猴类动物，如狐猴，常常受困于重复它们被教导的第一套辨别规则，这与更高级的恒河猴和猿类不同。）
每个个体是否拥有超过六个心理工作区，用于同时容纳不同的概念？它是否拥有如此多的工作区，以至于失去了我们人类将某些概念分块的倾向，例如当我们创造“矛盾心理”这个词来代替一整句话的描述时？个体能否在他们的工作区中建立概念之间的新关系？这些关系应该比“是”和“大于”更复杂，许多动物都能掌握这些关系。树状关系对于语言结构似乎尤为重要；我们比较两种关系（类比）的能力使我们能够在隐喻空间中操作。
个体能否在现实世界中行动之前，离线地塑造和改进他们的想法？这个过程是否涉及所有六个基本的达尔文特征，以及一些加速因素？是否存在允许该过程从比原始水平更高的起点开始的捷径？个体能否对长期战略和短期战术都做出猜测，以便他们能够采取行动，为未来的壮举有利地奠定基础？
黑猩猩和倭黑猩猩可能缺少其中一些要素，但它们比目前这一代人工智能程序做得更好。即使在拥有所有要素的实体中，我们也会预期智能方面存在相当大的差异，因为个体在处理速度、毅力、实施捷径以及使用类比时找到适当的抽象水平方面存在差异。
为什么没有更多物种拥有如此复杂的心理状态？一点点智能可能是一件危险的事情。超越猿类智能的智能必须在危险的创新和保守主义这两种危险之间航行，保守主义会忽视红皇后在《爱丽丝镜中奇遇记》中向爱丽丝解释的内容：……你必须尽力奔跑，才能保持在原地。远见是我们特殊的奔跑形式，对于已故哈佛大学的斯蒂芬·杰伊·古尔德警告的长期生存所需的智能管理至关重要：我们通过一种被称为智能的光荣进化意外的力量，成为了地球生命延续的管理者。我们没有要求担任这个角色，但我们不能放弃它。我们可能不适合它，但我们就在这里。
作者
威廉·H·卡尔文是华盛顿大学的神经生物学家。他曾在西北大学学习物理学，但在麻省理工学院和哈佛医学院转行研究神经科学。他于 1966 年在华盛顿大学获得生理学和生物物理学博士学位。卡尔文还是几本面向公众的科学书籍的作者。他的文学作品包括《投掷圣母》、《逆流而上的河流》、《与尼尔斯大脑的对话》、《四季皆宜的大脑》、《心灵简史》和《几乎是我们》。请访问 www.williamcalvin.com