許多人曾猜測，動物需要更大的大腦才能完成復雜的任務。但是某些昆蟲和蠕蟲的行為表明，更小的大腦也有令人吃驚的能力。
一只大黃峰正在一朵花上盤旋，想要確認花蜜的味道。它徘徊了一小會兒，意識到有些不對勁。這只大黃蜂可以看到花朵，但它卻無法接觸到它。這是因為，這朵花實際上是藍色的塑料盤，中心部位放了糖水。而且，這朵花被掩藏在透明塑料下面。幸運的是，有繩子連接到花朵上。大黃蜂要做的就是拉動繩子，將花拽上來，然后獲得獎勵。
這只大黃蜂的確這樣做了。英國倫敦大學瑪麗皇后學院的拉爾斯·切特卡說：“當我們最初開始拉繩試驗時，我感到很好笑，因為那看起來十分滑稽。”但是隨后，切特卡變得嚴肅起來。當大黃蜂確認它要做什么才能接觸到人造花朵后，其他同類也會從它身上學會拉繩取花的技巧，甚至它們的技巧比原來的那只大黃蜂更嫻熟。即使發現這種方法的大黃蜂死去，這種技巧依然在蜂群中繼承下來。
切特卡說：“我簡直無法相信自己看到的場景。”原來，蜜蜂也可以通過互相學習，并將知識世代相傳的方式來解決問題。切特卡的實驗室曾在20世紀90年代進行過實驗，他們想要弄清楚蜜蜂是否能夠數數，結果顯示它們的確擁有數學天賦。學習拉繩只是我們現在已經知道的蜜蜂的絕技之一。自從維多利亞時代以來，蜜蜂和其他社會性昆蟲擁有的驚人學習能力已多次被記錄下來。
查爾斯·達爾文（Charles Darwi）曾說過，學習可發生在各個族群中。他注意到，看到大黃蜂提取花蜜，蜜蜂可以從中學到新的方法。蜜蜂還能學習識別顏色和圖案。它們能在數公里外找到回家的路嗎？沒有問題。它們能識別人臉嗎？完全可以。蜜蜂能實用工具嗎？這是切特卡想要找到的答案。
切特卡說：“開始的時候，我們對此感到懷疑，蜜蜂那么小的大腦中能儲存多少智慧？”許多人可能認為，只用擁有更大的大腦才能支持復雜的行為。畢竟，人類擁有異常巨大的大腦，包含有860以個神經元，我們也是超級聰明的物種，這兩個特征之間肯定存在聯系。
但是更多研究昆蟲和其他小型動物的科學家發現，掌握復雜技能并不一定需要很大的腦容量。切特卡問道：“這些小動物的大腦能做到哪些令人驚訝的事情？當它們解決復雜的謎題時我們應該感到驚訝嗎？現在看來，對于第二個問題，我們應該給出否定答案。”
舉例來說，蜻蜓可以在空中穿梭，捕捉蚊子、飛蛾、蝴蝶甚至其他蜻蜓。與蜻蜓外表相比，這似乎是個相當困難的任務，因為不同的獵物有自己獨特的飛行模式。蜻蜓必須觀察其獵物如何飛行，并預測其可能的飛行軌跡，然后開始行動，在空中對獵物進行攔截。這需要它們的動作保持靈活，同時進行規劃。
與此同時，蜜蜂能夠飛到距離巢穴10公里遠的地方采蜜，盡管那需要穿過雜亂的樹林和其他地標建筑。它們必須找到最好的花才能夠獲得最大的回報，同時記住這些花的所在位置。它們還必須要躲過天敵的圍追堵截，重新找到回家的路。此后，它們會與其他蜜蜂進行復雜的社會互動。這些動物擁有復雜的世界，需要認知能力才能生存下來。
即使簡單的線蟲——體長不到1毫米，整個神經系統只有302個神經元，依然擁有基本的學習和記憶能力。剛剛出生的小線蟲遇到釋放毒素的大腸桿菌后，它們會記住在其余4天壽命中盡量躲避這種微生物。研究人員甚至已經發現，哪個神經元負責形成這種記憶，以備后來檢索。
如果這種微小的大腦能夠完成認知任務，它們到底是如何做到的？為了尋找這個問題的答案，我們需要深入了解單個神經元以及它們形成的電路。神經元有點兒像電線，可將電子信號從大腦的某個區域送到其他區域。它們堪稱是生物版的計算機電路板。
研究這種線路是理解認知的關鍵，與擁有數十億神經元的大腦相比，研究只有數百乃至數千神經元的微小大腦顯然更容易。微小大腦必須將最大的計算能力裝入狹小空間，以便于它們進化出最小的布線解決方案。
弗吉尼亞州Janelia研究院的維維科·杰亞拉曼專門研究果蠅。果蠅的大腦中有25萬個神經元，但其大腦體積只有蜜蜂大腦的1/4。杰亞拉曼解釋說：“大腦肯定需要解決計算問題，以便驅動行為展開。而復雜的行為涉及解決一堆這樣的問題。”杰亞拉曼希望理解動物行為背后的潛在機制，比如大腦如何認知？為此，他需要搞清楚：當行為展開時，神經元在做什么？
但是我們能夠進入果蠅的大腦，并傾聽它們在想些什么嗎？從某種程度上說，可以。有很多強大的研究工具可以幫助杰亞拉曼選擇開關果蠅大腦的不同區域，然后實時觀察它們的神經元活動。舉例來說，衡量認知的一種方法是保持追蹤你在空間中的位置，即你周圍世界的內部表征。
這些內部表征意味著，你所在的房間的燈突然熄滅，但你依然能夠找準門鎖在方向。或者手電筒放在抽屜中時，你依然知道如何進入廚房。相對于房間中的物體來說，你可以保持身體位置的意識，并知道如何在這個空間里移動，這就像是你的心靈之眼。
科學家們使用了一種技術，當果蠅在虛擬現實世界中飛行時，可以讓他們實時看到果蠅單個神經元細胞的開關情況。果蠅站在微型跑步機上（世界上是個滾動球），果蠅可以前進、停止或向任何方向移動。同時跑步機周圍有屏幕環繞，就行果蠅版的《黑客帝國》，研究人員可以投射光線。
當果蠅在球上走來走去時，屏幕上的光線也會隨之移動，好像果蠅在現實世界中活動。因此，如果果蠅向左移動，屏幕中的世界相應地就會向右移動。當果蠅在這個世界徘徊時，研究人員就能觀察到果蠅大腦不同部分是否被激活。當他們關閉燈光時，就像人類那樣，果蠅的大腦會繼續做出正確反應，依然維持著其周圍環境的內在表現。
此前，像這樣的認知表征只被認為會出現在類似人類的高級生命體上，但實際情況可能并非如此。杰亞拉曼表示：“事實上，果蠅這種小動物盡管身處黑暗中，但其大腦中依然產生有關位置的圖像，而且相當精確。”
下一步就是找出這種內部表征是否具有靈活性。如果你的室友告訴你，他已經將手電筒從廚房拿到臥室，你的內在表征也必須隨之改變，以適應新的信息。杰亞拉曼說：“對于我來說，這就像認知積木。這種能力是基于內部表征和記憶做出的規劃，而非僅僅是回應我們現在所看到的場景。”
果蠅能用它們微小的大腦做同樣的事情嗎？切特卡說：“普遍看法是，由于我們擁有更大的大腦，而為了更聰明地做事，你就需要更大的大腦。但在這里，這種認知可能被顛覆。”舉例來說，識別臉部的能力曾被視為人類獨有的能力。但實際上，它只需要相當簡單的神經回路即可，這或許可解釋為何蜜蜂都能識別人臉。切特卡說：“即使只有數百或數千個神經元，你也能夠輕易識別出數以百計的人臉。”
既然微小的大腦也能完成復雜的任務，那么為何還需要更大的大腦呢？大型動物擁有更大的大腦的可能原因是，電子信號可能需要傳輸更遠的距離。要想信號能以合理的速度傳輸，你就需要更大的神經網絡，因為其可以更快遞傳輸信號。為此鯨魚擁有更大的大腦和更大的圣經網絡，因為從信號從頭到腳可能要走很遠的距離。
當然，也可能并非整個大腦需要變得更大，只是部分大腦變大。舉例來說，那些活動范圍較大的動物，或在數以千計的地方尋找食物的動物，往往擁有相對較大的海馬體，這個大腦區域與記憶有關。它們可以比蜜蜂記住更多事情。切特卡說：“在這種情況下，大腦容量的增加只是為了增加儲量，就像電腦配備更大的硬盤那樣，而不一定要配更好的處理器。有些動物擁有更大的大腦，但反應卻相當慢，里面可能包括許多相當無聊的東西。”
更大的大腦可能只是一遍遍地復制相同的回路，給與你更多相同的行為能力，比如更大的儲存容量、更高的敏捷性、更詳細、更精準、更精細的反應解決方案等，但它們不一定是全新的計算或復雜層。切特卡指出，有時候，更大的大腦的確意味著更多的容量，就像我們的大腦那樣，但它并非總是如此。
人類往往對自己擁有更大的復雜大腦感到沾沾自喜。杰亞拉曼說，人們常常對他說：“等等，你靠與果蠅共同工作賺錢嗎？”他們想要知道，這能教授我們有關人類認知的哪些知識。他說：“人們認為這很酷，但需要更多工作才能解釋為何它如此重要，以及你到底能學到什么。”
杰亞拉曼的工作提供的信息實際上非常直接：如果你想了解某樣復雜的東西如何工作，那么請先從簡單的開始。在這里，“簡單”只是相對來說，因為盛景園以及它們的連接系統絕不簡單。杰亞拉曼說：“至少從數量上看，果蠅大腦中的神經元更少。但其十分緊湊，我能同時看到許多。我有工具來操控它們，并隨意觀察不同的部分。”
也正因為如此，杰亞拉曼能夠解決更大大腦無法解決的機械性問題。他說：“我絕不認為這是認知的終結，相反，我正研究的簡單回路正是建立認知的基石。我認為，基礎水平上的理解需要花費很長時間，但我很忙，我希望能在我有生之年找到答案。”
切特卡有時候也感嘆，不該癡迷于在其他動物身上尋找類似人類的能力。他說：“我發現那有點兒單調，也過于狹隘！”昆蟲具有的很多感官能力人類卻沒有，比如對紫外線、紅外線或極化光非常敏感，或通過內部磁場導航等。或許我們可以放下對人類認知能力的感嘆。切特卡說：“我之所以發現昆蟲如此迷人，一個原因是它們如此怪異、與眾不同、有別于人類。”