思维的原子

注意如何对接收到的信号进行过滤和提炼，然后将输出信息转变成意识？尽管这一章主要探讨意识心理学，但是考察大脑处理信息的过程将有助于我们深入了解精神世界。注意无疑属于考察的内容之一。

关于注意在大脑内如何运作的问题，一些重要细节还有待研究。但是一种普遍认同的观点是：注意的产生是神经元之间相互竞争的结果。这种情况与生物界的自然选择很相似，只是这场适者生存战争的赢家和输家不是有机体，甚至不是神经元，因为没有神经元会在这场斗争中死亡。相反，斗争在高于神经元的层面进行，是信息源之间争夺有限的注意资源的斗争。

为了详细说明这场激烈的神经元竞争，首先要了解神经元如何相互作用进行信息处理。

记者们往往会迫不及待地报道：“科学家已经发现，某种功能是受大脑某一区域控制的。”根据功能划分大脑各区域固然有其合理性，方便我们研究大脑如何思考，如何产生某种意识。但是，如果将大脑的思维机制看作与邮票收集相类似，那就大错特错了。给大脑各区域贴上标签不足以解释我们的思维过程。

1961年，加利福尼亚理工学院邀请著名理论物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）讲授物理学入门课程。这有点出人意料，因为费曼当时并不是特别出名。但是，加利福尼亚理工学院的物理学课程太落伍了，而费曼的讲课技巧很高明，所以理工学院做这样的决定也很自然。结果，费曼的物理学课程很成功，他还出了一本很受欢迎的教科书《费曼物理学教程》（The Feynman Lectures on Physics）。第一次上课，教室挤满了学生，费曼看着这些面带稚气的大学生，说了下面一番话：

假设突然发生一场大灾难，所有的科学知识都被毁灭，只有一个句子可以传给后代，什么样的句子能够以最少的词汇表达最多的信息呢？我认为是原子假说（atomic hypothesis）：所有的物质都是由原子构成，原子是一种永恒运动着的微小粒子，原子之间隔开一点距离会互相吸引，挤在一起又会互相排斥。你会发现，这个句子没有运用多少想象力，包含的信息量却极大。

神经元在神经科学领域的地位相当于原子在物理学中的地位。假设我们将在一场大灾难中消亡，要传给后代的一句话，以神经科学的话语来说可能是：所有意识和无意识都是神经元集合的电活动，神经元是进行信息处理的大脑细胞，每个神经元与其他神经元有几千个输入和输出联结，因此，每个神经元会影响其他神经元的活动，同时，每个神经元的活动也会受到其他神经元的影响。

一个单独的神经元，在我们人体的生物计算机网络中只是一个节点。围绕神经元的胞体有很多分支（树突），每一个分支都有一个突触，可以接收来自与其相连接的另一个神经元的信息。神经元还有一条长长的尾巴（轴突），轴突末端有很多具有输出功能的突触（多达几千个），可将一个信号发送给很多别的神经元。神经元发送的信号是标准电压下的简单电信号，基本上采用二进制编码，以0和1表示。几乎所有神经元都采用二进制编码。还有一点很重要：不同神经元之间的突触一般不直接接触。一个神经元发射时，释放出一种称为神经递质的化学信号，这些化学信号在其他神经元突触之间传播并被接收。大脑内有多种不同类型的化学信号，一些抑制神经元活动，另一些则加强神经元活动。

我以第1章电子邮件的类比为基础，做进一步阐述，解释神经系统的某些特性。假设我是一个大型联合企业的经理，该企业被列入《财富》世界500强。作为最前沿的一家公司，我们不再使用电话，而是通过电子邮件联系。由于这一“明智”的决定，我几乎要被电子邮件淹没了。我不可能回复每一个人的邮件。所以，我制定了一项规则：只有当同一个主题的邮件超过100封（尽管每封邮件的主题都是“发送”，或者编码1，但是暂且忽略这点），我才将这个信息传递给地址簿上的每一个人。碰巧，我收到来自同一个人的很多邮件，这个人叫N.Uron。我发现自己经常给他写信。很奇怪，我们忙碌和空闲的时间恰好一致。因此，有必要将这个员工的电子邮件置于其他人的电子邮件之上，他的一封邮件的等级相当于其他10个人写的同一主题的邮件。这样的话，我收到某个主题的邮件，如果他也是其中的一个发送者，那么不需要达到100封邮件我就会将这个主题信息发出去。

有时候，我发现自己工作效率特别低。如果必须晚上工作，我会感到很累、很生气，我被困在办公室里了。在这些情况下，我会忽略收到的一半数量的邮件。所以，同一主题的邮件超过200封时，我才会发送一条信息。到了午夜，所有的员工都精疲力竭、情绪低落，也不再有集体自豪感。每个人都变得很安静，一条信息发出去后似乎都没有回应。而到早上喝咖啡的休息时间过后20分钟，我们所有人都忙碌起来，要求做些事情。这个时候，我收到50封相同主题的邮件就会发送一条信息。由于每个人都在忙碌，公司内快速地传递着很多的信息。

这个类比旨在说明，神经元的工作是有弹性的。一个神经元只有在收到其他神经元发出的信号达到一定数量时，它才会发射信号。但是这个数量在短期内可增长，也可缩短，取决于神经元之间传递的化学信号的类型（在上面的类比中，夜晚的劳累与早上喝咖啡后精神焕发形成对比）。一般来说，这些化学信号无分别地被发送给大量神经元。如果两个神经元相互之间进行频繁的发射，就会加强这两个神经元之间的联结，在今后它们很可能会一起发射（就如同上面类比中的“我”与N.Uron的频繁通信）。神经科学有一句流行语形容这种现象：“一起发射的神经元联结在一起。”这句名言被称为“赫布定律”，以唐纳德·赫布（Donald Olding Hebb）的名字命名（赫布是计算学习理论的先驱，研究神经元网络如何影响学习）。这种有着相似行为的神经元之间轻松地进行信息传送的现象，被认为是学习和记忆的主要的微观机制。

如果我们知道单词“正方形”对应的是视觉看到的正方形的形状，那么表现正方形的视觉神经元就会和表现正方形的听觉神经元成为通信朋友，他们互相给予对方的电子邮件优先处理权，换句话说，表现正方形的视觉神经元加强了与表现正方形的听觉神经元之间的联结。这种方式可以提高这两类神经元的灵敏性，使它们相互间更容易激活对方。

我上大学一年级时，凭直觉认为大脑内的一个或数个神经元负责辨认出我奶奶的脸孔，另外一些神经元负责辨认出一把锤子，等等。我天真地认为，大脑就像一组巨大无比的文件柜，其中一个文件柜里整齐地摆放着我熟悉的建筑物的记忆，另一个文件柜里则按字母顺序排列了我读过的小说。

后来我明白，信息实际上散布在神经元网络中；在由上百万个神经元组成的巨大网络里，神经元通过互相联结产生的力量进行编码；神经元的活动不是固定在某个地点的。刚知道这些的时候，我感到很震惊。从某种角度看，这是最难接受的神经科学概念，但是进化的结果就是这样，不可能是别的样子。这种与其他神经元建立联结的神经元学习系统，刚开始规模较小，慢慢地增大规模。那种认为大脑像一个个文件柜的想法是神创造的，不是进化的结果。线虫的神经元网络非常小，由302个神经元组成，线虫的生命周期只有几周时间，它在这点时间内只能学到一点东西。而我们人类有850亿个神经元，在我们几十年的生命里可以学到很多东西，但我们内在的神经元机制还要用来处理信息（线虫的神经递质释放的很多化学信号与人类相同）。

这个看起来简单的神经系统却有着不可思议的灵活性。就像地球上所有生命体的DNA语言都是相同的，大脑内神经元的二进制编码也是相同的。这使大脑各区域之间可以轻易地进行信息交换，同时也解释了下面这些现象：改变了视觉通路的雪貂，只要它的眼睛接收到信息，它的听觉皮层就能够看到东西；而盲人的视觉皮层可以轻易地处理盲文信息。 Z7gZbZR8EhgocHdTLuqnkYiWJUzoHo1iMa0iBjyOAe9MshlUKv9hdbBYSqrBuWig