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[分享] 探索大脑的终极秘密——学习、记忆、梦和意识(新书)

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发表于 2017-12-23 15:47:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
封面.jpg
目录
前言
第一章 大脑和神经系统及其演化
一、人的大脑
二、人的神经系统
1. 中枢神经系统和周围神经系统
2. 神经元
3. 神经胶质细胞
4. 动作电位
三、动物神经系统和脑的演化
四、人脑的演化
1. 三位一体的人脑
2. 新皮层的结构与信息联系
五、脑功能分区与整体论
1. 颅相学
2. 整体论
3. 脑功能分区
4. 认知的发育、可塑性与后天塑造
第二章 感觉——视、听、嗅、味、触
一、何谓感觉?
二、人类对感觉的认识历程
1. 古希腊时期的感官生理学认识
2. 感觉中心——大脑 vs 心脏之争
3. 专化神经能量定律
三、感觉的多样性
1. 为了生存而感觉
2. 视觉
3. 听觉
4. 嗅觉
5. 味觉
6. 触觉
四、对感觉的再定义
五、难点
第三章 感受野——对刺激的级联响应
一、感觉神经元的感受野
二、视神经元的感受野
三、神经节细胞和内侧膝状体神经元的感受野
1. 明暗感应
2. 颜色感应
3. 感受野的变化
四、视皮层神经元的感受野
第四章 视觉系统的演化——从眼点到眼睛
一、视觉器官的演化
1. 原生动物的眼点
2. 刺胞动物的感觉棒
3. 环节动物、软体动物和节肢动物的复眼
4. 脊椎动物的眼睛
二、光感受器的演化
四、视觉的分子起源
1. 眼睛中的神奇物质——视黄醛
2. 在嗜盐古菌中视黄醛可用于生产ATP
3. 同样的感光物质服务于完全不同的生存目的
第五章 视觉的原理——信息真的需要加工吗?
一、视觉分子的发现之旅
二、视循环——视紫红质的分解与合成
三、视觉信息的传递——从视网膜经外侧膝状体到视皮层
四、视觉信息传递过程中感受野的变化
五、视觉的始站——视网膜
1. 基本结构
2. 对明暗和颜色的感知
3. 视网膜内的神经回路
六、视觉的中站——丘脑外侧膝状体
七、视觉的末站——视皮层
1. 从外侧膝状体到初级视皮层的视觉信息投射
2. 视觉皮层功能专门化
3. 柱状结构
八、视觉通道
1. 三条平行的视觉加工通路
2. 视觉信息的传递与折返——前馈与反馈
九、视觉机理
1. 格式塔知觉律
2. Marr的视觉框架
3. Ramachandran——拇指规则
4. 神经达尔文主义
5. 视觉层次化加工
第六章 记忆——信息的编码、储存与提取
一、记忆的定义
二、对记忆的认识历史
1. 亚里士多德的“图章假说”和三大联想律
2. 霍布斯的“感觉残迹说”
3. 洛克的联想
4. 哈特莱的神经振动说
5. 艾宾浩斯的记忆遗忘曲线
三、记忆的类型
1. 按感觉类型分类
2. 按记忆时长分类
3. 据信息类型分类
4. 按时间方向分类
四、边缘系统与记忆
1. 海马体
2. 杏仁核
3. 其它脑区
五、记忆的原理
1. 祖母细胞理论
2. 信息如何编码?
3. 记忆的增强与整固
4. 孔哈克的认知记忆假说
5. 多重储存模式
6. 工作记忆模型
7. 构建假说
六、记忆的特性
1. 模糊性
2. 规律性
3. 选择性
4. 聚类性
5. 模块性
6. 记忆检索的瞬时性
七、影响记忆的因素
1. 遗忘
2. 脑损伤
3. 睡眠
4. 胁迫
5. 干扰
6. 年老
八、记忆蛋白
九、困境
第七章 学习——新知识的获得、修正与强化
一、何谓学习?
二、古希腊哲学家的认知观
1. 赛诺芬尼——神能认识真理,凡人的认识只是意见
2. 赫拉克利特——逻各斯是万物变动的原则
3. 巴门尼德——感觉提供猜测,思想通向真理
4. 普罗泰戈拉——人是万物的尺度
5. 恩培多克勒——感官考察部分,心灵认识全体
6. 苏格拉底的“回忆说”
7. 柏拉图——理念世界和可感世界
8. 亚里士多德的“蜡块说”
三、近代欧洲哲学家的认知观
1. 笛卡尔的“心物二元论”
2. 斯宾诺莎的实体一元论
3. 洛克的“白板说”
4. 近代唯理论
5. 康德的“先天综合判断”
四、十九世纪之后的学习理论
1. 巴甫洛夫的经典条件反射理论
2. 桑代克的联结—试误论
3. 突触可塑性与赫布法则
4. 苛勒的顿悟学习论
5. 维果斯基的“文化─历史”发展论
6. 皮亚杰的同化和顺应
7. 苏伯尔的认知结构迁移理论
8. 普雷马克的“祖母原则”
五、学习的类型
1. 非联想式学习
2. 联想式学习
3. 主动性学习
4. 玩耍
5. 濡化与涵化
6. 情景学习
7. 机械学习
8. 理解式学习
9. 其它
第八章 梦——脱离现实的自由意识?
一、何谓梦?
二、古人论梦
1. 梦——神的启示
2. 梦——自己的世界
3. 梦——残留的(精神)映像
三、梦、脑电波和眼动
1. 不同睡眠阶段的划分
2. 为何在梦中眼动?
四、为何做梦?
1. 激活—综合理论
2. 连续激活理论
3. 紧张性不动反射是梦的前身
4. 危险模拟假说
4. 激发长时记忆或强化语义记忆
5. 测试和选择心理图式
6. 梦是随机的副产物
五、为何白日梦?
六、梦——放飞的本能、预感、启迪或真实?
1. 梦——被压抑的愿望和本能的释放?
2. 梦——现实的预兆?
3. 梦——也能带来启迪?
4. 梦——偶尔也能成为真实的记忆
七、梦——与现实若离若即?
1. 梦——对内外刺激的虚幻响应
2. 梦——时空颠倒性
3. 梦——无意识的事件重构
八、梦与记忆
1. 梦——对心的重编程序?
2. 梦——对记忆模块的整固
3. 夜梦与记忆的偶联——自然选择的产物
第九章 记忆模块学说
一、模块化——生物界的普遍规律
二、与心理模块相关的理论
1. Hebb的“细胞集群”
2. Fodor的学说
3. 进化心理学家的观点
4. 符号描述
5. 格式塔图形素描法
三、记忆模块学说
四、模块记忆的进化解释
1. 类型模块可满足对动态环境的适应需要
2. 较小的模块可满足快速决策的需要
五、支持记忆模块学说的若干证据
1. 记忆证据
2. 记忆分子标记证据
3. 记忆归档证据
4. 心理加工理论的支持
5. 视觉加工过程
六、梦——支持记忆模块学说
1. 梦中的记忆模块
2. 自己的一个真梦
3. 用模块学说对梦境的解析
4. 达利的油画——“由飞舞的蜜蜂引起的梦”
5. 记忆模块形成与遗忘的神经生物学机制
七、记忆模块与景物识别
1. 冗余折返回路
2. 互联网系统中的图片搜索
3. 大脑真的会对感觉信息进行编码吗?
第十章 终极秘密——意识
一、何谓意识?
1. 意识的定义
2. 意识的特许存取
3. 意识的其它用法
二、关于意识的争论与迷茫
1. 神经科学的无助
2. 哲学家的迷茫
3. 物理学家的狂想——量子意识
4. 心理学派之间的争论
5. 物质与意识之间的鸿沟
三、自我、本我和超我
四、波普尔的三个世界
五、自我意识
六、是否存在动物意识
七、意识在哪里?
1. 笛卡尔的松果体
2. 爬行动物脑——小脑和脑干
3. 古哺乳动物脑
4. 新皮质
八、意识是如何运行的?
1. 整合信息理论
2. HOR理论
3. 自我表达论
4. 自我交互论
九、狮子也能理性思维
十、意识的终极解释
第十一章 人的由来
一、何许人也?
1. 人的定义
2. 人的生物学本领平淡无奇
3. 人是唯一能用火的动物
4. 人是符号化的动物?
5. 从猴到人的演化中,体型和脑容量明显增大
二、劳动创造了人?
三、人类演化简史
1. 现代人起源地点之争
2. 人类演化年表
四、人类起源研究之南辕北辙
1. 独特性≠起源
2. 依旧迷茫
3. 关键何在?
五、文字创世论
六、自然的超越
1. 技术麻醉了人的动物意识
2. 意识的巅峰——互联网与智能时代
主要参考文献http://product.dangdang.com/25198896.html
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 楼主| 发表于 2018-2-15 16:52:18 | 显示全部楼层
科学释梦——意识窗口在记忆模块间穿越
作者:谢平



       唐代诗人李白曾说,“浮生若梦,为欢几何”,将人生喻为短暂的梦幻。有些人生如梦,有些梦若人生,还有梦想人生......梦——五彩缤纷,诡异神奇,我们每晚都在梦境中游弋,但真容却那么隐秘,那么遥不可及......

        正常的人生就是梦与现实的轮回,而有些精神病人始终停留于梦境,一个无视他人的自我世界之中。我国古代亦有不少关于梦的传说——黄粱美梦、庄生梦蝶、梦笔生花,等等。在整个人类史上,梦可谓千古之谜,虽然人们一直在寻找梦的意义——神的启示?隐秘的潜意识?孤寂的自我世界?与自己内心的对话?窥探内心之镜?现实的虚幻体验?内心的自我整合?残留的精神映像?等等。

       但迄今为止,人类并未能从梦的迷雾中走出。即便是在科技如此发达的今天,人们对梦的生理学机制依然知之甚少,除了各种玄秘的猜测,亦不乏五花八门的“科学”假说——激活·综合理论、连续激活理论、紧张性不动反射假说、危险模拟假说、激发长时记忆或强化语义记忆假说、测试和选择心理图式假说、随机副产物假说,云云。精神分析心理学的创始人弗洛伊德(Sigmund Freud)宣称,梦是梦者的镜子,不是神的显圣,也不是现实的预兆,梦表现了被压抑的内驱动力和梦者潜意识中的情感冲突。有人将弗洛伊德的《梦的解析》称为划时代的杰作,也有人称其为“20世纪最惊人、最狂妄的智力骗局”。释梦——充斥着让大众叹为观止的心理玄说,一些所谓的“科学”学说也是那么的苍白!如何才能解开千古梦惑?本文将用科学事实与逻辑分析助你剥掉缠裹着梦的神秘面纱......

梦.png

梦中映像(百度百科)


       如何才能揭开梦的神秘面纱?可以肯定的是,没有记忆就不会有梦,即如果我们不知道大脑如何记忆,就不会知晓我们为何做梦。那什么是记忆呢?通俗地说,当你合上双眼,可以回忆刚才、几天前甚至几十年前的往事,这就是记忆。记忆可谓大自然的奇迹,但无人知道物质世界为何演变出这种不可思议的能力。科学上,人们给“记忆”下了十分洋气的定义——“信息的编码、储存与提取”,但可笑的是人们既不知道记忆如何编码,也不知道如何储存,更不知道如何提取。但是,科学释梦必须从破解记忆之谜开始。

一、模块记忆学说

       据估计,人脑的神经细胞有近千亿之多,是个天文数字。记忆一个最简单的事情,也需要许多神经细胞的参与(即一个细胞群)。记忆并不是一个能够简单地一概而论的事情。首先因为它的形式多种多样,譬如,主要感觉类型(视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等)相关的记忆机制都不可能完全相同,它们可能分布于不同的脑区。此外,同一个对象往往分享这些不同的记忆类型,而诸多不同的对象组合成一个接一个的事件序列或过程……这些都可能是我们记忆的对象,其复杂性不言而喻。

       令人颇为惊讶的是,迄今为止,几乎无人关注梦与记忆之间的关系,除了来自经验的推测——譬如,梦似乎有助于记忆。但无人可以否认我们梦中的情节不是来自于过往的记忆,因为此时我们几乎关闭了对外界的感知功能,对视觉尤其如此。如何回答这样问题:a)往事为何偏偏要以片段(而非符号)的形式进入我们的梦境,像串珠一样?b)如果我们对物体或事物的记忆被肢解为少数符号,为何我们在梦中要去将它们重组起来?c)假如我们在梦中的这种重组是有某种目的性的,那为何一些情节有时又是那么的离奇?

1.何谓模块记忆学说?

       无论如何,记忆不可能被肢解为符号,但它也不可能是一个精确无误的刻录机——如果真是这样,数百亿的神经细胞也满足不了我们对漫长人生中一切所见所闻的精确记载。因此,我们的大脑只能采取一种折中的办法——以不大不小的模块为记忆的基本元件。具体来说,首先,我们需从各种不同情景/情节中提炼出多少有些抽象(或像素描一样)的基本模块,再在这些简单模块的基础上,提炼出更高一级的模块(由多个简单模块复合而成)。我们或许还会继续制作出更大一些的模块。这与我们身体的组织形式十分类似——由细胞拼出组织,由组织形成出器官,再由器官组合成人。在我们大脑中的这种逐级模块化过程就构成了所谓的学习或记忆过程。这就是我所提出的模块记忆学说(memory module hypothesis)的核心。模块记忆学说的基本原理如下:

①  人类等哺乳动物的大脑记忆以基本模块(I级)为单位,I级模块以轮廓记忆为主(大小、颜色及其它细微特征不那么重要),因此,每一类(如狗)包含了一个变异系列(如年幼和成年的个体特征,相似的品系特征),大脑能够自动识别,这或许就是抽象概念的神经生理学加工过程,只是我们现在还用文字进行了标识。轮廓性的图形(平面或立体)构成了多种多样的I级模块,譬如,我们储存了对老家房子的整体轮廓及其内部房屋结构的记忆模块,我们储存了对自己居住的小区及其周边的标志性景物的组合轮廓的记忆模块。正因为如此,我们才能毫不费劲地回到自己的家中。我们甚至能大致记住从现在的居所回到数百公里之外或更远的老家的线路略图。此外,虽然我们从未见过一个完整的国家地貌全景,但地理学家绘制出来的中国地图也作为基本模块储存在了我们的记忆之中。I级模块既可小到一粒葡萄,也可大到一个地球,但它们保存在我们记忆中的都是基本轮廓。当然,我们也很难确定一个I级模块涉及多少个神经细胞或神经冲动。

②  由I级模块可组合出更复杂一些的II级模块,甚至III级模块……但是模块越复杂,需要反复记忆的时间就越长,也越容易出错,越容易遗忘。在一生中,大脑记忆所保存的信息量为:I级>II级>III级……,大部分是关于物体及其特性的I级模块,其次是II级行为模块,III级模块则是少之又少。

③  重复接触(如从不同的侧面、距离、运动等)可导致对I级模块的重描,也增加该模块的维度特征,有些形成II级或更高级的模块。重复次数越多,对该模块轮廓的记忆就越清晰、越全面(维度特征越多)。这样,就在我们的脑中形成一个可塑性更大或包含许多特征通道的记忆模块。譬如,通过对狮子的长期观察,我们就能建立关于狮子这个物种的记忆模块,逐步形成关于狮子及其各种行为(如交配、捕猎、争斗等)特征相连的记忆通道(图1)。由于背景的复杂性,狮子的模块还可能与其它实物模块形成链接或交叉。

1.jpg

图1 狮子(I级模块)和它的各种特性,有些(如成年狮和幼狮的形态特征变化)是对I级模块特征的重描,有些(如交配)形成II级模块,而像狮群对斑马的联合围捕行为则形成III级模块,虚线指向的实心圆圈表示尚未描述的维度特征1、2、3、4、5……


   ④  当我们在现实中遭遇狮群时,我们会根据现实的场景、以及储存在大脑中的关于狮子的记忆模块和各种特征通道来决策我们的响应行为。而在睡眠期间,当同样的场景进入我们的梦乡时,我们在无意识的状态下,可能随机地选择特征通道,并与其它模块随机组合,因此,可能会出现与现实略微不同甚至完全不同的奇特梦境。

   ⑤  以轮廓为主的视觉模块在记忆模块中可能占据了绝对优势的地位。与视觉信息相比,嗅觉、味觉、听觉和触觉等信息的记忆应该简单得多,像嗅觉和味觉可能只需要相对单一的化学反应就能进行辨识,而听觉或触觉可能更多的是通过相对简单的物理信号(如振动)来进行辨识。因此,这些类型的感觉可能主要是形成物体视觉信息模块的附属属性。即便是语言,也不过是事物模块及其属性或关系等的抽象表征。

      有哪些I级模块呢?1)一类物体:如人,狗,狮子,番茄,桌子、椅子、篮球等;2)一个过程:如瀑布,下雨,下雪等;3)一种声音:鸡叫声,狗叫声。

       有哪些II级模块?如雌雄狮子的交配行为,狮子捕猎斑马的行为,在巴甫洛夫的经典条件反射实验中用铃声刺激引起狗唾液分泌反应的行为,还有在斯金纳的操作性条件反射实验中小鼠偶然压杆获得食物的行为,篮球运动员的一个助攻、突破和扣篮的连贯动作,从前奏开始的一首完整歌曲,等等。

有哪些III级模块?如一群狮子对猎物(如斑马)的联合围捕行为,黑猩猩的葬礼,一部电影,一场歌剧,一场比赛,等等。此外,一个人娴熟地驾驶汽车的一系列动作亦可视为III级模块。

       有些模块是时序性的,如一首歌曲,有些是非时序性的,如祖母及其特征。但它们都只需要部分信息就可激活整体,如我们听一小段前奏就知道是什么歌曲,只需看一个眼神就知道是自己的祖母。其实,从少部分信息可以提取更多的信息,这亦是记忆模块存在的有力证据。

       Fodor(1983)关于心理模块的一些特性——域特异性、信息封装性、强制性击发、快速、浅层输出、固定的神经层次结构等,也基本适用于我在此描述的I级模块。

      人们发现,在大脑皮层中存在功能超柱——斑点柱、皮层模块、方位柱、眼优势柱等,并认为它们与物体的形状、颜色、亮度、运动和深度等的信息加工有关。我猜测,大脑或许以同样或类似的机制储存了关于物体的视觉信息。这种光化学反应可能利用了一些感光分子,从而可使不同皮层的神经细胞形成不同的感受野。在功能超柱的研究中,人们假定这些神经细胞的特性是与生俱来的,但我认为应该存在一些皮层细胞,它们允许从视网膜传递而来的物体光信息进行后天的生化印刻,形成关于物体轮廓的长时记忆。试问,如果视觉信息模块在大脑皮层中的储存需要重新编码,大脑对信息的快速检索和提取如何可能?我们如何能在瞬间辨识出眼前栩栩如生的情景?因此,直观的感觉是,神经细胞之间所谓的动作电位与视觉信息的编码应该毫无关系(因此,现代神经生物学可能掉进了一个可悲的认知陷阱),虽然它在行为指令的传递方面具有重要作用。

       人的思维过程似乎也带有模块的痕迹。我们将理性认识区分为三个基本过程——概念、判断和推理。概念是进行思维的逻辑要素,它是事物类别或物体抽象属性的符号表征,如雪、狮子、食肉动物、斑马、食草动物、苹果、红色等。概念可视为一种I级思维模块。判断是对思维对象是否具有某种属性或事物之间是否具有某种关系的肯定或否定,如狮子是食肉动物,这种判断是基于对狮子捕猎行为(II级模块)观察而得出来的,因此,针对较复杂行为属性的判断可视为一种II级思维模块。推理(特别是复杂推理)是由若干已知的判断推出新结论的过程,可视为一种III级思维模块。

       在心理学中,存在一种称之为“知觉恒常性(perceptual constancy)”的现象,指我们在识别物体时可以不受观察角度、距离和照明的影响,譬如,你可能扫一眼前面人行道上的人,就可以迅速认出你的同学,也就是说,我们对物体的知觉可以不受刺激变化的影响(Myers 2004)。这可用I级模块的抽象素描特性予以解释。此外,格式塔心理加工模式也是基于类似的原理。

      模块具有分级的结构,从简单的单层模块,到复杂的多层模块,相互链接,相互嵌套,形成复杂的层级与网状结构。而且,每一级的模块都可以不断重描,并不断充实与更新。因此,对一个较为复杂事物的记忆需要形成一种模块镶嵌的层次化的网络结构。信息的模块化及其整固、搜索与识别等对人工智能的设计可能具有重要意义。

2. 对模块记忆的进化解释

      以模块方式进行记忆必定是生命历史演化的产物,它肯定对动物的生存具有重要意义。

①  类型模块可满足对动态环境的适应需要

       记忆必须以模块为单位还有这样一个无可辩驳的理由:动物们生活在各种生物交织在一起的食物链网之中,而且每种生物的个体表征都处在永不歇息的变化之中,就像我们每个人,都会经历从婴儿→儿童→少年→青年→中年→老年的变化历程,每个个体的面孔都会发生令人惊讶的变化,因此,我们不可能记住每一个变化的细节,我们需要记住的是一个基本的轮廓模式及其变化范围,譬如,我们能记住并区分母亲从年青到年迈的面容变化,是因为在我们记忆中,母亲必定是一个基本轮廓模块加上她的若干变化状态而储存着。

② 较小的模块可满足快速决策的需要

       小模块有利于组合和推理,是动物生存决策之必须,无论是觅食还是逃敌,都得给自己的行为提供快速的决策。如果模块太大,一是我们需用大量的空间去存储,二是情景组合的复杂型增加,需要更长的时间对感觉信息进行搜索、比对、组合、判断与决策,因此,模块的信息量既不能太小,也不能太大。

       我们来回想一下DNA的三联体密码子,为了编码20几个氨基酸,少于三个碱基满足不了编码需求,多于三个碱基又有太多的冗余与浪费,因此,不长不短的三联体被选择下来了。记忆模块也可能是经历了长期的适应与自然选择才保留下来的。

二、梦是意识窗口在记忆模块间的半随机穿越

人的大脑保持着不停的自动搜索状态,无论是在活跃感知的清醒状态,还是在感知十分微弱的睡眠状态,神经系统都在滚动接收信息,要么自动搜索与比对,或者随机播放,因此,大脑像是一台永动机。如果我们记住了所有的事物,我们的梦就应该是过往经历的严格拷贝,绝不会与现实若离若即,也不会出现时空颠倒性,亦不会出现脱离现实的事件重构。但事实并非如此。

1.梦中的记忆模块

       人的记忆似乎以模块为单位,如我们在梦中能毫不费力地想象出我们曾经见过的汽车、房屋、河流、祖母、猫等实物以及与之相偶联的短暂的特征性过程(譬如,我们在山腰看到了一条河流及它奔流而下的瞬间,因此而形成了特定瀑布的记忆模块),这些实物及过程是以比较完整的模块被储存在记忆之中了。

       我们曾经经历并记住的成千上万的实物/过程模块就成了我们梦的原料或素材(它们因此镌刻了独特的民族文化、个人情感、行为习性、生理响应等特性),而我们在梦中就可以随机地组合这些模块,像导演一样编织出一个个梦的情节。

       当然,如果在睡梦中都只是对I级模块的随机组合,那我们的梦境与现实的重叠性几乎就是零,我们的梦也不会有任何值得回味的情节。因此,我们做什么主题的梦可能主要是随机的(虽然不能排除近期经历的重要影响),但一旦选择了某一主题,神经回路对情节的展开还是具有相当约束性的,譬如像图1中的特性通道的多样性(包含的II级模块或与更复杂模块的链接)就会使梦境的情节十分多样而新颖,当然,有时偶尔可能会十分离奇甚至离谱。但可以肯定地说,我们绝不可能控制自己的梦。

2.自己的一个真梦

       这里我以自己在2016年12月12日亲身经历的一场梦来说明记忆模块的存在(斜体文字为添加的说明):

       凌晨,我被一场噩梦所惊醒,情节与自己最近经历的事情有关。大概一周前,我因感冒高烧连续打了7天吊针,还住了几天医院。昨晚在一场梦将我惊醒之前,我记得的情景是:在一个摆放了很多张床的屋子里一个护士开始给我插输液的针头(我的确曾在那个医院的地下一层的一个房间输过液,那时我还没有住院,那房间里有一排给病重一些病人躺着输液的床,但更多的病人是坐在板凳上,有3-4排,我梦中的情景与这有些相似,但不完全相同),旁边还有其它护士在给其它病人输液,一个女护士(我记不清楚她的相貌)很快将针插入了我的左手掌背部,但没有找到正确的血管,瞬间液体四散开来,但我在梦中并未感到疼痛(我在这几天的输液中并未遇到这样的情况,但很久以前曾经碰到过,护士不得不重新插针,因此,印象还是很深刻的,这大概反映了我的一种担心),接下来的事让我惊呆了,那个护士拔出针头后,找个血管重新插入了针头,并像剖鳝鱼似地飞快地挑破我的一长节小血管直奔肘关节(这似乎是把剖鳝鱼的行为模块叠加进来了,虽然我已经很久没有见过剖鳝鱼的情景了,但这个行为模块我从小时候起已亲历或目睹了无数次了),同时那护士口中念叨着要找到埋在大血管里的输液埋管(我记得在我住院的第二天,有位护士来跟我输液,顺便问了一声‘有没有埋静脉输液管’,我回答说,‘没有’,其实我从未用过这东西,也未见过实物,就这么被问了一声,居然就进入了我的梦乡),我看着那个护士将针管推到了输液管并将全部药一气呵成地注了进去,接着叫了一声我一位同事的名字“XX”,意思好像是叫她来看一看怎么的(我那位同事确实到过医院看过我,还帮我办了住院和出院手续,但没有陪我输液,而曾经陪过我输液的是另外两个同事,而且护士也不可能知道她的名字,因此,绝不可能能够直呼其名),接着我就被这个“野蛮的”输液给惊醒了!

       恰逢我在写作这一章,我就赶紧将这个噩梦的情节重新回忆了几遍,并详细地记录了下来。这个梦的人物都是真实的,大部分事情都是我亲身经历过(虽然插入了极少的以往的经历)的,但也添加了一些虚构的情节,并出现了对人物、场景、故事等信息模块的重组。因此,这个梦中的模块都是真实的,而许多故事情节却是离奇甚至离谱的。我自己的梦恰好为我对记忆与梦的本质之诠释提供了宝贵启迪!

3. 用模块学说对梦境的解析

       根据上述梦境可以猜测,一个人在生活中的各种情节构成了一个个行为模块(I级模块),不同人会各自产生许许多多的行为模块,但除了少数是独特的之外,更多的则是相似的,而这些相似的模块在一个人的睡梦中经常随机重组,既可以是同一人模块的自我重组,也可与他人的模块进行混合重组。相似的模块似乎作为某种模块类型而储存,类似的对象间似乎可以共享一些行为模块,而一个个梦境(在微弱的外部刺激下或毫无外部刺激)就是若干模块的随机组合(类似于II级或更高级模块的虚拟情景),在睡梦中神经系统的活动窗口无意识地在各种模块间随机游走(图2)。当然狮子的行为模块一般是不会与人的行为模块相混合的,因为很难相信有人经常梦见自己像狮子那样吃斑马的,或有人像狗那样汪汪直叫的,虽然也不能排除极个别的案例。

2.jpg

图2 用模块学说对梦境的解析,对象1如自己,对象2如护士,对象3如友人……行为模块a如病人被植入静脉输液埋管的过程,行为b如护士实施病人静脉输液的过程,行为c友人来医院看望病人过程,等等。一个对象或行为相关的信息可能都储存在一个细胞集群中


      我们在梦中的故事情节往往是符合情理的,这表明类型模块之间的组合似乎并不是完全随机的,应该存在一定的序列方向性(因此是半随机的),如a→b→c,虽然一个类型模块的各行为模块(a1,a2,a3……)在梦中某个情节的出现可能是随机的。像a→b→c这样的现实的(或经过现实反复综合过的)事件序列似乎代表了一种联想的关系模式,它可能是记忆的重要基础。因此,现实的重复将有助于巩固这种序列关系或关系模式。可以设想,如果没有这种序列关系,我们的梦就不会有任何可被回忆的情节,梦就只能是一堆毫无意义的模块之杂乱堆砌,但事实却并非如此。因此,这种事件序列的存在就为我们关于梦对记忆的整固作用找到了一种合理的解释。

      从某种意义上来说,记忆就是模块及其关系网络的构建过程。不难设想,在现实世界的反复生存检验中,一部分有意义的通路将不断得到强化,并逐渐演变成畅通的因果/逻辑关系,并用以指导个体的行为,这便构成了一种学习过程。

而大部分通路则是无意义的,很快就会被遗忘。但是,有些重大事件经历一次就会铭记终身,如“911”事件(飞机撞向双塔的过程),在一个人的生涯中,总会奇遇若干这样的经历,往往是一些生死攸关、或令人震撼的特殊刺激,或者有生以来的初次体验,等等,这些似乎能加重记忆镌刻,虽然我们还不知道其具体的生理学机制。

       在清醒状态下,大脑将被现实的内外部世界情景所主导,神经系统的活动窗口或“意识窗口”(由内外部刺激所激发)将不再是无意识地在各种模块间随机游走(这种状态只有在走神的时候发生)。如果同时出现多个刺激,就会有多个“活动窗口”同时开启。神经系统将专注于基于大脑内部储存的信息模块来辨识真实世界的情景(这大部分是一种无意识的自动过程,虽然我们偶尔也会主动地回忆一些过去的情景),动态地指挥自身的行为决策。在睡梦中,微弱的刺激也能使神经活动窗口开启,但大脑的神经活动并不会像清醒时那样具有主动性与清晰性,而且即使完全没有刺激,意识窗口也在随机浮动。我们并不知道在睡眠中这种意识窗口的随机浮动对清醒中的神经行为具有何种意义。但很显然,只要活着,神经系统的自动搜索(即便在睡梦中是无目标的)就不会歇息,难道是因为藉此大脑可保持对外界刺激的即刻或快速响应?或者反过来设想,如果神经系统停止了运转,如何重新去启动它呢?此外,我们为什么每天都要做许多无意识的梦?难道通过梦来实现对I、II级(甚至III级)记忆模块的整固吗?大家熟知的睡眠不足导致记忆力衰退的经验似乎支持这样的看法,但梦促进记忆的生化机制并不清楚,因此,两者之间是否真正具有因果关系还不得而知。

       梦的存在及其所呈现出的特征表明大脑中必定存在过去经历形成的记忆模块,因为在睡眠状态下我们已关闭了视觉与外部世界的联系。但是,人们并不清楚记忆模块的储存地点、形式以及排列方式等。如果一个人天生就是个瞎子,那他在梦中就不可能看见具体的客观世界,如果有人说能,那就表明人的大脑中先天就植入了视觉模块,但这是不可能的!

       通过对法国、匈牙利、埃及和美国的天生的盲人的研究发现,他们会使用非视觉的感觉通道——听觉、触觉、嗅觉和味觉——来做梦(文献见Myers 2004)。这至少能说明两点:1)感觉记忆模块是后天形成的,2)除了视觉,其它感觉途径也能形成记忆模块。

      据说,顶叶受损的患者停止了做梦(Solms 2000),这可能也意味着顶叶是记忆模块的存储之地。

      Tang和Guo(2001)进行了一个有趣的实验。他们将果蝇固定在视觉飞行模拟器上,让其可以选择具有两种不同模式的图形线索。当果蝇飞向一种图形时,将受到热惩罚,而飞向另一种图形时,不受热处罚。果蝇通过多次尝试后会飞向不受处罚的图形,而回避另外一种图形,即果蝇可以通过学习建立它自己的价值系统来获得少受处罚的行为。他们让果蝇在具有颜色和形状综合输入模式下学习,再用单个因子来测试。他们通过训练让果蝇嗜好绿色正T,而回避蓝色倒T。第一个测试是针对形状的辨识——使用白色的正T和白色的倒T;第二个测试是针对颜色的辨识——使用绿色的正T和蓝色的正T。在第一个测试中,果蝇选择白色的正T,在第二个测试中,果蝇选择绿色的正T。他们认为,果蝇能同时利用两种不同类型的视觉线索来进行学习,而每种线索能被独立地运用于记忆的检索或提取。笔者认为,这亦表明,①颜色和形状信息是分开储存的,②行为模块由一些不同特征复合而成的,通过其中的任一种特征通道,都能通向正确的行为抉择。

4. 达利的油画——“由飞舞的蜜蜂引起的梦”

      达利(Salvador Dalí, 1904 -1989)是西班牙的一位超现实主义画家,他在1944年创作了一幅名为“由飞舞的蜜蜂引起的梦”的油画,描绘了他的妻子——加拉(Gala)的一个梦境(图3)。画面上,裸睡的加拉悬浮在一块漂浮在海面上的礁石上,身旁有一只红色的石榴悬浮在礁石边,正石榴旁边还有一只飞舞的小蜜蜂。在加拉的左上方,有一个开裂的大石榴口,其中窜出一条大鱼,鱼夸张的大嘴中又相继跃出两条斑斓猛虎,张牙舞爪地扑向加拉柔软的躯体。在猛虎的前面,有一把枪,其尖尖的刺刀头插在加拉的上臂上,引起蜂蛰般的疼痛。远处的上方,一只驮着尖顶方塔的大象,迈着竹杆般的四条细腿,行走在蓝色的海面上(Fiore etal. 1998)。

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图3 达利的油画作品《由飞舞的蜜蜂引起的梦》(© Salvador Dali, Gala-Salvador DaliFoundation, DACS, London, 2009.)


      美国心理学家John Allan Hobson在Nature Reviews Neuroscience的一篇综述中颇为“科学”地解读道:达利在其妻子沉睡躯体上方的空间中,呈现了一组松散地连接在一起的梦幻图像,他对梦的超现实主义视觉以几种方式预见了现代梦科学的发现。第一,也是最重要的,是它表现了在沉睡的梦者大脑中出现的强烈生动的视觉意象。第二,梦中的幻觉是对感知外部刺激的不言自明的废除,是对那些欺骗梦者相信她是醒着的论断的回击。第三,荒诞离奇画面的松散链接:从爆炸的石榴发射出鱼,再从鱼嘴中吐出一只猛虎,接着转到一把尖刀指向加拉的头,最后是一个长着不协调的长腿的大象漫步在这个图像序列的背后。第四,情感凸显的离奇序列,它有助于将图像捆绑成一个连贯但可能是短暂的加拉经历的回忆叙事。鉴于这种梦想经验的强烈性,令人惊讶的是为何很少有人记得。加拉可能记住了这样一个梦,但很多其它人醒来就忘记了。达利认为,这个梦是由加拉左耳后面的蜂螫引起的。达利自己可能没有注意到,这种强度的梦没有什么外部刺激也能发生(Hobson 2009)。

       这是一场由环绕石榴嗡嗡起舞的蜜蜂而引起的梦,清澈明亮的色彩,形象逼真的动作,荒诞不经的情节……画中的石榴、蜜蜂、老虎、大象、刺刀、大海等,被赋予了诸多栩栩如生的色情解释。但依笔者之见,这些都是应该加拉熟知的真实的记忆模块,可能由于近期的经历加上某个偶然的诱因(如蜂螫),它们随机地组合出了一个多少有些虚妄离奇的情节罢了。在这些基本的物体模块中,唯一扭曲的基本模块是那个长着蜘蛛腿的大象,不知这是真实的梦像还是经过了艺术的修饰,因为,类似的大象在他1946年创造另一幅名画——《圣安东尼奥的诱惑》中再现过。

       Hobson(2009)更是奇思异想,他将意识区分为清醒意识(waking consciousness)和睡梦意识(dream consciousness)两类,认为清醒意识更能在任务和大脑缺省模式之间、以及在背景和前景加工之间进行定量化的区分,而睡梦意识,如图3所示的那样,更富于去创造现实世界的极为可靠的模拟以及具有将高度离散的图像和主题整合成无缝场景的卓越能力。

5. 记忆模块形成与遗忘的神经生物学机制

       在人体中,只有神经细胞采取四通八达的网络形式(图4),一个细胞可以在任何角度与相邻的另外的细胞树突和轴突进行联系。我认为,这种可塑的特性,再配备特定的标识物质(如感光物质),就使大脑通过一定的细胞群体对任何形状、明暗与色泽的外界景物及其动态进行视觉加工成为可能。景物通过双眼的视网膜经内侧膝状体中转再投射到视皮层上呈现出的所谓功能柱、方位柱和功能超柱等视觉加工模块可能就是基于这样的原理。相似的模块是否就是以某个模块的主神经细胞群为核心利用树突进行重描的呢?重描(反复接触)越多记忆越牢的原理是什么呢?

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图4 众多神经细胞通过树突和轴突相互交织,形成一个复杂的神经网络(来源:百度百科)


       还有,曾经的长时记忆是如何被遗忘的了呢?就我自己来说吧,在小学、初中甚至高中期间朝夕相处的同班同学的面相大部分被遗忘掉或记忆非常淡薄了,至少无法想象出来了,看到当时的照片也根本认不出来了,当然岁月已经逝去了超过30或40年。我的疑问是,那些相关的记忆细胞群是休眠、死掉还是被重写了?如果死掉了,那为何死掉了?如果被重写了,那在什么条件下决定某些细胞群应该被重写?


附一、支持记忆模块学说的证据

1. 日常的记忆证据

       我们容易记住6-8位的号码,容易记住2-3分钟长的歌曲,但你决不可能准确记住一个2小时的讲演,也绝不可能记住一本200页长的小说。但你在一瞬间就能辨别出突然出现在眼前的老虎,无论它的大小,以及略有变化的花纹。

       我们自己的记忆经历告诉我们,大脑中保存的记忆大部分都是小模块:虽然我们与父母生活了几十年,家里的所有东西你都能分辨得清清楚楚,但我们最多只能记得一些重要事件的梗概或关键事情的片段,决不可能记得住哪怕一天中具有时空完整性的所有情景(如对话和行为)。

2. 记忆分子标记证据

       Malvache等(2016)向4只小鼠的神经元中加入了荧光蛋白,当钙离子进入神经元的时候(神经元“激活”的化学过程),这些蛋白质就会发出亮光,便可描绘大规模神经元活动行为。

       他们分析了这4只小鼠在跑步机上跑步以及静止状态时超过1000个神经元的活动跑步时,负责追踪距离的神经元以一种序列模式激活,持续跟踪运动。静止时,同样的神经元也被激活,但行为方式不同:1)这些神经元以与跑步时相同的序列模式激活,但更快;2)它们不是依次激活,而是以连续成块的形式共同激活,每一块反映出一个小鼠曾经经历过的原始片段。

他们认为,控制每段记忆的神经元在大脑中并非被绑定在一起,而是分散在整个海马区。但是它们每一次的活动都表现出与其他帮助记忆的神经元有明确而密切的联系。

3. 记忆归档证据

       Suthana etal.(2015)探测到了人的大脑记忆归档经历事件所激活的神经细胞。在测试中,研究人员让测试者观看一些名人的照片,如影星詹妮弗-安妮丝顿(Jennifer Aniston)、克林特-伊斯威特(Clint Eastwood)和哈莉-贝瑞(HalleBerry)等。之后再让他们看这些名人在不同地点的照片,例如在艾菲尔铁塔(图5)、比萨斜塔和悉尼歌剧院。结果显示,当测试者看到同一个人出现在另一张照片时,激活了海马体中相同的神经细胞。这被认为可使研究人员能够实时观察测试者同一群神经细胞产生新的记忆内容。

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图5 向测试者展示名人的照片


       我认为,这一实验可能暗示了人的大脑对所经历事件进行记忆归档的神经生理方式,即通过激活同一群细胞对所经历的类似事件(即记忆模块)不断扩充、修正或重塑。

       美国学者George Ojiemann做了一个有趣的实验:有位患者自幼会讲英语和希腊语,当其左侧新皮层表面的一些区域受到电刺激时,她暂时无法使用某些英语词汇,但不影响她使用相应的希腊语,而刺激其它部位会出现相反的情况,这表明两种语言的某些特征可能定位于脑的不同地方(Crick 1994)。这说明,大脑对在个人经历中习得的不同语言作为不同的语言模块分别储存在不同的脑区。

4. 心理加工理论的支持

       在笔者看来,格式塔(gestalt)就是一个关于事物模块式加工的心理学理论,即视知觉是一个自组织过程,大脑倾向于对视觉输入进行以模块为单位的简洁、规则和对称性解释,作合理而不是奇特的解释,并试图抓住事物的标志性特征,而且大脑能将一个物体的各个不同方面记录下来,并自动归结为同一事物——因此,对一个对象的心理加工宛如完成一个涵括诸多侧面以及若干标志性特征的素描,并最终在大脑中形成一个关于事物的易于理解的、协调一致的事物模块——这就是视知觉的目的。

5.视觉加工过程的支持

      我们的视觉经历从根本上来说是以对象为中心的,而关于对象的视觉常常是非常复杂的,由大量重叠的视觉特征所组成。此外,一个对象投射到视网膜上的特征在不同的观看背景下也有很大差异,如亮度、角度、位置和距离等(Kandel etal. 2013)。

      对象的表达包括在视路早期提取的视觉特征的整合,在理想情况下,所形成的表达是由对该对象产生的大量视网膜图形以及该对象类别的不同成员的特征进行归纳所获得的。这样的表达也整合了其它感觉渠道的信息,还附上了情绪效价,并与其它对象或事件的记忆相关联。对象表达能被储存在工作记忆中,能通过与其它记忆的关联来回想(图6)。

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图6 视觉加工与对象的表达(引自Kandel etal. 2013)


       这样的视觉加工理论与模块记忆学说有一定的吻合性,尤其是在高水平视觉加工阶段,需要对一个对象的不同图形进行归类,需要对一个对象类别的不同成员进行归类,还需要与不同对象/事件的联想,这些都可以用记忆模块来予以解释。


附二、记忆模块的检索与识别

       在客观世界中,出现在我们视野中的外部信息不仅仅是各种各样的模块,它们还构成十分复杂的立体景象,而且除了视觉信息外有时还复合有其它的感觉信息(如声音、气味等)。因此,我们所感知的外部世界不仅在视觉上是立体的,而且在质上也可能是多维的。但我们亦能辨识出一些熟悉的立体景象,有时甚至是多维的,虽然我们并不清楚大脑是根据储存在哪里的信息模块以及如何对它们进行辨识的。

假设记忆就储存在大脑皮质中,事实上现在大家都这么认为的。但是,现在人们估算的神经细胞多达数百亿,而神经轴突和树突形成的连接就更是无法估量。大脑是如何从如此巨量的神经细胞中找出存放在某个地方的参照模块来对现实的情景进行辨识与分析的呢?

1. 冗余折返回路

       Edelman(2006)认为,“进化出将许多皮质区域连接到一起的冗余折返回路的动物能进行大量的辨别与区分。比如,它能将大量感知信号联系到一起,辨别出许多感知类别,并通过各种组合将它们与记忆联系起来,正是通过折返活动将感知类别和价值类别记忆进行连接,原始意识才得以涌现出来。丘脑皮质折反式神经网络——所谓的动态核心——的整合活动模式将创造出原始意识的当下记忆场景,这个场景使得动物可以计划。显然,由于具有计划的能力,具有意识的动物就能比不具有类似辨识能力的动物更具有适应优势”。

我的问题是,有何证据能说“冗余折返回路”与“辨别与区分”之间存在因果关系?如何能将“感知类别”与“价值类别”区分开来?如何确认一些动物只有“当下记忆”?一种动物具有意识也并不代表它就在任何情况下都具有适应优势,因为自然界没有意识的动物比比皆是。

2. 互联网系统中的图片搜索

       在互联网系统中的图片搜索都是利用一些算法(如SIFT描述子、指纹算法函数、散列函数等)来提取目标图像的特征,之后进行编码,并将海量的图像编码做成查找表,再做相似度匹配运算,即利用目标图像的编码值,在图像数据库进行全局或局部的相似度计算,最后根据特征检测算法,筛选最佳匹配图片。譬如,一种称为感知哈希算法(Perceptual hash algorithm)对每张图片生成一个“指纹(fingerprint)”字符串,然后比较不同图片的指纹,结果越接近,图片就越相似,其步骤是:缩小尺寸→简化色彩→计算平均值→比较像素的灰度→计算哈希值→计算“汉明距离”(两张图片之间不相同的数据位数量)。

       毋庸置疑,在人的大脑中肯定保存了图片,而且还保存了许多比平面图片复杂得多的组合式立体情景,还是动态变化的,因此,从理论上来说,这比对一个单一的平面图形的识别应该要复杂得多。问题是,人的大脑难道也能像计算机那样进行编码与运算吗?迄今为止,没人知道大脑对视觉信息是否进行了或如何编码的,也不知道它们储存在哪里,也就更不知道如何搜索与比对了。

3. 大脑真的会对感觉信息进行编码吗?

       一般来说,信息必须是可编码的,这样才能进行存储、识别与传输。语言和符号就是一种为了处理信息的编码系统。我们熟知的计算机是通过一些字符编码系统来存储和识别各种字符(如数字、字母)的,常见的有ASCII字符集(图7)、GB2312字符集、BIG5字符集、 GB 18030字符集、Unicode字符集等。这些编码有二进制(0和1)、十进制等。

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图7 ASCII系统对“Wikipedia”的二进制编码,这是用于编码计算机文本信息的最常用数字系统(来源:维基百科)


       在生物界,已知的编码系统仅见于遗传信息。这是一种三联体密码子系统,即核酸上相邻的3个碱基编码肽链上的一个氨基酸,它起源于有机分子之间的化学相互作用,而且所有的物种都只使用这一套遗传密码系统。但这套编码系统的运行十分复杂,遵循所谓的中心法则:DNA→RNA→蛋白质,其中,DNA→RNA称为转录,RNA→蛋白质称为翻译,而这些过程需要众多酶的参与。

       我认为,在一个生物体内,二套或更多编码系统的独立运行是难以想象的。但如果是次生的,那与遗传密码系统的关系如何?其次,像遗传密码这种系统的运行并不是一个瞬间能完的过程,而对需要快速辨识的感觉信息来说,这种速度是远远无法满足需求的。其实,我们对大脑是否通过编码系统来记忆一些次级信息(如视觉信息、声音信息、味觉信息等)依然是一无所知。至少,人们没有发现任何显示存在对像视觉图像这样的感觉信息进行编码的证据。

       既然记忆是一个物理化学过程,如果不存在信息的再编码,那性质完全不同的信息(如图形、声音)可能需要储存在大脑皮层的不同区域,此外,在一定区域中储存同一类型的信息时,可能是一个在空间上逐步填充的过程,并且还需要将类似信息进行模块化。我们并不知道记忆模块在大脑皮层中的配置原则,也不知道大脑对储存于脑区中各种信息的搜索原则。未来的研究还需要进一步揭示记忆模块与景物识别之间的内在链接机制。

附三、模块泛论

1. 大自然由模块堆砌而成

       宇宙中的一切物质性实体,包括地球上的一切无机与有机物质,归根结底都由一些简单的化学元素组成,而各种化学元素是不同数量的质子、中子和电子拼装而成的。这些元素通过组合又拼出了各种各样的无机与简单有机化合物,再继续拼接出各种生物大分子。因此,从无机到有机的世界就是由各种层级的化学模块拼接出来的。

       譬如,构成DNA的碱基只有四种——腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T),它们与戊糖和磷酸拼成了核苷酸,再链接成DNA(图8)。人类的基因数目多达2-2.5万个,但也只是4种核苷酸的不同排列组合而已。

       又如,由20种氨基酸拼装出了几十万种蛋白质,由为数不多的单糖拼接出了分子量巨大的各种多糖。真核细胞的一些细胞器就来自原核细胞。一切复杂的有机体(如人、大象、参天大树等)都是由一个个微小的细胞(通常用显微镜才能辨识)拼接而成的,如人体平均大约由多达一千万亿(1015)个细胞堆砌而成。发育过程也是模块化的——存在特化的局域性发育控制中心。

       生命的演化就是一个不断的模块化过程——生物大分子(核酸、蛋白质、多糖等)由一些小的分子模块拼接而成,真核细胞由一些共生的原核细胞特化而成的细胞器功能性地整合而成,动植物体则包含无数微小的细胞,它们功能性地整合成各种组织和器官,并通过模块化的发育程序构建复杂的躯体,物种的演化就是一系列发育模块的重组(谢平2016)。

       为何生命要模块化呢?其一,这可能是生命的一种禀性,因为地球上最原始的生命就是从一个个性化的基本模块——细胞开始演化的,而细胞也是由模块化的生命构件组合起来的。其二,模块化可能为复杂系统的有序运行提供了支撑,是一种秩序化的手段,是生命复杂化的产物;其三,模块化可能是对周期性环境快速响应之必需,就如同动物的本能是一种被固化的生死攸关的习性一般。当然,模块化在创造适应性的同时,也会牺牲一些可塑性。既然在生命世界中模块的拼装普遍存在,为何记忆就是落落寡合呢?

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图8 DNA由4种碱基、一种戊糖和一种磷酸聚合而成,其中, G—鸟嘌呤、C—胞嘧啶、A—腺嘌呤、T—胸腺嘧啶(引自Miller and Harley 2001)


2. 模块——从细胞到心理

   对心灵功能结构的看法历来被区分为两类。一种观点认为,精神过程好像是没有域特异性的各种官能(如记忆、想象、判断和知觉)之间的相互作用。另一种观点主张精神官能在特定的域中分化,因此由遗传所决定,并与特定的神经结构相偶联,是自动运算的;这种垂直视角的源头可追溯到盛行于十八世纪的颅相学或官能心理学(Faculty Psychology),认为心理表现为许多可以鉴别的机能,不同的感官则具有不同的机能,而每一种机能定位于大脑的一定区域。但官能心理学遭到了以联想主义为代表的其它心理学派别的批评(Fodor 1983)。

①  Hebb的“细胞集群”

Hebb(1949)提出,由一类神经刺激反复引起共激活(coactivated)的一组神经元构成了一个“细胞集群(cell assembly)”(图9)。该学说认为,①同步电活动加强细胞群之间的突触连接,而记忆就储存在细胞集群的突触连接之中,②再激发细胞集群中的部分神经元,可唤醒完整的感知记忆(图10)。“细胞集群”代表了一个镶嵌在神经网络中的界限分明的认知实体(cognitive entity)(Buzsáki 2010)。

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图9 赫布的细胞集群,箭头表示简单的神经通道的“集合”或如每个数字显示的多个神经发放链(“1, 4”通路表示第1和第4个发放,如此类推),动作1-2-3-4形成一个简单的封闭环路(引自Hebb 1949)

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图10 刺激与细胞集群记忆的唤醒(由Matt Harvey提供)


       “细胞集群”概念已有所扩展——代表大脑中的一个行为、一个对象或一个概念相关的一组神经元,这是一个由细胞集群构成的超级细胞集群,如关于祖母的超级细胞集群包括了祖母的各种特征——头发、眼睛、鼻子、嘴巴等的细胞集群。这样的一组神经元集群具有牢固的内部突触的相互作用使其与其它的神经元集群能够区分开来,这也是记忆的基础。

       由超级细胞群进一步形成关于事物的概念,譬如“祖母”这个概念,包括了她的面孔、声音、气味等多个超级细胞群。因此,如果接触到关于祖母的一个超级细胞群(如听到她的声音),就会激活与祖母概念相关的所有其它超级细胞群,能回想起她的面孔等特征。

       在看了Luke Skywalker的照片后,“Luke Skywalker细胞集群”被激活,之后通过重叠表象和模式竞争神经元的发放,又激活了相关联的概念,如Yoda 或 Darth Vader(图11)。这种部分重叠的表象可能是联系与情节记忆记忆编码与学习的基础(Quiroga 2012)。因此,思想可视为一个接一个的记忆提取过程。

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图11 细胞集群(引自Quiroga 2012)

②Fodor的学说

       20世纪80年代,美国心理学家Jerry Alan Fodor复活了心理模块学说,虽然没有指出精确的物理定位。所谓心理模块(Modularity of mind)是指心理,至少部分地,是由先天的在进化发展过程中已经建立起来了的具有不同功能的神经结构或模块(Modularity of mind is thenotion that amind may, at least in part, be composed of innate neural structuresor moduleswhich have distinct established evolutionarily developed functions)。

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Jerry Alan Fodor (1935-)


       Fodor(1983)认为,较低级的知觉过程具有与高级认知过程不同的特点,应该区分开来。他主张认知过程由模块化的输入系统和域非特异的中枢系统所组成,前者是一种域特异的、先天的、由硬件构成的、自主的且非集成性的系统(如视觉和语言知觉系统等)。虽然他强调低层次认知过程的模块性,但认为高层次认知过程不是模块的,因为它们有不同的属性。

Fodor(1983)认为,一个模块系统至少在一定的程度上必须满足一些特性:

1)域特异性(domain specificity):模块只对特定种类的输入进行操作,它们是特化的;

2)信息封装性(informational encapsulation):模块不需要其他心理系统的参照就可以运行;

3)强制性击发(Obligatory firing):模块过程是一种命令式的方式;

4)快速(Fast speed):可能因为被封装(因此只需咨询有限的数据库)和命令式的(不需浪费时间去决定是否应该处理到来的输入);

5)浅层输出(Shallow outputs):模块的输出非常简单;

6)有限的可访问性(Limited accessibility)

7)特征性的发生史(Characteristic ontogeny):可以调节发展

8)固定的神经层次结构(Fixed neural architecture)。

       Fodor认为,模块见于外周处理(譬如低水平的视觉处理)而不是中央处理,后来他聚焦到了两个必须的特征——域特异性和信息封装性。他认为,人脑在结构和功能上都是由高度专门化并相对独立的模块组成的,特别是模块的二个属性——域特异性和信息封装性使带有心理内容的功能结构(functional architecture)问题可捆绑在一起。换句话说,心理状态内容的特性既依赖于作为其组分的系统的内部关系,也依赖于与外部世界的因果关系。

       Fodor认为知觉像认知那样聪明,因为它通常是会推理的;却又像反射过程那样笨,因为它通常是封装性的。这里的封装性是指该过程不受机体的信念和愿望等高级认知过程的影响。因此,心理模块学说是针对较低层次认知过程的介于行为主义和认知主义之间的一种观点。

       在笔者看来,虽然缺乏具体的神经生理学关联,Fodor的模块理论还是颇具启迪性的,尤其是在模块特性的描述上,他关于模块与低水平视觉处理之间存在关联性的推测也是值得深思的问题。

③ 进化心理学家的观点

       进化心理学家对Fodor的模块学说做了些许扩充,认为心理由受遗传影响、域特异性的内心算法或计算模块所组成,这原本是为了解决过去特定的进化问题而设计的(Cosmides and Tooby 1992, 1994)。

进化心理学家常常将心理模块定义为功能特化的认知系统,它既是域特异性的,也可能含有所处理信息类别相关的内在知识,模块也能出现于中央处理中,这有时也被称为泛模块假说(massive modularity hypothesis)(Frankenhuisand Ploeger 2007)。

④ 符号描述

       一些科学家试图从计算机系统中寻找答案,提出了记忆以极小的模块——符号为单位的设想(这实际上是在主张图像信息需要编码的观点)。Crick (1994)指出,“计算机存储的信息并非图像,而是图像的符号化表示。一个符号就像一个单词,是以一个东西代表另一个东西……因此大脑不可能只是一群仅仅表示在什么地方具有什么光强类别的细胞集合。它必须产生一个较高层次的符号描述……这不是一步到位的事情,因为它必须借助以往的经验找到视觉信息的最佳解释。因此,大脑需要建构的是外部视觉景象的多水平解释,通常按物体、事件及其含义进行解释。由于一个物体(比如面孔)通常是由多个部分(如眼、鼻、嘴等)组成的,而这些部分又是由其各个子部分组成,所以符号解释很可能发生在若干层次上”。

       依笔者之见,虽然计算机的图形被符号化了,但很难想象人的大脑会遵循同样的法则,因为直觉告诉我,完成编码—解码—识别这一过程的生化反应速度不可能与图形处理的瞬时性相匹配。此外,在神经系统存在像支撑计算机系统那样复杂数学算法的假设无异于天方夜谭!

⑤ 格式塔图形素描法

       格式塔主义者在心理学水平上提出了针对图形的三个记忆定律——水平化(leveling)、常态化(normalizing) 和尖锐化(sharpening)。水平化是指记忆趋向于减少知觉图形的不规则性或细节,但增加对称性。常态化指记忆借助记忆痕迹对知觉图形加以修改。尖锐化指记忆强调知觉图形的某些特征而忽视其它,虽然这导致一些特征再现时被夸大。譬如,一个看过约2500张不同彩色幻灯片(每个10秒)的被试者,10天以后还能辨别出其中的90%,因为,如果只是要求被试者确认以前是否看过某幅图画(并不是无线索地回忆,那样会更困难),那么他只需要回忆每幅图画的很少一部分信息就可以了(Crick 1994)。他们虽未解释视觉为何大脑对图形进行这样的心理加工,但暗示了存在对图形模块的心理加工过程。

本文改编自:探索大脑的终极秘密——学习、记忆、梦和意识》(谢平著,2018,科学出版社)的“第九章 记忆模块学说”
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