皇帝新脑-第64章

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，神经元动作的最快速率为每秒一千次，比最快速的电子线路慢很多，大约慢10…6倍。还有，尽管我们现在知道头脑（在诞生时）联结的方式比五十年前我们以为的方式更为精密，它不像电子电脑中非常准确的接线，神经元的实际连接仍有很多随机性和重复性。上面的大部分好像是说，在比较头脑和电脑时头脑处于不利地位。但是头脑还有其他有利的因素。逻辑门只有很少的输入输出导线（譬如最多三至四根），而神经元可以有大量的突触附在上面。（一个极端的例子，称为普奇涅细胞的小脑神经元大约有80，000个兴奋突触末端。）还有，头脑中神经元的总数甚至超过最大电脑的晶体管总数――头脑中可能有1011个，而电脑中大约“只”有109个！当然，电脑中的数目将来很可能增加8。而且，头脑细胞数目之大主要来自在小脑中发现的极大数目的小颗粒细胞――大约共有三百亿（3×1010）个。如果我们相信仅仅是由于神经元的巨大数目就能使我们得到意识经验，而现代电脑不能具有意识，那么我们必须寻求更多理由来说明为何小脑行为显得完全无意识，而大脑跟意识有关，大脑神经元数目仅是小脑的两倍（大约为7×1010），其密度也更小得多。头脑可塑性在大脑行为和电脑行为之间还有其他不同之处。这就是与所谓头脑的可塑性有关。依我看来，其重要性超过迄今所提到的一切。认为大脑只是用导线连结起来固定的神经元组合，在实际上是不成立的。神经元之间的相互连结不像上述电脑模型中那样固定，它会随着时间不断改变。我不是说轴突或树突的位置会改变。大部分复杂的“接线”在人一出生就建立了大致轮廓。我是指不同神经元的突触结实际发生联络的地方。这些经常发生在叫做树突柱的地方，那是树突上非常微小的突起，和突触结的接触可发生在这里（见图9。15）。这里所谓“接触”不表示碰触，而是留下距离刚好大约四万分之一毫米的狭缝（突触裂）。现在按照一定的条件下，这些树突柱能缩小离开并且断开接触。或者它们（或新的）能长出并产生新的接触。这样，如果我们认为头脑中神经元连接实际上构成了一台电脑，那它就是一台能够一直随时变化的电脑！图9。15突触结和树突柱。树突柱的长大和缩小很容易影响结的效果。

　　根据长效记忆如何记录的主导理论之一，突触连接的这种变化正是提供储存必要信息的方法。如果真如此，那么我们就看到，头脑可塑性不仅是偶发的复杂性，而且是头脑活动的主要特征。

　　这些连续变化的基础机制是什么呢？这些变化可进行得多快？第二个问题的答案似乎很有争议，但是至少有一学派坚持可在几秒钟内进行这种变化。如果永久记忆的储存归功于这种变化，那是可以预料到的，因为记忆的记录确实是在几秒钟之内的事（参阅肯达尔1976）。这对于我们下面的讨论有重大的含意。在下一章我们将回到这个重要的问题上来。

　　什么是头脑可塑性的基础机制呢？有一种天才理论（归功于道纳尔德？赫伯1954）提出，具有如下性质的某些突触　（现在称作　“赫伯突触”）：每当神经元A激发后跟着神经元　B亦激发，在这两个神经元之间的赫伯突触就会被加强，否则就会被减弱。这和赫伯突触本身是否影响到B的激发没有关系。这引起了某种形式的“学习”。基于这种理论，出现了各种试图模拟一个学习/解决问题的活动的数学模型。这些被称为神经网络。这类模型似乎的确具有某些基本的学习能力，但迄今它们离开头脑的实际模型还遥远得很。不管怎么说，控制突触联结变化的机制很可能比已经提及的机制更复杂，这很明显需要我们去更深入理解。

　　与突触结释放神经传递物相关的还有另一方面。这些释放有时根本不发生在突触裂，而是进入一般的细胞之间的液体，也许是为了影响非常远处的其他神经元。许多不同的神经化学物质似乎是以这种方式发射出来。

　　而且有些记忆理论和我在前面指出的不同，这些理论依赖于不同种类可能涉及的化学物质。头脑状态肯定以一般方式受头脑其他部分产生而存在的化学物质（譬如荷尔蒙）的影响。神经化学的整个问题是复杂的，提供涵盖所有有关方面的可靠而精细的电脑模拟将是非常困难的。并行电脑和意识的“一性”

　　许多人显然持这种意见，认为发展并行电脑是建立具有人脑功能的机器之关键。我们在下面简略地考虑这种目前流行的观念。并行电脑，和串行电脑相对比，能独立进行非常大数量分开的计算，而这些大体上独立运算的结果，断断续续地合并在一起，对整体计算作出贡献。建造这类型电脑的主要动机来自于模仿神经系统的运行，因为头脑不同部分的确似乎具有进行分开而独立计算的功能（例如，在视觉皮层处理视觉信息）。在这里必须说明两点。首先，并行和串行电脑在原则上没有什么不同。事实上两者皆为图灵机（参阅第二章52页）。不同处只在于整个计算的效率或速度。有些类型的计算用并行组织的确更有效率，但并不总是这样。第二点，至少我自己的意见是，并行经典计算不可能掌握我们意识思维的关键。意识思维的一个显著特征是它的“一性”（至少当一个人处于正常心理状态，而且不是“头脑分裂”手术的患者时！），这和同时进行大量独立活动成显明对比。

　　类似“你怎么能期望我同时想两件事情呢？”的抱怨乃是司空见惯的事。一个人的意识究竟能同时进行许多不同的思考吗？也许有人能同时进行一些思考，但是与其说像是同时、有意识地、独立地实际思考不同的题目，不如说像是在这些题目之间跳来跳去。如果一个人在意识中完全独立地想两件事，甚至那怕是在短暂的时间里，则就似乎具有两个分开的意识。而对于正常人而言，所能体验到的是一个单独的意识，该意识可以模糊地知悉许多事，但是在任一个时刻只能集中于一件特定的事情。

　　当然，我们这里所说的“一件事”的含义一点也不清楚。在下一章我们将在彭加莱和莫扎特灵感中遇到一些“单独思想”的非常显著的例子。但是，为了辨识一个人在任何时刻都可能有非常复杂的意识，我们不必舍近求远。例如，想象一个人决定晚饭要吃什么。这样一个意识思维之中牵涉到大量信息，而且要用相当长的言语才能完全描述清楚。

　　对我来说，这种意识认知的“一性”似乎和并行电脑图像相去甚远。

　　另一方面，那个图像也许更合适作为头脑无意识行为的模型。不同的独立动作――散步、扣钮扣、呼吸或者甚至讲话可同时多多少少自动地进行，人们不必在意识上感觉到任何动作在进行！

　　另一方面，我认为在意识的“一性”和量子平行主义之间可以想见具有某种关系。我们记得量子理论中，在量子程度上允许不同选择在线性叠加中共存！这样子，一个单独的量子态在原则上可由大量不同的、而且同时发生的活动组成。这就是所谓的量子平行主义。我们很快就要考虑“量子电脑”的理论观念，这样的量子平行主义在原则上可用于同时进行大量的计算。如果意识的“心理状态”在某种形式上和量子态同类，那么思维中某种形式的　“一性”或整体性对量子电脑就比对普通并行电脑更为适合。这个观念中有一些方面引人注意，我在下一章再回到这上面来。但是在认真接纳这个思想之前，我们必须提出以下问题，就是量子效应究竟和头脑活动有何相关。量子力学在头脑活动中有作用吗？

　　上面有关神经活动的讨论全部都是经典的。除了迄今必须提起的一些物理现象，其基础的机制必须包含一部分量子力学的因素以外　（例如离子，以及它们的单位电荷、钠和钾门、决定神经讯号开关特性确定的化学势、神经传导物的化学作用）。真正量子力学控制在某些关键处还有更清楚的作用吗？如果上一章结尾的讨论不是无的放矢的话，结论似乎是肯定的。

　　事实上，至少在一个明显的地方，单量子水平的作用对于神经活动很重要，这就是视网膜。（我们记得视网膜事实上是头脑的一部分！）以蟾蜍做的实验显示，在适当条件下，一颗单独光子打到已适应黑暗的视网膜上就足以触发一个宏观的神经讯号（贝勒、兰姆和邱1979）。这也适用于人眼（赫希特、施劳尔和皮莲逊1941），但是在此情况下还存在额外的压抑这种弱信号的机制，使得它们不会由于太多的视觉“噪音”而混淆了感觉到的视像。为了能使已适应黑暗的人实际上得知光子的来临，大约需要七颗光子的组合的信号。尽管如此，对单光子敏感的细胞的确存在于人类的视网膜中。

　　既然在人体中存在单量子的情况下就能触发的神经元，寻找人脑主要部分何处能发现这类细胞就是很合理的了，据我所知，对此还未找到证据。所有考察过的细胞类型都有一个临界值，要激发该细胞就得需要大量的量子。然而人们猜测，在头脑的某一深处可望找到对单量子灵敏的细胞。如果证明情形的确如此，则量子力学对头脑活动的意义就非常重大。

　　即便如此，在这里量子力学还不显得非常有用。这是由于量子只是一种用来激发信号的手段。没有得到量子特有的干涉效应。我们从这些得到的，最多似乎只是确定一个神经元是否会激发，这很难看出对我们有多大用处。然而，这里牵涉到的问题不是那么简单。让我们重新考虑视网膜。假定从一半镀银的一面镜子反射来一颗光子到达视网膜。它的状态涉及以下状况的复线性叠加：光子打到视网膜细胞和光子没打到视网膜细胞，譬如穿过窗户飞到空中去（参阅图6。17第292页）。到达它可以打到视网膜的时刻，只要量子理论的线性规则U（也就是薛定谔态矢量演化，参阅287页）成立，则我们就能得到有神经讯号和没有神经讯号的复线性叠加。当它作用到主体的意识上时，两个不同选择中只有一个被感知发生，这时另一个量子步骤R（态矢量减缩，参见287页）应该起了作用。（我在此不理会多世界观点，它本身有许多问题！参阅341页。）连同上一章结尾触及的考虑，我们应该问，讯号的通过是否扰动了足够的物质，达到那一章的单引力子水平。虽然把光子能量转变成实在讯号中的物质运动时，视网膜的放大效应真是令人印象深刻――运动质量的放大也许达到1020倍――但这个质量仍比普郎克质量mp小许多数量级（譬如大约为108）。然而，一个神经讯号在它周围产生了可以探测得到变化的电场（一个以神经为轴，沿着神经运动的圆环形电场）。这场会显著地扰动周围环境，单引力子标准在这些环境中可容易地达到。这样，按照我提出的观点，R　过程在我们感知或没有感知闪光之前早就已经进行过了。由此观之，我们的意识对于态矢量缩减不是必要的！量子电脑如果我们猜测在头脑深处对单量子敏感的神经元会有重要的作用，我们就想知道他们会有什么效应。首先我将讨论德义奇的量子电脑概念（还参阅第四章168页），然后看看是否和这里的讨论有相关之处。

　　正如前面指出的，其基本概念是利用量子平行主义。根据这个原理，两个完全不同的事情应当被认为在量子线性叠加中同时发生。正如光子被半面镀银的镜子反射，同时光子又穿过镜子或者是通过两个缝隙中的每一个。对于量子电脑，这两个叠加的不同情况就是两个不同的计算。我们对两个计算的答案不感兴趣，而是对利用从这对叠加抽取出的部分资料感兴趣。最后，当两个计算都完成时，对这些计算进行适当的“观察”以得到必须的答案9。仪器用这种同时进行两个计算的办法来节约时间！迄今这个方法并没获得什么重大好处，这是因为可以想见利用一对分开并行的经典电脑（或一台单独的经典并行电脑）比用量子电脑更直截了当得多。然而，量子电脑可能要到需要非常大量的（也许是无限大的数目）并行计算时才会有真正的好处。我们对个别计算的答案不感兴趣，而对所有答案适当的组合感兴趣。量子电脑的建造在细节上会涉及量子形式的逻辑门，其输出为应用在输入上某个“么正运算”的结果。这是U　作用的一种情形，而电脑所有的运行就是U　过程进行到最后阶段，直到最后的“观察行为”R　为止。

　　根据德义奇的分析，量子电脑不能用来进行非算法的运算（也就是