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腦的部分工作原理初述及（信息加工）工作機制簡介 腦研究的重要性是不言而喻的，然而研究的復雜性也是空前的。在腦研究中，無論是自上而下的研究，還是自下而上的研究，最終都要回答這樣一些問題：腦是如何工作的？物理的腦是如何形成意識體驗的？ 這些問題的回答，僅靠實驗的方法，在可預見的將來是不容樂觀的。理論和實驗是科學發展的兩翼，這種情況，為發揮理論方法的特長提供了機遇。理論方法，即：先提出一個理論假設，在此基礎上形成一些可驗證的推論，通過對推論的證明，達到證明假設的目的，使假設成為理論。 然而，理論假設的提出，也不是輕而易舉的。理論假設需要有足夠的科學性，需要有相當的實驗基礎。然而，實際情況往往是難以滿足這些要求的。實驗往往是不充分的，直接提出理論假設是困難的。在這種情況下，可以把理論假設的形成作為研究內容，采取分步走的理論方法。即：以現有的實驗結果為基礎，先提出一個科學性不是很強的工作假設，以此為基礎，按理論方法的研究程序開展工作，然后根據研究結果對工作假設進行修正，增加假設的科學性，直到形成新的工作假設。如此這樣，經幾次循環，最終形成“理論假設”；“理論假設”形成后，就可以按理論方法展開研究，直到成為理論。 按照這樣的思路，在多年圍繞“腦和意識”進行閱讀和思考的基礎上，結合有限的文獻，提出部分腦的工作原理和一些猜想，以此作為腦研究的工作假設；在此基礎上，形成一個腦信息加工的工作模型。 第一部分 腦的部分工作原理 1.信息性原理 腦是一個特殊的信息系統：腦是進化的產物，生來就攜帶大量的信息；特別是出生后，能實時感知內、外環境的多模態刺激，并以這些刺激信號為基礎，在多層次上從多個角度生成有關刺激的各種信息并記憶，更能通過對這些信息的分解、重組，建構新的信息并儲存。 由此可見，內、外環境信息是在刺激信號的基礎上形成的，分為兩類：以刺激信號為基礎直接形成的信息為原生信息，通過對原生信息進行加工形成的信息為衍生信息。無論哪一類信息，一經形成，就是腦攜帶的信息。 腦攜帶的信息主要有：種族遺傳信息，包括機體其余器官的狀態及其相互協調、配合關系信息；在刺激信號基礎上形成的各種記憶信息（包括機體所處和所經歷的自然、社會環境中各種存在物的狀態及變化規律等陳述性信息、情景性信息、關系性信息、策略性信息等；為完成任務需要機體做出的各種行為、動作等指令性信息）。這些信息，都要在腦中反映出來。腦結構（含宏觀的形態結構以及微觀的連接結構，包括神經元種類、彼此間連接關系和強度等）是這些信息的綜合體現。 猜想1.1 神經代理及生命組猜想 腦中，存在這樣一些神經結構：它們在功能上與機體的某個器官密切相關，用組成神經元的電特性（包括激活程度、放電頻率、電緊張狀態等）的整合和連接方式等途徑直接、間接地表示器官的基本狀態、變化情況及與其它器官的關系等。一定程度上，它們構成該器官的神經代理。 在器官和其神經代理間，存在著某種聯系，它們構成神經代理的主要輸入和輸出。除此之外，神經代理間以及神經代理與腦的其它神經結構間同樣存在一些聯系，反映器官間以及器官與環境間的關系。由此可見，神經代理的輸入有兩部分：所支配的器官的直接、間接反映和其它神經結構的輸入；產生的輸出，除支配相應的器官外，還到其他神經結構，表示對其他器官等的要求。 神經代理與所支配的器官間，是互相影響的，存在有一定的對應關系。當然，這種對應雖然在整體上是匹配的，但不是實時對應的，如器官的暫時一點變化，不能立即在神經代理上得到比較穩固的反映，而是需要一定的積累，反過來的情況也是如此。 神經代理具有以下特點： 1.穩定性 神經代理的狀態主要與所支配器官的狀態有關，而器官的狀態是比較穩定的，即使處于生長期的器官，情況也是如此。因而神經代理具有一定的穩定性； 2.反作用性 神經代理的狀況及其它神經結構對神經代理的作用，最終要在所支配器官上反映出來。當這種作用持續（高頻）、強烈時，將引起相應器官發生一定的變化。神經代理具有反作用性。 神經代理是腦的一部分，腦的任何活動都要影響到神經代理。同時，神經代理又反映了所支配器官的狀況，而后者是機體的一部分。因此，神經代理是生理、心理聯系的橋梁，是生理、心理相互影響的基礎。 機體的絕大多數器官是有神經代理的。其中，與生命有直接關系的生命器官的神經代理的集合，構成生命組。 生命組中各生命器官的神經代理不是獨立的，而是直接或間接地聯系在一起，形成一個相互配合的整體工作。其工作（運行）的特征是：神經代理間既能依次激活，又能順序抑制，循環往復，周而復始。和神經代理一樣，生命組同樣具有穩定性和反作用性的特點。 生命組是在心臟的驅動下工作的。其運行既反映了各生命器官的狀態，又反映了器官間的配合關系，是機體生命活動的標志。由于各神經代理的狀態、彼此間連接關系以及腦的電狀態的多樣性，生命組的運行有多種形式，是波動的，存在一個運行范圍。在沒有各種干擾的情況下，運行狀態主要由生命器官確定，為生命組的最佳運行狀態。這種狀態的實現，是腦在發育過程中布局所遵循的一個重要原則。 生命組的運行也要受腦其余部分電狀態的影響，結果是運行偏離了最佳狀態。此時，生命組具有的穩定性（神經代理間存在的制約關系），不僅能保證生命組的運行，而且能消除這種影響，使運行回歸最佳狀態。 生命組具有的這種特性，在腦的一般工作機制、腦的信息加工工作機制等方面，具有重要作用。 生命組的穩定性，并不是一成不變的。器官生長、衰老、運動等變化，腦其余部分的重組，都要通過神經代理的傳入部分傳入神經代理，引起生命組發生相應的變化。生命組運行的最佳狀態發生變化，最終結果是在新條件下，形成了新的最佳狀態。 2. 系統性原理 腦是一個復雜的生物系統，不僅自身是一個有多部分組成的整體，是一個系統，而且還是更大系統——機體（分為腦和身體）系統的重要組成部分。 腦在結構上的這種層次性特點，要在功能方面反映出來：機體的各種功能，都是腦和其它器官密切配合、協同工作的結果，其中腦發揮著重要作用。腦在機體功能中的作用，即為腦功能；同樣，腦功能也是各組成部分配合工作的結果，表現為腦的整體電狀態。腦正是通過電狀態發揮作用的。 腦的電狀態通過相應的效應器要在機體上表現出來，決定和影響著機體的狀態。由于機體的不同器官（含腺體）、系統受腦不同部分（區域）的支配，故不同的電狀態，在機體上的表現是不同的，腦的具體功能自然也不同。 腦的電狀態，與多種因素有關。在刺激相同的情況下，不僅與腦和身體形成的機體系統有關，又取決于腦結構和腦內各組成部分的電狀態和相互作用。 腦通過周圍神經系統等途徑，與機體其它器官、系統建立了直接或間接的雙向聯系，構成了相互影響、綜合平衡的機體系統：由于感受器的轉換，腦能實時感知、接收并匯聚多模態的感覺信號，直接影響腦的電狀態；能對這些適時感知的信息與腦所攜帶（含記憶）的信息一起進行加工、處理，形成新的電狀態；發出各種指令，通過效應器，協調機體各器官、系統。 由于腦的作用，機體不僅實現了各器官、系統的配合、協調，成為了一個有機的整體；而且各種內、外環境信息，突破了種種時空限制，共存于腦中并按一定的規律得到合理的加工，使機體與所處、所經歷的環境在信息層面上成為一個和諧的整體。 身體和腦一起組成的機體系統，為腦工作提供了一個良好的生理環境。不僅確定了腦的基礎電狀態，而且使狀態的穩定性得到基本的保證。 腦的電狀態，還與腦的網絡結構和腦中所有神經組織細胞的電特性有關，其數量是無窮的。腦中的神經元以突觸的方式，彼此直接、間接地連在一起，形成一個復雜的立體神經網絡，而神經膠質細胞散落在其中。在這個網絡中，由于內、外連接關系（腦區間，腦與感受器、效應器間）的不同、神經元類型的不同以及突觸傳輸的單向性、神經沖動“全或無”的產生特性等，形成多個不同的部分和腦區。 腦的這些組成部分不是獨立的，它們既分工又合作，是形成一個整體工作并完成各種任務的，彼此間以電特性的方式相互影響，是一個系統。對成熟腦來講，各組成部分及腦區對特定的刺激，有比較穩定的電響應；由于彼此間存在復雜的相互影響，其電狀態是兩種因素的整合。電狀態不同的組成部分及腦區，分別具有不同功能。它們進一步整合，形成各種腦功能，構成腦的不同電狀態。 這是一個不均質的網絡：不同部位的神經元在同樣的刺激下，呈現出不同的電特性。網絡中任何一個細胞電特性的改變，既要受腦的整體電狀態的影響，又要影響腦的整體電狀態。 腦是在現有網絡狀態的基礎上，以神經沖動為媒介工作的，結果是腦的電狀態發生了改變。一般來講，在沒有內、外干擾的情況下，腦的電狀態是穩定的，保證了生命組按常態運行。腦一旦受到干擾，隨即進入一種不穩定狀態，生命組的運行也偏離了常態。在一定范圍時，生命組在生命器官的作用下能回歸常態，形成新的穩定的電狀態。 來源不同的神經信號，分別進入腦的不同部位，對腦的電狀態的影響是不同的。即使相同來源的神經信號，由于信號強度和腦微觀結構的不同，形成的電狀態也是不同的。 腦的電狀態決定了腦功能以及機體功能。這些功能，無論是基本的生理功能還是高級的認知功能，無論是意識狀態還是無意識狀態，都是腦電狀態在機體上的表現。它們是一體的，是相互聯系、互相影響的；是共存的，而不是獨立的。知、情、意等心理現象，是腦狀態在不同方面的表現。 猜想2.1 整體（對應）性猜想 機體的狀態是多種多樣的，但沒有一種器官的具體表現是完全獨立的。同一時刻，不同器官的表現雖然不同，但都是腦的整體電狀態的表達。它們之間是有內在聯系的，是相互制約的，具有整體性。 作為機體的重要組成部分，腦與機體其余器官、系統間存在著密切的聯系，參與了機體的各項功能。腦和機體的這種聯系，在腦的電狀態和機體水平的表現之間建立起一種整體間的對應關系，即腦的一種電狀態與機體的一組整體表現即機體狀態相對應： 一方面，腦的電狀態主要通過兩種途徑（腦與有關器官、系統的生理聯系而影響機體狀態的方式或通過腦區間整合而感覺的方式以及兩種方式同時發揮作用）在機體上分門別類地得到表達，構成各種機體水平的表現。前者是看不見、摸不著的，是隱性的；而后者則是可測量、可觀察、可體會的，是顯性的。另一方面，機體水平的任何表現，不僅包括各種具體行為和思維，也包括人格、信念、價值觀、推理和決策等，都是由一定的腦的電狀態及其變化引起的，構成了機體水平表現的神經機制。 機體水平的表現主要有： a.機體各種可測量的生理參數； b.機體可觀察的各種行為（含語言）； c.可體驗的各種心理活動。 從以上的分析中可以看出，腦功能是不同于機體功能的。腦功能是特定腦狀態在機體功能中的作用，需要效應器轉換。同樣的腦狀態，效應器不同，機體的功能也是不同的。在腦的電狀態與機體水平的表現之間，存在著對應關系。 需要注意的是，機體水平的表現是多樣的，特別還有一些無意識水平的表現。綜合考慮外顯的各種表現才能全面地反映腦狀態。 猜想2.2 相關性猜想 在腦神經網絡中，不存在孤立的神經元。任意兩個神經元之間都存在著相互影響，特別是在神經元激活時，表現更為顯著。 神經元間的影響，主要體現在電特性上，如場電位的變化、神經沖動的產生、興奮的擴散等方面。這種影響可以是興奮的，也可以是抑制的。影響的大小取決于彼此的連接關系（有無直接聯系，間接聯系時的間接程度）、空間位置及距離、神經元的種類等。任一神經元所受的影響，是該神經元所受各種影響的總和。腦區間的影響是腦區中所有神經元相互間影響的總體描述。 一般來講，生命組始終是處于活動狀態的，對其它神經元構成持續影響。其余處于活動狀態的腦結構的影響也是明顯的。腦是一個整體，在穩定的情況下，腦內神經元間的相互影響是平衡的，是有利于生命組的運行的。 神經元間的相互影響，直接關系到所影響神經元的激活。一個神經元在一定刺激的作用下能否激活，除神經元類型外，主要是根據該神經元所受的影響確定的。興奮性影響大于抑制性影響時，易于激活；否則，不宜激活。在特定情況下，有些神經元能在另一些神經元的影響下直接激活。如在目標導向行為中，前額葉皮層中表征目標導向的神經元的激活，將直接激活感覺區有關神經元。 神經元間的相互影響，使腦在不同時、空條件下對同一刺激有了不同的反映，這是各種偏好的生理基礎。 有直接聯系的神經元之間，除上述影響更顯著外，還存在神經沖動的傳遞。 猜想2.3 擴散性猜想 腦中神經元興奮后，興奮以神經沖動的形式在全腦范圍內選擇性地傳遞給下游神經元。這一過程是持續進行的，直到產生效應或不能激活其它神經元為止，也就是興奮能量不足以引起新的興奮。 興奮的擴散不是隨意進行的，需要一定的擴散路徑。對于一個熟悉的刺激，這一路徑是相對穩定的。而對于一個新刺激，擴散路徑是在生命組和腦的其余結構，特別是激活部分的引導下逐漸形成的。 就認知活動而言，引起神經元興奮的情況有兩種：一是內外環境刺激的直接作用，二是由于腦活性的改變引起記憶信息的激活。無論哪種情況，都是改變了腦的電狀態。這種改變，要影響腦其余部分和結構，特別是生命組的運行。 一般情況下，影響是負面的。此時，如果存在這樣一些神經元，其電特性的改變更有利于其它腦結構，特別是生命組按常態運行，那么，興奮將由已興奮神經元擴散到這些神經元上。其中，與已興奮神經元有直接聯系的下游神經元更敏感，是優先擴散的對象。這是擴散的主要形式。 隨著興奮的擴散，神經元之間的聯系將發生一定的改變，將逐步形成一條與特定刺激相互對應的擴散路徑。如果興奮能量不足以到達效應神經元，興奮將引起路徑中最后一個神經元發生某種變化，并最終消失。 如果不存在這樣一些神經元，興奮神經元將直接影響其它腦結構和生命組的運行，引起后者做出一定的調整，以適應這種變化，并最終完成擴散。 實際上擴散路徑的形成是十分復雜的。這是因為同時興奮的神經元是一個集團，集團中每個神經元產生的神經沖動又可傳給多個下游神經元，而一個下游神經元可接收多個上游神經元傳來的神經沖動。一個神經元最終能否興奮，取決于接收的刺激總和是否大于閾值。 神經元先整合后分散的特點，往往形成上游神經元集團中的一部分神經元對下游神經元集團的一部分，即多對多的擴散路徑，從一個神經元到另一個神經元之間點對點的擴散是很少的。擴散路徑的這一特點，是信息分布儲存的基礎。 在興奮的擴散過程中，神經沖動經過的神經元將發生一些變化：一是易化了有關神經元，使之變的易于激活，一旦條件成熟（腦活性的變化等導致神經元間的相互影響），這些神經元將自動激活，產生新的神經沖動；二是改變了神經元之間的突觸強度和突觸度，使后續的擴散變得容易了。總之，興奮的擴散是造成腦可塑性的一個重要基礎。 猜想2.4 特異性猜想 腦不是一個均質網絡。腦的不同組成部分（包括專門性核團），或同一部分的不同區域，具有不同的電特性和腦區功能，在不同的腦功能中發揮作用。 任一腦功能，都是多個腦區協調活動的結果。在這些腦區中，對大部分功能來講，存在一個關鍵腦區，這個腦區的損傷，意味著這一功能的消失；其余的則是輔助腦區，它們協助關鍵腦區工作，其損傷只是影響功能的發揮。 任一腦區，能在多項功能中發揮作用。對某種功能來講是關鍵腦區，對其它功能來講則是輔助腦區。 作為機體的重要組成器官，腦在機體的各項功能中都發揮著重要作用。只是不同的功能，腦的電狀態不同，活動腦區不同，一起工作的機體其余器官不同。 腦的基本生理功能和高級認知功能的關鍵腦區基本是明確的。負責認知功能的大腦皮層，不同腦區的功能也是不同的。這些腦區功能是局域性的，不同于綜合性的腦功能。 從中可以看出，腦區功能是不同于腦功能的，腦區功能是區域性、單一性的，不一定能在機體水平上表現出來；腦功能是多個腦區活動的整合，是綜合性的，不存在某功能的單一腦區。 綜合考慮猜想2.2和2.4，腦功能既是整體性的，又是定位性的，是整體基礎上的定位。這是因為任一功能的實現，是離不開特定腦區特別是關鍵腦區的興奮，是定位性的。而關鍵腦區的興奮，是在一定腦狀態的基礎上發生的，興奮程度受腦整體狀態的影響。腦正是在整體狀態的基礎上完成各種具體任務、實現多種功能的。同時，一項功能的實現，離不開多個腦區的活動，是多個相關腦區協調活動的整合。 3.活動性原理 腦的活動性，是腦興奮程度的總體描述，由腦中所有激活神經元（含神經元類型）及其在腦中所處的位置確定。一定的活動性，是腦工作的基礎。活動性不同（包括強度和分布兩個方面），能激活的神經元及其分布是不同的，能實現的功能也是不同的。 腦的活動性和機體的狀態密切相關，兩者是相互影響的，最終形成一種穩定，即一定范圍的活動性與一種機體狀態相對應。 腦的活動性依從無到有、從低到高的次序，可以分為四個檔次，分別對應一定的機體狀態。具體為： Ⅰ類活動性，即死亡狀態。腦中沒有神經元處于興奮狀態，所有神經元都是靜息的，整個機體處于死亡狀態； Ⅱ類活動性，即睡眠狀態。主要是生命組神經元保持一定水平（維持生命）的興奮，整個機體處于睡眠狀態； Ⅲ類活動性，即清醒狀態。除生命組以外，還有由生命組激活的一些神經元一起興奮，整個機體處于清醒狀態； Ⅳ類活動性，即工作狀態。在Ⅲ類活動性的基礎上，有關皮層神經元也有激活，完成高級的認知功能，機體進入工作狀態。 腦的活動性是不斷變化的。一方面，變化圍繞機體睡眠——清醒狀態的循環進行，是一個動態的過程。任一時刻的活動性，是由上一時刻的活動性和影響活動性變化因素的總和決定的。 影響活動性的因素有多種，如生命組的活性、生化環境、生活習慣及其它腦結構的狀態等，這些因素可分為有利于和不利于活動性兩類。它們在不同的機體狀態時有不同的變化趨勢，如睡眠時，有利的因素增加較快；而在清醒時，不利的因素增加較快。當有利的因素占優時，腦的活動性增加；反之，活動性減少。 當腦的活動性不足以維持清醒狀態時，腦和機體進入睡眠狀態。此時，如果不利于活動性的因素仍然處于優勢，活動性將進一步降低，直到機體死亡。 當機體處于清醒狀態時，腦和機體開始警覺，此時，在刺激或記憶的基礎上形成意圖，進入工作狀態。 另一方面，腦的活動性受激活腦區的影響。 腦的活動性是由基礎活動性和動態活動性構成的。基礎活動性由生命組提供，相對穩定；動態活動性主要由腦中只需生命組就能興奮的神經結構提供，在一生中是不斷增加的。 從經驗可知，不同腦區的神經元，激活條件是不同的。有的只需生命組的作用就能激活；有的需要生命組和刺激的共同作用；有的介于兩者之間，即：開始時需要生命組和刺激的共同作用，一定激活次數后，只需生命組作用就能激活。無論哪種情況，神經元的激活都要受腦活動性的影響。在其它條件相同的情況下，腦或腦區的活動性越高，其中的神經元就越容易激活。 參與腦動態活動性的主要神經結構，是以生命組為核心、依神經結構與生命組和感覺器官連接的密切程度和輸入信息的頻率逐步擴展的，直到整個腦。新的神經結構的激活和運行，提高了腦的活動性，對生命組的運行有促進作用。 腦的活動性是有結構的，即活動性在不同的腦區的分布是不均衡的。腦活動性的這種多樣性，對腦功能的發揮是有影響的：不同的時空條件，腦的活動性結構是不同的，同樣的輸入，輸出也不同。 4.集團性原理 有皮層神經元參與的認知活動，是腦的高級功能，是腦主要的信息加工工作。 參與認知活動的皮層神經元，不僅數量眾多，而且彼此間聯系復雜。但這些神經元不是獨立活動的，而是組成一個神經元集團發揮作用的。集團中的神經元聯系密切，能相互激發，共同表征一定的信息。認知任務就是通過眾多神經元集團按一定規則形成、變換、重組等運動完成的，相關集團是根據任務需要在集團化腦的基礎上組織起來的。 神經元集團有基本型和衍生型兩種。基本型是在外界刺激的直接作用下在感覺皮層中形成的，衍生型則是以基本型為基礎，在任務信息的引導下形成的，存在于感覺皮層或其它皮層中。 神經元集團不是先天就有的神經結構，而是在先天腦結構的基礎上，皮層中能在較短時間間隔內相繼激活或有共同反應特性的神經元在后天經集團化后激活形成的。 集團化是指在相關神經元間建立橫向聯系，使這些神經元能夠協調、有序激活，作為一個整體活動。神經元間先天的橫向聯系是很少的，絕大部分是后天逐步形成的。如基本型神經元集團就是后天在外界刺激作用下形成的。開始時，需要高強度的刺激，隨著刺激次數的增加，神經元間的連接逐漸多了起來，連接強度也增加了，刺激強度就不需要那么高了。橫向聯系一旦建立，即集團化后，神經元間就能相互激發，不僅易化了神經元的興奮，低強度的刺激就能使之激活，還能使這些神經元幾乎在瞬間協調活動。 所謂橫向連接，是指集團內神經元間的連接，其作用是易化集團中的神經元并協調激活；而縱向連接，存在于集團之間，使集團間能序慣激活。相比之下，橫向連接是后天形成的，是不穩定的，需要及時鞏固。在得不到及時鞏固或存在干擾的情況下，集團可能不能形成，功能可能不能正常發揮。 集團化后的腦，將保持先天的腦結構，回歸靜息狀態。一旦有適當的刺激，相應的神經元集團將激活。集團形成后，作為一個整體，具有明顯的功能性邊界；沒有刺激或刺激強度不足時，集團不能形成，邊界也不會存在。 腦的集團化，是一個永無終結的過程，只有水平問題，沒有完成之說。集團化工作可以在新生腦的基礎上進行，也可以在已經一定集團化的腦基礎上進行。無論哪種情況，刺激的特點都要在集團中反映出來。相似刺激所形成的神經元集團，有一些共同的組成和橫向連接，一個神經元可以是多個神經元集團的組成，究竟屬于哪個集團，依其余神經元的激活而定。 神經元集團具有以下特點： ⑴層次性 腦的集團化，實質上是腦微觀結構的復雜化，主要發生在大腦皮層。 皮層的不同部位與感受器的連接是不同的，有的是直接連接，有的是間接連接。按連接方式，可將皮層分為不同層次（有直接連接關系的皮層層次較低）。 神經元集團可在不同的皮層層次上形成，高層次集團是在低一層次集團的基礎上順序產生的。這些集團雖然有一定的內在聯系，但所在的皮層是不同的，是不同的集團，具有明顯的層次性。依次為：刺激——基本型集團——衍生型集團——高一級衍生型集團…… 一個低層次集團可以產生多個高層次集團，每個集團反映低層次集團的不同方面。高層次集團可以單獨激活，也可以和其它集團同時激活。同一層次具有相同刺激響應的集團全部協調激活時，效果與相應低層次集團激活的效果是一樣的。 基本型集團形成過程是這樣的： 清醒時，各種感受器能自動感受環境中存在的適宜刺激，并把這種刺激轉換為神經沖動沿特異性神經通路傳到腦，引起感覺皮層相應神經元的同步激活，形成了刺激的基本型神經元集團。隨著刺激時間（頻率）和強度的增加，基本型集團持續作用于高層次皮層。由于皮層間存在的聯系，能在高層次皮層中形成多個衍生型神經元集團，反映刺激的不同方面；理論上，這個過程會一直進行下去，逐級形成層次不同的集團。 從中可以推斷，隨著皮層層次的增加，形成的集團組成規模（神經元數量）卻在變小，而集團的數量卻會增多。雖然形成的難度越來越大，但對刺激特征的編碼越來越精細，抽象性越來越高，激活卻越來越容易。 集團的層次性，一定程度上反映了腦的認知水平。集團的層次越多且越易形成的，智力水平越高。人和動物、動物的進化水平在這個問題上是有明顯區別的。 ⑵信息性 神經元集團，特別是基本型，是在刺激的直接驅動下形成的。集團規模及成員間橫向聯系的強度、方式等，都體現了刺激的特點，具有信息性。對于衍生型神經元集團，情況也是這樣。個別具體雖然不能全面體現刺激的特點，還是反映出刺激的某些方面。 神經元集團編碼的信息總體來講有二類，即編碼各種外在存在物的狀態及變化規律的信息和機體需要完成任務的指令性信息。前者是完成任務的出發點，即完成任務的材料；后者則明確了具體的任務目標。 指令信息可以直接來源于外界的指示（如母親讓孩子去關好窗戶）和機體的生理信號（如饑餓等），也可以來源于由環境信號或腦的活動性增加而激發的記憶（如早上去上班等）。兩類信息在腦工作中的作用是不同的。 腦的集團化和神經元集團的激活，是一個漸進的過程。由于橫向聯系的存在，刺激可以是低強度的。首先是個別神經元，繼而是部分神經元，最后是整個集團。隨著集團中激活的神經元數量的增加，集團編碼的信息也逐步清晰、準確起來。當刺激強度不能激活所有神經元時，編碼的信息只能部分、模糊地表達，象沒有調好焦距的照片，是一種信息傾向。 ⑶重組性 神經元集團除由刺激驅動形成外，還可以通過衍生型集團的重組產生。 神經元集團中的神經元是靠彼此間的橫向聯系而成為一個整體的，組成集團的神經元不同，集團也不同。 橫向聯系是后天形成的，不是很穩定。雖然有年齡、皮層層次、形成時的環境差異等，總體上容易受其它神經元（腦結構）電特性的影響，特別是在高層次的集團中。在完成任務特別是目標引導任務的過程中，激活的高層次集團中，全體或部分神經元可與集團外其它神經元或其它神經元集團中全體或部分神經元進行重新組合，形成新的神經元集團。 新的集團是在具有一定集團化水平腦的基礎上形成的，與刺激沒有直接關系，不存在相應的刺激和基本集團。但新集團具有各組成部分原有刺激的某些特征，是這些特征，如A刺激的某些特征與B刺激某些特征的綜合。 重組發生在高層次皮層中。集團一旦形成，可向更高層次皮層發展，形成新的衍生集團，直到任務完成。 從這一原理中我們可以看出： 神經信號是不同于神經信息的，神經信號僅僅是單個神經元發出的神經沖動，而神經信息則是由神經元集團中所有神經元發出的神經沖動的集合實現的；當一個神經元集團只能部分激活時，編碼的信息不能完全表達，但具有了一定的信息傾向。正是這種傾向的存在，與該集團有關的任務也變得容易起來。啟動效應就是這種情況，也是自然、社會環境對認知影響的神經基礎。 5.整合性原理 腦在體工作時，當興奮神經元的數量達到一定規模、興奮達到一定強度時，這些神經元在形成一個興奮神經網絡的同時，還會形成一個虛擬的信息整合體。這個整合體是由眾多神經元的興奮整合而成，是這些神經元參與的多個神經元集團所攜帶的信息的綜合體現，具有信息意義，是意識覺知的基礎。我們的覺知能力及覺知到的東西，是這個虛擬整合體達到一定條件時表現出來的特性及整合體的有關部分，而不是神經活動本身。 單一神經元是不攜帶任何信息的，信息是由相關神經元集團攜帶的。集團中的任一神經元都對集團所攜帶信息有所貢獻。當集團的全部神經元不能同時激活或激活強度不夠時，集團所攜帶的具體信息得不到明確表達，形成的整合體也是不完整的，但具有了一定的信息傾向。這些不完整的整合體能相互疊加、彼此融合，分別作為組成成分，共同形成一個信息整合體。 這個整合體不同于神經網絡，是與網絡并存的一種虛擬存在，不單獨占據空間。整合體依賴于神經活動，其形成是有一定條件的。當腦的活動性不足時，整合體不能形成，也談不上存在。 猜想5.1 意識機制猜想 腦是以神經沖動為媒介進行工作的。興奮神經元在發放神經沖動的同時，產生相應的電磁場。由于神經元在體的因素，產生的電磁場可以相互疊加、彼此融合，共同形成一個場整合體。當興奮神經元中既有生命組神經元又有集團化后的皮層神經元且兩者的興奮達到一定強度時，場整合體具有了信息意義，成為信息整合體，而這個信息整合體則表現出意識的特性，意識形成了。此時的信息整合體，也成為了意識整合體，這是自我意識的基礎。當興奮神經元中含有攜帶信息的完整的神經元集團且達到一定強度時，其攜帶的信息將以高密度的形式體現在整合體中。這些高密度部分，對整合體構成干擾，是意識的內容。 由此可見： ⑴意識是生命特有的（信息整合體中要有生命組神經元），沒有生命是不可能產生意識的。計算機等沒有生命的信息系統是不會有意識的； ⑵意識的產生，需要腦經歷一定的集團化。沒有足夠的集團化水平，是不會產生意識的。如嬰兒是沒有意識的； ⑶意識的產生，需要腦在體工作。腦離體后，是不能進行整合的，整合體不能形成，也就不能產生意識； ⑷意識是以自我意識為基礎的，自我意識則是意識主觀性的本質。 信息整合體的基礎是電磁場，理論上對所有神經元的電特性都有影響，包括產生信息整合體的神經元。只是當興奮神經元數量較少且強度不足時，這種影響微乎其微，可以忽略不計。在信息整合體達到意識水平時，影響就顯著了，表現為意識的反作用。影響方式有易化和抑制相應的神經活動兩種，具體方式，取決于意識的內容和所受影響神經元之間的信息聯系。 意識整合體不是一種永恒的存在，需要一定的條件。條件達不到要求時，意識整合體不能形成。這與意識飄忽不定的特點是一致的（意識“就是那個隨著覺醒而來又隨著無夢睡眠或者昏迷、深度麻醉乃至死亡而去的東西”）。 信息整合體是由興奮神經元整合產生的，是一個整體，每個神經元都有自己的貢獻。少數神經元是不能產生的，這與意識的不可分割性是一致的。 信息整合體由興奮的神經元產生，理論上是可測量的。在技術手段還做不到的情況下，只能靠機體體會。這與意識的主觀性、私密性是一致的。 第二部分 腦的信息加工工作機制簡介 腦工作有兩個方面，一是生命的維持和機體狀態的調節，二是信息加工。 信息加工是腦在一定活動性的基礎上進行的。無論是腦的活性強度還是活性分布，活動性不同，能完成的工作是不同的。 腦的基礎活動性是由生命組提供的，隨生命組一起激活的腦區，增加了腦的活性。不同的種族、不同的個體、不同的時空條件，腦的活性是不同的，直接影響信息加工。 生命組是在心臟的驅動下工作的，其運行狀態主要由所支配生命器官的狀態及配合關系、激活的腦區確定，存在一定的運行波動范圍和一個最佳運行狀態。它們是生命組運行的維持力量。在不受干擾時，生命組以最佳狀態運行。 信息加工是從接收內外環境刺激開始的。清醒時，環境刺激經相應感受器轉化為神經沖動陣列后，沿特異的神經通路傳向腦，激活腦中相應的神經元，改變了腦的電狀態，干擾、影響了腦的活動特別是生命組的運行。 腦的電狀態改變后，圍繞生命組運行的最佳狀態，出現了維持和干擾兩種力量。兩者的作用截然相反，有下列幾種情況： 當干擾力量大于維持力量且作用時間較長時，直接破壞了生命組的運行，生命結束。如嚇死了； 當干擾力量短暫地大于維持力量時，生命組暫時中止運行，一段時間后得到恢復。如休克等； 當兩種力量勢均力敵且干擾力量長時間存在時，生命組的最佳運行狀態被迫發生改變。如性情的變化； 普遍情況是干擾力量小于維持力量時，生命組在偏離最佳狀態的情況下運行，并逐步回歸最佳狀態。 最后一種情況，主要是由于生命組具有穩定性實現的。具體地講，處于活動狀態的腦區特別是生命組，對興奮存在一定的影響，能引導興奮向影響生命組運行小的方向擴散，直到產生效應或不能擴散為止，完成任務。 由此可見，信息加工工作，是腦在一定活動性的基礎上，從接收周圍神經系統傳來的神經沖動開始，通過興奮在生命組引導下擴散，到產生效應為止的三個階段，構成腦信息加工工作的基本過程。 實際的信息加工，是一個十分復雜的過程。這是因為同時興奮的神經元是分布在多個腦區的多個神經元，綜合擴散路徑要達到最佳。 腦接收神經沖動后，如果僅僅是少數神經元興奮或興奮的神經元不能整合成有意義的神經信息時，興奮的神經元僅僅作為神經信號的載體，腦就是對神經信號進行處理。這是人腦和動物腦、人腦基本的生理功能和高級的認知功能所共有的工作機制，是腦的基本工作機制 如果環境刺激興奮的神經元位于皮層，且能整合成有意義的神經信息，相當于腦對神經信息進行處理。在擴散過程中，興奮的神經元集團將根據任務需要，有可能解構、重組，構成腦的認知工作機制。 神經信息具有層次性，層次越高，抽象程度越高，進化水平也高。這是人腦和動物腦、高級動物腦和低級動物腦的區別所在。 |
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