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是脑控还是脑生机制?------意识研究的探讨(二)

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发表于 2018-7-3 14:39:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
是脑控还是脑生机制?
Is it brain control or Brain production mechanism?
------意识研究的探讨(二)
都世民(Du Shimin)
摘要:本文讨论大脑的运行机制,脑的运行是起控制作用,还是有意识和智能产生。从视觉感官看这一问题,相是由心产生,还是像由脑产生?视意识是由脑生还是由心生?
关键词:脑控,脑生,意识
2018-06-29日,学术期刊《细胞》上发表了一文:“大脑运作的真正方式或被揭示”。这项研究来自Salk研究所的Xin Jin教授团队。笔者讨论此文实为“意识研究”的探讨。这篇新论文是讲鼠脑的神经运作,没有讨论鼠有无意识。但文中比喻却暗示有意识的操控。很多脑研究都是通过动物实验来推理人脑。这篇文章是第一次提出脑有控制功能吗?其实不是。[1]
脑控制视觉的“奥秘”[2]
2008年4月7日,上海科技报引自新华社4月6日电,中科院物物理研究所王书荣研究员及其博士生一项研究发现“眼睛扫视抑制的脑内神经回路”,将有望解决这个谜团。此成果发表《自然神经科学》网络版上。这是十年前的科技报道。
众所周知,人和许多动物的眼球会频繁转动。为什么要转眼球,生物和生理学对此称作扫视。电子学的说法是扫描、跟踪、识别。通常人眼以500度每秒以上的速度,将视线从一点飞移至另一点,从物理学的枧角看这一问题,眼球快速转动时,所有物体的像应飞快扫过视网膜表面,如此之快的扫视,外界世界看上去应该是模糊的一片,但是我们却没有感到外世界摇曳不定,物体仍然清晰可见。因此可以认为人脑巧妙地处理了视觉上物理学与生物学之间的矛盾。但其中脑机制却一直不为人知。这是物理学界介入生物学的研究,以一种独特视角介入跨学科研究。
王书荣研究员与其学生以家鸽视觉系统为研究对象,发现了实现“眼睛扫视抑制的脑内神经回路”。因为家鸽的视觉通路构成与人和其他哺乳动物类似因此也就有与之相的视觉认知能力
王书荣课题组在家鸽的5个脑区里记录到300个神经元,分析了它们在扫视期间与其前后的放电频率的变化和时间进程,发现脑干网状结构中缝核复合体间,在给眼外肌发出扫视信号的同时,也将其拷贝或伴随放电信号发给视动震颤核团,並由此通过视觉丘脑上传至大脑视觉中枢。使扫视期间视觉信号受到抑制,因此扫视时,模糊图像“视而不见”。扫描后又增强视觉神经元兴奋性。生物学与医学都已证明视觉通道产生的信息是传至丘脑,再上传至脑中枢神经系统。
不难看出,物理学与生物学结合,在飞鸽视觉试验中,发现的“视而不见”与脑控视神经有关系。涉及五个脑区、300多个神经元。观测了眼球转动导致视线扫描时发生的过程。这是脑控机制的早期报道。这里看不出意识的产生机制。
小鼠按杠杆的脑控机制[1]
Salk研究所的Xin Jin教授团队研究发现,在小鼠按下杠杆时,大脑中的 D1 与 D2 神经元得到了激活。它们在大脑纹状体中占了细胞的大多数,且对于行为的学习与执行有着潜在的作用。研究者们使用光遗传学技术或白喉毒素,分别去激活和抑制这些神经元。而这个简单的实验,揭示了 D1 和 D2 神经元对于行为的重要控制作用
研究结果指出,大脑可能有着三层调控机制:
最低的一层按顺序执行行为,调控就像是低级的管理人员一样,负责项目的每个细节;
中间一层则在每个步骤的转化时激活神经元好比是中级管理人员,在两者之间充当沟通者
最高的一层只在行为开始和结束时有所参与,就好像是公司的高管,主要负责项目的启动和完成。
这篇论文阐述了鼠脑的控制机制,脑控鼠按杠杆时脑内运行过程的理解。这个比喻將枝术问题转向行政化管理。这三个层面有无意识?如果有脑产生的意识,这意识是什么表现形式?它是怎么产生的?文中比喻有暗示人在操控,这包含了人的意识的存在,但没有直接说出。
如果没有意识产生,只表明脑有控制功能,脑在执行指令,实施对运动的操控。
这两种解读哪一种想法靠谱,分三层执行行为操控,说明操控行为不会一步到位,但每一步操控都有不同身份的操作者在进行,这就暗示有操控者的意识的存在。研究者怎么证明这一比喻的正确?笔者不能理解这一比喻的措辞的严谨。只能理解操控有几个步骤,不是一步到位。大脑的操控是在执行某种指令,这指令的产生是否来自脑中枢,有待证明。
脑控与脑生机制的讨论
在这个世界上有很多自控系统,大的系统有航天系统、洲际导弹发射系统、反导系统,通常见到的各类生产线自控系统,无人机操控系统、各种武器的操控系统等都是自动运行的。这些操控系统都有电脑在执行各种指令,实施各种各样的操作。必须指出这些电脑都受控于系统外的各个控制中心,这里有人发出指令。这些指令是通过各类系统的接口输入,逐级下传,在执行指令中还有检測系统反馈信息,纠正各种故障和发出报警信息。
上面所述的两篇论文写成的科技报道,所揭示的问题是大脑的运行机制,是起控制作用还是产生各种意识的作用机制?例如,
1)人眼能扫视、分辨、识别、跟踪,这些功能是怎样实現?怎样操控?完成这些功能中有无意识产生呢?
2)鼠的“舞步”是研究者事先训练的,在饲养小鼠的笼子中,们一左一右装上了两根杠杆。如果小鼠按“左 - 左 - 右 - 右”的顺序按下这些杠杆,就会得到奖励。通过对鼠脑中神经元观察,发现神经元如同雪花一般,它们对鼠的行为的学习和执行有潜在的作用。研究者分别用两种方法:一是激活;二是抑制。也就是光遗传学技术和白喉毒素两种方法。对神经元调控指令是研究者所为,不是鼠自己所为。笔者认为鼠按杠杆试验不标明有意识形为产生;
3)人眼辨别“明亮”与“昏暗”有意识产生吗?
人眼由明亮环境进入昏暗环境时,可以逐渐适应这一环境,从看不见到看见周围事物,有研究者认为这一变化是因为意识导致的.其实不是,生物学研究结果给出了以下答案,眼睛视网膜上有两类感光细胞,生物学称作视锥细胞和视杆细胞两类,在明亮环境中是视锥细胞起感光作用,这是视锥细胞与波长的关系决定。与细胞的形状、尺寸(包括直经、锥角、长度)、视色素、细胞间距等因素有关。
但在昏暗环境中,光的波长发生变化,以致于視细胞由视锥细胞交班于视杆细胞,它是杆状,其形状和尺寸都与视锥细胞不同,它们执行昏暗环境中感光功能。视细胞向内还有双极细胞、神经节细胞等组成的网络完成不同偏振光的合成,形成视觉和色觉,这些神经纤维中有控制信号,这些控制信号较复杂,有上亿视细胞的同步信号、视锥细胞与视杆细胞转换信号、有电磁波信号变为电信号的控制,这些控制信号由脑完成,直通神经中枢。也就是说人眼对明暗的分辨没有意识产生。但不等于视觉形成中却无意识产生。比喻人眼形成色感与人眼结构及机理有关。但在仔细分辩各种颜色时仍有意识产生。这往往是复杂过程,包含反饋机制。
4)脑控机制与脑生意识的机制似乎并存,也有混淆之处。上面两个实例是从视觉和运动控制提出脑控运行机制。人的功能有很多种,要揭示各种功能的控制机理与脑的关系仍有很多工作要做,关键是控制运作不是一步到位,有层次之分,有先后之别。更重要的是要有系统观,由此导出系统、分系统、子系统、模块等不同层次的控制,都与脑有关联。
5)我们人类是脑想还是心想,这是東西方文化碰撞的焦点之一。文[4]的观点是脑想,但研究者认为没有搞清楚。文中小标题:“脑子里怎么想的”还是个谜,研究者认为是脑想,不是心想。研究者们想绘制大脑神经元数字图谱,这三维图谱怎么处理宏观到微纳层面之间座标变换及其连接方式?想通过这种方法证明脑想的运作模式。是860亿神经元或是千亿神经元绘制成三维数字图谱,这一思路来自西方国家,这其中没有钱学森先生提出的人体巨系统观念,这样能搞清楚大脑运行机制吗?笔者奇怪的是研究者又以“让“读心术”这种超能力成真”为小标题,提出读“心”概念,这读“心”是什么含义?是心想还是脑想不清楚?令人不解。心想与脑想是一回事还是两码事?笔者认为不能混为一谈。
“有了脑科学大数据资源,再用一个‘脑电帽’传感器,可以让‘读心术’的超能力成真。”这一说法是否可行?与欧盟思路有相似之处。这大脑内连接有可见部分也有不可见部分,这脑电帽传感器是无线还是有线传揄?这种构想能表示人脑的复杂非线性系统吗?
总之,脑运行模式的研究任重而道远。不同的方法和不同的思路是必然的,但是中国人应该有自己的独特思维模式,才有创新可能。
参考文献
[1] Cell 重磅:华人学者也许找到了大脑运作的真正方式科技姐说 百家号06-2910:05
http://baijiahao.baidu.com/s?id=1604570607433628939&wfr=spider&for=pc
[2]我国科学家发现大脑控制视觉世界清晰而稳定的“奥秘”,上海科技报引自新华社4月6日电,2008年4月7日.
[3]钟振余,大脑模块化功能:认识与认知的神经机制(6),来源:科学网,2017-2-6 17:55
本文来自钟振余科学网博客。
链接地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-1724380-1031935.html 
[4]想知道大脑如何运作?先画一张脑数字图谱来源:科技日报,2018-06-07 14:40

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