史密斯下定决心研究体外培养神经细胞技术，始于四年前，他十四岁的女儿小兰因意外车祸，高位截瘫。他满怀信心，认为基于现有研究成果和条件，他两年内就能成功，然后将人工培养的神经细胞分批移植进小兰的脊柱内和身体各部，从而使小兰重新站起来。
史密斯在北卡罗来纳州州立大学医学科学院担任教授一职。学院下属的医学生物研究所肯为史密斯体外培养神经细胞的研究立项拨款，主要得益于副校长之一，斯玛特的大力促成。斯玛特其人又矮又瘦，面容平凡，肤色黢黑，为人仗义，性格谦逊和善，心思细腻活络。他一方面同情小兰的遭遇，另一方面很信任史密斯的研究能力，于是在学校例会上，力排众议，帮了史密斯一把。史密斯对斯玛特极为感激，心下决意，有朝一日回报他。然而史密斯的研究进行了两年却几无进展。
彼时的世界，虽然理论科学进展缓慢，但是应用科学却日新月异。尤其突出的是，时下流行的脑机接口技术，此技术已经相当成熟且应用普及，相应配套地，针对不同应用场景，解码人类神经信号的软件也有很多种，比如有帮助警方审讯犯人的，也有帮助心理医生了解病人心理活动的，还有供大众体验外星生活，丛林生活等娱乐应用的。另外还有医生尝试借助脑机接口技术给瘫痪病人安装电气外骨骼。虽然通过脑机接口技术给瘫痪病人安装外骨骼，使瘫痪病人重新自由活动这项技术相对不够成熟，但俨然已经是热门研究方向。众多研究所都在攻关其中的技术瓶颈，以期能最先占领这块潜力巨大的市场。所以某次学校例会上，有人提议学校下属的电气工程研究所也应该立项开展脑机接口配套电气外骨骼的研究。这项研究耗资不菲，且涉及神经学，需要与校属医学生物研究所合作。医学科学院院长早就想终止史密斯体外培养神经细胞的研究，但碍于同事情面和斯玛特的支持不好开口，正好借新项目的提议发表意见道：“应该抓住这个研究风口，争取率先攻克难关，申请专利，同时应该终止一些进展缓慢，前景不明朗的研究，集中资金和人力攻关脑机接口配套电器外骨骼的研究。”除了斯玛特外，多数人赞成他的意见，于是史密斯的研究被迫终止了。
虽然项目被迫终止，但史密斯没放弃研究。他偷偷把自己郊区别墅的一间卧室改造成实验室，用积蓄购买材料器材，偷偷继续研究。史密斯的“地下”研究只得到一个人的协助——同是北卡罗来纳州州立大学医学科学院讲师的蓝丘。蓝丘二十八岁，小史密斯十七岁，曾是史密斯带过的研究生。两人虽然是互相信任的挚友，但是无论从哪方面看，他们都是截然不同的两类人。史密斯身形匀称，中等身高，皮肤白净，眉眼俊朗，从来都是衣着整洁得体，言行有度，一派绅士风范。而蓝丘则是五短身材，虎背熊腰，脑袋大而圆，头发长而乱，皮肤黝黑粗糙，爱穿一身长期不洗的运动服，举止粗鲁，言谈莽撞，几次三番被学生举报穿拖鞋去讲课。如果不是史密斯和斯玛特袒护，蓝丘早被学校开除了。当初蓝丘因为野人一般的形貌气质，考研复试时险些被刷，幸好史密斯在几问几答间发现蓝丘粗鲁外形之下的细腻和敏锐，给了他机会。蓝丘肯不求回报，勤勤恳恳帮史密斯，是为报答知遇之恩。
蓝丘长期深度参与史密斯的研究之后，不可避免地有了一些自己的想法：按照史密斯的设想，研究最后可以实现用特殊诱导激素和特殊培养液在特定条件下使人类胚胎干细胞发育成一套完整的神经系统，那么这个培养出的包括大脑在内的神经系统能不能作为一个硬盘，储存他人的完整记忆和意识呢？或者说作为一个完美的意识容器呢？即使现今应用科学已经极度发达，但电子设备的性能远远比不上拥有数十亿量级神经元的人类的大脑，无论是容量上、性能上、还是运算方式上。而养殖出来的大脑却具备真人大脑的一切优点。
蓝丘把自己的想法告诉过史密斯。史密斯自然知道一个开创性的研究成果必然能衍生出很多意想不到的应用方向，但他心里只挂念医用领域这一个应用方向，因为他只想着治疗女儿小兰，所以他严正告诫蓝丘：“专心做好眼下的事，不要被其他无关的想法分散精力。”
从史密斯处得不到共鸣还被严正告诫，蓝丘只好偷偷自己琢磨。为了打好理论基础，他利用闲暇时间阅读大量医学、解刨学、心理学、哲学、以及物理学书籍和论文，以了解人类的记忆和思维意识究竟是怎么回事，到底能不能像硬盘里的数据一样，实现复制传输。然而，即便是盖棺定论的各领域的名家著述，互相之间的说法也充满矛盾和歧义。蓝丘因而没有从不同领域的著作中总结出什么唯一确定的答案，他唯一总结出的结论是：唯有亲身实践才能得知真相。
既然要亲身实践意识转移，那么至少要有一个成功在体外培养出的大脑。可是目前研究还没有成功。蓝丘转念又想：“难道用真人的大脑就不行吗？养殖的大脑可以作为储存记忆和思想意识的硬盘，活人的大脑就不可以吗？况且现在脑机接口技术这么成熟，一定可以改造出人脑通讯的设备。只要有人愿意共同尝试，就一定有亲身实践的办法。如果实验证明记忆和思维意识真的可以复制传输，那不就等同于意识转移，更换肉体，间接实现永生吗？”这些想法使蓝丘很激动，他迫不及待想尝试。几天之后，他果然找到一个对意识转移实验感兴趣的同道中人。
那段时间，蓝丘凑巧正研读叔本华的《论充足根据律的四重根》，书中关于因果律的论述极大启发了他对人的思维运作方式的认识。他深知一个成熟完善的想法必须经过辩论和沉淀。于是在某节课上，讲完了该讲的内容后，他向学生们抛出一个问题：人的智慧为什么能远超地球上的其他生物？
蓝丘挑起的话题很快在课堂上讨论起来。有人说：“因为人的语言能力促进了思维的发展。”、有人说：“因为人特殊的脑结构使人拥有了智慧。”、还有人说：“是外星生命给人类带来了智慧。”……
讨论了半天，蓝丘又抛出一个问题：“生物脱离动物本能，拥有智慧的标志是什么？”这次学生们给出的答案比较统一：“能够使用工具是生物拥有智慧的标志。”还有学生举出例子：“库布里克的老电影《2001太空漫游》里，猿人受黑石启发，开始使用骨头做工具，开启了人类文明的新纪元，这个新纪元一直延续到人类开着太空飞船探索宇宙的奥秘。”
蓝丘对这个答案不满意：“可是我认为能够使用工具不一定能说明生物有智慧，它可能是单纯的模仿行为，而不知道其中的原理。比如水牛在泥地里打滚，他未必能领悟泥可以阻止蚊虫叮咬，在泥里打滚这个行为只是它小时候从母牛的那里模仿来的而已。”
教室里沉默了一会，突然教室后排角落的一个男生发言说：“人类智慧的标志应该是对因果链条的领悟。”
听到因果两个字，蓝丘心里一震，想起近日看的书。定睛看去，发言的学生是平时沉默寡言的楚召。有学生问楚召：“什么是因果链条？”
“先说说什么是因果吧？”蓝丘说。
“因果就是空间和时间的变化，简单说就是物质的变化。因果律就是空间和时间变化的规律，简单说就是物质变化的规律。因果环就是时间和空间跨度在主体认识能力内，尽可能小范围的变化。因果链就是时间和空间在很大的跨度下的一系列变化。”
楚召平时沉默寡言，不爱起哄说笑，突然摆出一堆刻板解释后教室里鸦雀无声，众人不解其意。蓝丘心里却欣喜异常：“看来大伙还不太明白，你继续解释，别停。”
楚召愣了一下，想了想，继续说：“举个例子，猫碰一下刺猬，爪子被刺痛了，这就是一个因果变化，是一个因果环，猫能领悟因果环，所以下次它不碰刺猬了。但是更长的因果链条猫领悟不了，也就是所谓的使用工具，人可以带上手套抓刺猬，可以用夹子抓刺猬，可以用木棍拨动刺猬，因为人能领悟一系列物质间的规律也就是因果链条。”
“猫的身体结构也不允许它使用手套夹子这些工具啊。”一个学生笑道。
“猩猩的身体结构和人类相似，不也只停留在只能领悟因果环或者几个因果环的阶段吗。而人类却可以领悟很长的因果链，把握更长的时间跨度和更广的空间广度的物质变化，把握一环扣一环的物质变化规律，然后就有了物理学逻辑学等等科学。所以我觉得库布里克的那个老电影《2001太空漫游》的那个经典片段，猿人学会使用骨头做工具切换到宇宙飞船，只是在说明：使用工具改变了人类，而学会使用工具的本质，是人类有能力领悟因果链条。”
楚召解释完后教室里雅雀无声。这时下课铃响了。学生们纷纷离开教室。蓝丘抓住时机，在楼道叫住楚召，并好奇地问他：课堂上说的理论是自己想的吗？不出蓝丘所料，楚召说自己的理论援引自叔本华的哲学，而且楚召是一个笃信叔本华的唯意志论者。蓝丘自称对叔本华的哲学很感兴趣，便以交流为名要了楚召的联系方式。隔天周末是个晴朗的下午，蓝丘没去史密斯的别墅工作，他约楚召去校门外一家雅致咖啡厅叙话。蓝丘以一个哲学初学者自居，基本都在听楚召阐述叔本华的哲学理论。当谈到叔本华对康德哲学中，关于知性论述的纠正，蓝丘抓住时机问道：“叔本华的哲学虽然有道理，但终究是形而上的论述。我很好奇，一个人的感性、悟性、理性能不能像硬盘里的数据一样复制传输呢？”
楚召无言以对，他觉得蓝丘的问题很突兀。蓝丘继而徐徐解释，他关于人与人意识互换的猜想。楚召觉得蓝丘的想法可笑，笑着摇头道：“老师，你还是没能完全理解透叔本华哲学的本质，不然你就不会有这样异想天开的想法了。”
“你能保证，叔本华就一定是对的？我就一定是错的？”
楚召也不敢下断言。
“如果有朝一日，有这样的实验机会验证我的猜想，你愿不愿意参与实验验证？”蓝丘继续问。
楚召一时愣住，猜不出蓝丘究竟在想什么。
“如果你所坚信的理论是错的，你应该有勇气纠正。”蓝丘玩笑似地说。
“我相信我的世界观是对的，如果将来有办法用科学的方法验证哲学理论的话，我愿意第一个当志愿者。”楚召的态度认真而诚恳，蓝丘心里顿时有了底。
当天黄昏时分告别了楚召，蓝丘回到宿舍，正想着抽时间约本校的球友，电气工程研究所的职员卡朋，咨询一下将脑机接口设备改造成意识转移设备的可能性。他的电话突然响了，是史密斯打来的。史密斯言语激动地说：“你快来我这里，马上过来！”
史密斯从未这么激动过。蓝丘下意识想到：“史密斯体外神经细胞培养的研究成功了？”于是问：“是成功了吗？”
“别问那么多，你快来！”史密斯依然语气激动非常，说完就挂了电话。
蓝丘不敢耽搁，连夜驱车赶往史密斯的郊区别墅，见到史密斯一问，果然如他所料，史密斯的研究有了突破。两人进了秘密实验室，蓝丘看到直径十公分的玻璃培养皿里，有一团直径大约一公分的白色团状物。这是他们多年来培养出的最大的神经细胞团。与这个培养皿同批次的另外八个培养皿中，细胞团都只发育到直径三四毫米的程度就不再发育。史密斯因熬夜和操劳而眼圈黝黑塌陷，他精神亢奋，说道：“你现在赶紧联系黑市的那个人，问问他手头能搞到多少胚胎干细胞，我们全要了，你明天就去交易。”蓝丘依着史密斯，打去电话，对方说只有一份，两人照旧约定了交易时间和地点。激动的情绪平复之后，蓝丘不禁感叹：“四年了，我们调制的培养液和诱导激素加起来不下一千种了吧。”史密斯丝毫没有懈怠情绪，依旧紧绷着神经，说道：“现在还不是放松的时候，这个神经团能不能发育成大脑和脊髓神经还不确定，将来给小兰做手术还是道难关。”
神经细胞团仍在发育，没过几天，培养皿就已无法承载逐渐变大的细胞团。史密斯早已准备好一个十二升的透明玻璃罐，用于培养神经细胞团。又过了一个月，悬浮在淡黄色培养液中的神经细胞团长成了布满沟壑的两个拳头大小的半脑，还有两个被细长神经束连着的，葡萄珠大小的眼珠，一条细长有主干有分支的根须状脊柱神经。蓝丘不禁又感叹：“我们的研究不成功则已，一旦成功就这么顺利。”史密斯则意味深长地说：“事经常是这样，淘金不是每天能挖到一点点，而是日复一日的一无所获，然后某天突然间挖到一块金疙瘩”。史密斯看着悬浮在培养罐里的神经组织也感到神奇，他和蓝丘一致决定将之命名为“格脑”，意为格去肉体禁锢的自由大脑。“格”取“格物致知”中的“格”意。
两人依照培育第一个格脑的实验条件，将蓝丘在黑市上新买到的胚胎干细胞培也培养成格脑，以作为给小兰手术的备用材料。等待第二个格脑发育成熟的一个多月里，蓝丘也在偷偷策划实践意识转移的想法。他又找楚召叙谈过几次，都是以哲学爱好者之间交流心得的名义——他需要经营和楚召的关系以取得其信任。另一方面蓝丘也在准备说辞咨询球友卡朋。
蓝丘平时下午下课后的空闲时间，习惯去学校操场踢球。同在操场踢球的多是学生，彼此之间有的互相认识，有的互不认识，能凑在一起纯是临场随缘拼凑。蓝丘经常掺和进一群不认识的人里，痛快地踢一两个小时直到天黑。就在一年前的一个下午，蓝丘意外遇到一个和自己配合颇为默契的球员，当天那场球踢得既痛快又印象深刻。第二天再去球场，蓝丘又一次遇到那个球员，两人当天再次配合默契，干脆利落地踢了几个进球。事后蓝丘和对方聊了几句，得知对方叫卡朋，是校属电气工程研究所新来的研究员。蓝丘套近乎问：“斯玛特是不是你们研究所的负责人？”卡朋说：“对，斯玛特不光是副校长，还是我们研究所的负责人，你怎么知道？”蓝丘把自己几次三番犯错，都被斯玛特袒护的事讲出来，逗得卡朋哈哈大笑道：“我能来这里工作，也全靠斯玛特器重。”两人逐渐成了要好的朋友。蓝丘只以为自己遇到个知己好友，却不知道这知己好友卡朋，正是斯玛特暗中指派，来接近他的。