皇帝新脑-41

之苦特别严重的病人有效的处方。罗杰·斯帕雷和他的助手在对这些病人动手术后进行了许多心理学试验。他们是这样进行的，左边和右边的视界受到完全分开的刺激，这样左半球只接受放在右边的视觉信息，而右半球只接受，到左边的。如果用铅笔的画片在右边闪动，同时用杯子的画片在左边闪动，则病人会说“那是一只铅笔”，因为只有铅笔而不是杯子被显然有语言能力的那一半头脑所感知。然而，左手会选一只盘子，而不是一张纸，去和杯子作适当的相配。左手在右半球的控制之下，右半球虽然不能讲话，却能实现某些相当复杂的人类特有的动作。的确有人建议过，认为几何思维（尤其是三维的）还有音乐通常主要是在右半球内进行的，这样就和左边的言语和分析能力相平衡。右边头脑能理解普通的名词或基本句子，并能进行非常简单的算术。这些头脑分裂实验中最令人吃惊的是，头脑两边仿佛实际上像两个独立的个人那样行为。每一半可分别与实验者联络。由于右半球缺乏口语的能力，它比左半球的联络更为困难，并处于更原始的程度。病人大脑的一半可和另一半以简单的方式联络，例如看着由另一半控制的手臂运动，或者听到指令的声音（像是盘子的碰撞声）。但是，即使是两边之间这么原始的联络也可由仔细控制实验室条件而消除。模糊的情绪仍可由一边传到另一边，然而这可能是由于那些没分开的部位（譬如下视丘）仍然与两边处于联络状态。人们忍不住会问这样的问题：在我们同一身体里是否居住有两个分别意识的个体呢？这个问题曾是许多争议的主题。有人会坚持说肯定“是”的，而其他人宣称两边都不能成为单独存在的。有人会争论道，对于两边能够有共同的情绪这个事实，可证明只含有一个单体。然而，另一种观点认为，只有左边半球代表了有意识的个体，而右边为一台自动机。认为语言是意识主要部分的人相信这一点。确实，只有左半球能令人信服地对口头问话“你有意识吗？”答复“是的！”而对右半球，正如一条狗、一只猫或一只黑猩猩，会困难得甚至不能解释组成这个问题的词，也不能够正确地口头回答。然而，这个问题不能就这么轻易地放过。道纳尔德·威尔逊和他的合作者（威尔逊等1977；伽桑尼伽，列多克斯和威尔逊1977）在一个更新近而引人注意的实验中考察一位代号“P.S.”的病人。在分裂手术后，只有左半球能讲话，但是两个半球都能理解语言；右半球后来也学会讲话；两个半球很明显地都是意识的。而且，由于它们有不同的爱好和需求，所以显得有各自的意识。例如，左半球描述说它希望成为制图员，而右半球希望成为赛车手！显得有各自的意识。例如，左半球描述说它希望成为制图员，而右半球希望成为赛车手！面P.S.和其他人的真正差别是他的右边意识能实际使其他人相信它的存在！如果我们接受P.S.的确具有两个独立的精神，则就面临着令人惊异的情景。假定，每一分裂头脑的病人在手术之前只具有单独的意识；但在此之后就有了两个意识！这原先单独的意识被某种方式分叉了。我们还记得在第一章28页假想的旅行家，他把自己交给一台远距运送机，忽然醒过来时发现所谓“实在的”自我已到达金星。在那里，他的意识的分叉仿佛会导出佯谬。因为我们会问，“他的意识流‘实际上’是沿着什么途径？”如果你是这旅行家，哪一个被归结成“你”？远距运送机可当成科学幻想而不再予以考虑，但是在P.S.的情形下，我们的处境非常相似，而这是实在发生的！哪个P.S的意识是手术前的P.S.？无疑许多哲学家会将此问题斥为无稽。这是由于没有决定这个争论的有效办法。每一个半球都在分享施行手术前的意识之记忆，并且无疑两者都会宣称是原来的那个人。这虽令人惊异，但本身并非佯谬。尽管如此，还有一些令人困惑的问题未被解决。如果两个意识后来又被合并在一起，则困惑就更恶化了。现代技术要把胼胝体单独切断的神经接在一起仿佛是天方夜谭。但是人们可以摹想，在开初时改用一种比实际切除神经纤维更温和的办法。也许这些纤维可被暂时冷冻，或用某种药麻痹。我不知道这类实验是否做过，但是我认为在不太久的将来将会变成可行的。可以设想，在胼胝体重新激发后，结果只会有一个意识。想象这一个意识就是你本人！对于你在过去某一时刻曾经有过两个显著不同的各自的“自我”将作何感想呢？盲视盲视茨1987），事情并非这么简单。一位名叫“D.B.”的病人有些视觉皮层必须被除去，这使他在视野特定区域内看不见任何东西。然而，当把某物放在这个区域并要D.B.去猜是什么东西时（通常像一个十字或圆形标志或是以某一角度倾斜的线段），他几乎可百分之一百地猜中！这个“猜测”的准确度甚至使D.B.本人都感到惊讶！他仍然坚持说，自己不能感知放在该区域的任何东西。①由视网膜接受到的影像还在视觉皮层以外的某些头脑区域加工，一个较不清楚的区域是下部颞叶。D.B.应该是基于在下部颞叶得到的信息作“猜测”。在刺激这些区域时不能直接有意识地知觉任何东西，但是信息在哪儿，只有从D.B.“猜测”的正确性中得以显现。实际上在经过一些训练后，D.B.能够得到这些区域有限量的实际知觉。所有这些似乎表明，大脑皮层的某些地方（例如视觉“皮层”）比其他地方和意识知觉更有关联。但是，其他一些区域经过训练后，显然能进入直接知觉的范畴。①奇怪的是，大脑的“交叉行为”不适于小脑。这样，小脑的右半主要是控制身体的右边，而左半控制身体的左边。视觉皮层的信息加工视觉皮层的信息加工型3。事实上，有些视觉信息的处理在到达视觉皮层之前就在视网膜本身进行。（视网膜实际上被当成头脑的一部分！）一些最先暗示视觉皮层如何处理信息的实验中有一个为大卫·胡帕勒和托斯腾·温塞尔赢得1981年的诺贝尔奖。他们能在实验中显示猫的视觉皮层某些细胞对视野中具有特定斜率的线产生反应。而其他附近的细胞对不同斜率的线产生反应。什么东西具有这个角度通常没有关系。它可以是从亮处到暗处的或从暗处到亮处的边界线，或仅仅是亮的背景中一条黑线。进行考察的特殊细胞已经把“斜率”这一特征抽象化了。而其他细胞对特定的颜色或对每只眼睛接收到的差别产生感应并由此感知所得到的深度。随着距离首位接受区域越来越远，我们发现细胞对我们所看见的东西越来越细微部分敏感。例如，当我们看图9.7时就会发觉一个完全的三角形图像；而在图上并没有画出形成三角形的线，它是由推断而来的。人们实际上发现视觉皮层（所谓第二位视觉皮层）中的细胞能记录这些推断出的直线位置！在本世纪七十年代初叶，文献记载宣称4，发现猴子视觉皮层有一个细胞，只有当一个脸的像被记录在视网膜时才反应。在这种信息的基础上，人们提出了“祖母细胞假设”。根据这种假设，头脑中存在某种细胞，它只有当头脑主人的祖母进入房间才反应！的确，最近有人发现某种细胞只对特殊的词有反应。也许这正进一步支持祖母细胞假设！图9.7你能看到一个放置在另一个三角形上面的，并被一个圆环嵌住白三角形吗？虽然白三角形的边界没有完全画出来，但是头脑中有些细胞对这些看不见的、却可感知的直线有反应。关于头脑中进行的处理过程，肯定有极多尚待研究的地方。对这些高等头脑中心如何实行其功能所知甚少。现在让我们放下这个问题，而转去注意头脑中实际产生这些奇异功能的细胞。神经讯号如何工作？神经讯号如何工作？5。让我们看看神经元是什么样子。我在图.. 9.8中画出了一个神经元的图。它有一个苞状的主体，或有点像星形，通常比较像萝卜，这主体称为躯体，其中包含有细胞核。一根很长的神经纤维从躯体的一端延伸出来。相对于一个单独的微细胞而言，神经纤维有时的确非常长（以人类而言通常达几厘米），它称作轴突。细胞的输出信号就是沿着轴突这根“导线”传送。从轴突可发芽出许多小的分枝，它要分枝好几回。在这些形成的神经纤维终端可找到所谓的小突触结。躯体的另一端通常向四面八方往外分枝，这就是树状的树突。输入资料正是沿着树突进入躯体。（在树突之间偶然也会出现突触结，叫做树状树突的突触。由于它们的复杂性超过其重要性，我将在讨论中省略。）图.. 9.8 一个神经元（通常比所标的要相对地长非常多）。不同类型的神经元在表细节上的变化非常巨大。图.. 9.9突触：一个神经元和另一个神经元之间的结。作为一个自足的单元，神经元用细胞膜把躯体、轴突、突触结、树突和所有一切都包围起来。为了使信号从一个神经元传到另一个，它们必须设法“越过之间的隙碍”。这是在叫做突触的交结处完成。一个神经元的突触结附到另一神经元的某一点上，不是在它的躯体本身就是在它的一个树突上（见图.. 9.9）。实际上，在突触结和它所附上的躯体或树突之间有一非常窄称为突触裂的缝隙（图.. 9.10）。信号从一个神经元传达到另一个时必须穿越过它。图.. 9.10 突触的放大细节。神经传递物的化学物质流穿越过一个狭窄的缝隙。当信号沿着神经纤维传递并穿过突触裂时采取什么形式呢？是什么引起下一个神经元去发射信号呢？从我这个局外人看来，大自然实际采取的步骤真是非同寻常——简直使人着迷！人们也许会认为信号只不过像沿着导线的电流，但是它比这要复杂得多。一根神经纤维基本上是一个圆柱管，装有普通盐（氯化钠）和氯化钾（主要是后者）的混合溶液，这样在管子里有钠、钾和氯离子（图.. 9.11）。在外面也有离子，但是其成份比例不同，外部的钠离子比钾离子多。神经处于静态时，管子内带负电荷（也就是氯离子比钠离子加钾离子的总和还多——我们记得钠离子和钾离子是带正电的，而氯离子是带负电的），而在外头是带正电荷（也就是钠和钾比氯多）。构成圆柱表面的细胞膜有点“漏洞”，所以离子有移动穿越过它并中和电荷差的倾向。为了补充以及维持里头过量负电荷，一个“新陈代谢泵”缓慢地把钠离子通过周围的膜向外输送回去。这作用同时可维持内部钾比钠的数量更多。还有另一个新陈代谢泵（稍微小一些）把钾从外头输送到里面去，所以对内部的钾过量有贡献（虽然它的作用和保持电荷不平衡相反）。图9.11神经纤维的图解。在静态下内部的氯离子量超过钠和钾离子的量，所以带负电；而外头刚好相反，所以带正电。内外的钠/钾平衡也不一样，在里面钾多一些，而外头的钠多一些。一个信号是沿着神经纤维移动的一个区域，其中具有相反的电荷不平衡（也就是现在内部是正的，外部是负的）（图9.12）。想象有人位于神经纤维上这种反向带电区域之前方。当这个区域靠近时，它的电场在细胞膜上打开了称为钠门的小“门”；这允许钠离子从外面往里面流回去（由电力和因浓度差引起的压力，亦即“渗透压”的结合效应）。结果使内部带正电而外部带负电。这些发生过后，构成信号的反转电荷区域即到达我们的位置。它现在促使另外一个小“门”（钾门）打开，这门允许钾离子从里面往外面流回去，这样开始恢复内部超量的负电荷。信号现在就通过了！最后，随着信号再次远离而去，泵缓慢而坚决的行为再次把钠离子赶到外面去，而把钾离子赶到里面去。这就恢复了神经纤维的静态，并为下一个信号作好准备。图9.12一个神经信号是沿着纤维运动的相反带电区域。在它的前头，钠门打开让钠往里流；在它的后头，钾门打开让钾往外流。新陈代谢泵的作用是恢复原状。值得注意的是，信号就是由一个沿着纤维移动的相反带电区域所构成。实际的物质（也就是离子）移动得非常小，只是在细胞膜两边穿进穿出！这种古怪奇异的机制显然极其有效。不管是脊椎动物还是无脊椎动物都普遍利用它。但是脊椎动物有个更完善的设施，也就是神经纤维由称为髓鞘质的白色脂肪物质绝缘层所包围。（正是髓鞘质层使头脑的“白色物质”呈现其颜色。）这种绝缘使神经信号能不衰减并以高达每秒120米的相当的速度（在“转换站”之间）行进。当一个信号到达一个突触结时，它会发射出称为神经传导物的化学物质。这种物质从它的一些树突或躯体本身的某一点通过突触裂移动到另外的神经元去。有些神经元具有一种突触结，它会发射出神经传导化学物质，趋向于促进下一个神经元躯体去“激发”，也就是开始一个沿着它的轴突传出去的新信号。这种突触称作兴奋突触。另外有一种倾向于阻碍下一个神经元激发称作抑制突触。在任何时刻要把活跃的兴奋突触这效应全部加起来，并减去活跃的抑制突触的效应，如果净值达到某一临界值，则下一个神经元就会被激发。（兴奋突触引起下一个神经元里外之间预期的正电位差，而抑制突触引起预期的负电位差。这些电位差适当地加在一起。当附在轴突处的电位差达到临界水准时神经元就被激发，使得钾跑出来的速度不至于快到能恢复平衡。）电脑模型电脑模型为了使这个比较更清楚，我应该讲清楚究竟什么是逻辑门。在一台电脑中，我们也有所谓“全有或全无”的情形。导线不是有电流脉冲，就是没有电流脉冲。在有电流脉冲时强度总是相同的。由于每件事都被非常准确地计时，没有脉冲亦是个明确的讯号，并会被电脑“注意到”。实际上，在我们使用术语“逻辑门”时，我们隐含用脉冲有和无分别来表示“真”或“伪”。这真伪与实际的真理和谬误毫无关系；只不过借以了解通常用的术语而已。让我们还把“真”（脉冲存在）写为数字“l”，“伪”（没有脉冲）写为“0”，而且正如在第四章那样，可以用“＆”当作“并且”（这个“陈述”表示两者都是“真”的，也就是两个论断都为1时，其答案为1），“Ⅴ”表示“或者”（这“表明”两者之一或两者都为“真”时答案为1，也就是唯有两个论断都为0时答案为0），“T”表示“意味着”（也就是ATB表示“如果A是真的，那么B是真的”，这和“或者A是伪的，或者B是真的”相等），“.”表示“如果并且如果”（两者皆“真”或两者皆“伪”），以及“～”表示“非”（如果“伪”的话为“真”，如果“真”的话为“伪”）。人们可把这些不同的逻辑运算列成所谓“真值表”：00 01A& B：(0 1)　　A∨B：(1 1)A T B：(1 1) 　　A .B：(1 0)01 01在每种情形下A标记行数（也就是A=0表示第一行，A=1表示第二行），类似地B标记列数。例如A=0，B=1表示每一个表右上方的值，而在第三表上ATB得到1。（作为实际逻辑的例子：断言“如果我在睡觉，那么我就快乐”肯定是可证实的；在特殊情形下，即如果我刚好醒着而且快乐时，肯定被无趣地证实。）最后，“非”逻辑门的效应简单地是～0=1和～1=0。这些是逻辑门的基本类型。还有一些其他类型，但是所有那些都可由刚才提到的类型组合而成6。现在，我们可否在原则上用神经元的联结建造一台电脑呢？我将指出，甚至从我们前面刚讨论过的神经元激发的非常原始的考虑而言，这的确是可能的。让我们看看如何在原则上用神经元的联结建造逻辑门。我们需要一些数字编码的新方法，因为讯号不存在时不能触发任何东西。让我们（完全随意地）用双脉冲表示1（或“真”），而单脉冲表示0（或“伪”），并且采取一个简单的方案，就是激发神经元的临界值总是刚好两个同时发生的兴奋脉冲。很容易建立一个“与”门（也就是“＆”）。正如图9.13所示，我们可取两根输入神经纤维作为输出神经元上的仅有一对突触结的终端。（如果两者都是双脉冲，则第一次脉冲和第二次脉冲都达到所需要的两倍脉冲的临界值，如果有一根只有一次脉冲，则两根中只有一根达到临界值。我假定脉冲被非常仔细地计时，而且在双脉冲的情形，为了确定起见，用这双脉冲中的第一次计时。）建造一个“非”门（也就是“～”）要更复杂一些，图.. 9.14画出了一种办法。输入讯号沿着一根分成两个分枝的轴突进来。有一分枝走迂回的路径，其长度使讯号延迟的时间正好等于双脉冲两次脉冲间隔的时间。然后两根轴突又重新分叉，这两根轴突各有一根分支终结于一个抑制神经元上，但是从延迟分支来的又分裂成直接和迂回的路径各一条。在单脉冲输入时，这个神经元的输出是没有，而在双脉冲输入时，（在延迟的位置上）就有一个双脉冲。携带这一输出的轴突分叉成三个分枝，所有分枝都以抑制突触结终止于最后一个兴奋神经元上。原先分叉的轴突余下的两部分，每一根再分成两根，所有四根分枝以兴奋突触结终止于最后这个神经元上。读者也许愿意去检查，这最后的兴奋神经元是否提供了所必须的“非”输出（也就是如果输入是单脉冲则输出为双脉冲，输入若是双脉冲则输出为单脉冲）。（这一方案仿佛过于复杂，但是我已经尽力而为了！）读者可以自己消遣，为上面其他逻辑门提供直接的“神经元”构造。出，甚至从我们前面刚讨论过的神经元激发的非常原始的考虑而言，这的确是可能的。让我们看看如何在原则上用神经元的联结建造逻辑门。我们需要一些数字编码的新方法，因为讯号不存在时不能触发任何东西。让我们（完全随意地）用双脉冲表示1（或“真”），而单脉冲表示0（或“伪”），并且采取一个简单的方案，就是激发神经元的临界值总是刚好两个同时发生的兴奋脉冲。很容易建立一个“与”门（也就是“＆”）。正如图9.13所示，我们可取两根输入神经纤维作为输出神经元上的仅有一对突触结的终端。（如果两者都是双脉冲，则第一次脉冲和第二次脉冲都达到所需要的两倍脉冲的临界值，如果有一根只有一次脉冲，则两根中只有一根达到临界值。我假定脉冲被非常仔细地计时，而且在双脉冲的情形，为了确定起见，用这双脉冲中的第一次计时。）建造一个“非”门（也就是“～”）要更复杂一些，图.. 9.14画出了一种办法。输入讯号沿着一根分成两个分枝的轴突进来。有一分枝走迂回的路径，其长度使讯号延迟的时间正好等于双脉冲两次脉冲间隔的时间。然后两根轴突又重新分叉，这两根轴突各有一根分支终结于一个抑制神经元上，但是从延迟分支来的又分裂成直接和迂回的路径各一条。在单脉冲输入时，这个神经元的输出是没有，而在双脉冲输入时，（在延迟的位置上）就有一个双脉冲。携带这一输出的轴突分叉成三个分枝，所有分枝都以抑制突触结终止于最后一个兴奋神经元上。原先分叉的轴突余下的两部分，每一根再分成两根，所有四根分枝以兴奋突触结终止于最后这个神经元上。读者也许愿意去检查，这最后的兴奋神经元是否提供了所必须的“非”输出（也就是如果输入是单脉冲则输出为双脉冲，输入若是双脉冲则输出为单脉冲）。（这一方案仿佛过于复杂，但是我已经尽力而为了！）读者可以自己消遣，为上面其他逻辑门提供直接的“神经元”构造。图.. 9.14 一个“非”门。在此“神经元模型”中（至少）双倍强度的输入又是激发神经元所必需的。当然，这些显明的例子不能认真当做头脑真正详细行为的模型。我只想指出，我在上面给出的神经元激发模型和电子电脑构造之间具有本质上等价的逻辑。容易看出一台电脑可以模拟任何这类神经元相互联结的模型；而上述的详细构造表明以下这个事实，即神经系统反过来可以模拟一台电脑，并因此能像一台（普遍的）图灵机那样行为。虽然在第二章讨论图灵机时并没有用到“逻辑门”.. 7，而事实上如果我们要去模拟一台一般的图灵机，需要比逻辑门更多的东西。假定我们允许自己用巨大却有限的神经元贮库去近似一台图灵机的无限磁带，这样做并没有牵涉到新的原则问题。这似乎是在论断，头脑和电脑本质上是等价的！经元贮库去近似一台图灵机的无限磁带，这样做并没有牵涉到新的原则问题。这似乎是在论断，头脑和电脑本质上是等价的！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。