意识的物理学原理和记忆的生物学机制分析

意识的物理学原理和记忆的生物学机制分

析

自古以来，人类因对自然力量的无为和敬畏衍化出了对自身意识的灵魂崇拜，这种文化基因直至现代都很难说已从根本上消除。在现代科技发展之后的很长一段时期内，意识研究没有被社会主流所重视，笛卡尔的心物二元论意识观，在哲学层面长期处于争论状态，自然科学对意识的研究少有涉足。以至于很多年以后，因提出DNA分子的双螺旋结构模型而获得1962年诺贝尔生物学奖的英国科学家Crick还曾感叹:仅仅几年以前，在投给《自然》杂志和《科学》周刊的稿件中还绝不可以使用意识这个词，在科研基金申请中也不可以这样做。 这种情况在近几十年中已发生了极大的改观，从自然科学角度研究意识问题已获得科学界的广泛认同，许多不同学科背景的研究者分别从各自的领域参与意识研究，意识成了多学科交叉的研究领域。1994年在美国召开了第1次关于意识的会议，出席会议的300名学者分别来自心理学、计算机科学、神经网络、机器人学等不同领域;1996年召开的第2次会议，参会人数增至1000多人，专业领域进一步扩大，网上访客上万人，原定2年1次的会议在1999年就召开了3次。大批具有重大影响力的自然科学家在各自研究领域取得重大成果后转向对意识的研究。1994年Crick出版了意识研究成果《惊人的假说》;美国诺贝尔生物学奖获得者Edelman于2004年和2006年出版了《比天空更宽广》和《第二自然》等意识研究成果;美国南加州大学Dalasi

教授的《笛卡尔的错误》和《感受发生的一切》等专著在意识研究领域产生了重大影响;许多国际顶级刊物每年都有大量与意识相关的研究文章发表，科学界正从不同的研究角度推进人类对意识问题的进一步认识。

意识研究涉及众多交叉学科，正如Crick坦言:我们也回避了诸如自我意识和情绪等意识问题中更复杂的方面，而集中讨论知觉，特别是视觉。综上所述，笔者认为基于意识理论模型假设进行意识研究，也许是另一种新的探索途径。 1意识模型假设

人类大脑包含25亿或140亿个神经元的2种不同说法，大约可分为200多个种类。19世纪末至20世纪初，西班牙神经解剖学家Canal提出神经元独立结构的细胞学说(神经元之间相互关联的点，就是所谓的突触，直至20世纪50年代才被证实。人类对于介观尺度的神经元的研究了解还非常有限，在神经元功能研究或意识原理研究方面，运用科学的推理方法在所难免，由此笔者提出了如下意识模型。 1.1意识与记忆是独立的神经组织

大脑意识与大脑记忆在生理上是2个独立的神经组织，在功能上是密不可分且又互为推动的意识记忆共同体。所有的意识内容均可被记忆神经元储存，所有的记忆信息均有可能获得意识的表征。意识现象产生在以脑干区域内的网状结构为核心、以下行神经系统为辅助的感知神经中，称为意识功能区。记忆信息则仅储存在以皮层为包裹、以脐服体为连接的左右大脑的神经元中，并按大脑感知信息的性质不同

分别储存在各功能区，如视图区、语言区、运动区等。每一区域分别储存各自同一类信息内容，且各自对应某一振荡频率。 1.2神经核将电信号转换成电波信号

广泛分布于肌体表面的各类神经感受器，如视、听、嗅、味、触等外部信息采集系统通过各自的神经纤维进入脑干或丘脑后分别汇聚成神经核团。感知信息通过神经纤维介质将电信号传递到脑内，神经核团以同步振荡的方式将电信号转换成电波信号对外发送。在脑内传播的电波信号同时被3大类神经系统接收:(1)脑内传出神经，如下行通路的神经系统收到对应的电波信号后成为运动类神经调节肌体姿态的反应指令，也就是目前医学中所指的神经反射回路。(2)脑干内网状结构接收到电波信号后成为肌体的一种意识状态，分为意识警觉、意识感知、意识概念、意识体验和意识闪念等生命特有的5种表征方式。(3)大脑皮层对应的记忆神经元接收到电波信号后在神经递质的化学作用下，将电波信息转变成树突或树棘增生的神经元变形方式储存;获得信息储存后的神经元立刻又成为皮层同步振荡的信号源，不断地向外发送记忆信息电波。记忆神经元发送的电波信号同样又成为上述另2大类神经系统的驱动信息。

电信号与电波信号的合理分工和优势互补成就了肌体内部高效而精确的信息传递机制。脑与肌体外围组织的沟通，以神经纤维为介质以电信号为指令完成传递;脑内各神经系统的信息交换，以神经核为节点以同步振荡发送的电波为载体完成信号传递。 1.3所有的肌体组织都在固定的信号指令下动作

分布在肌体各组织器官的神经都有各自固定的电信号频率或组合，组织器官的活动都必须在其神经活动对应频率的指令作用下完成。任何失去信号联系或控制的组织器官都会演变成局部组织瘫痪或局部组织混乱。肌体各组织器官活动形成的电信号将成为大脑的记忆储存，大脑记忆储存的动作信号通过意识加工后可驱使肌体动作。人类的所有动作只有经过反复练习才能确保信号储存稳定，稳定的信号发送才确保动作准确。人类从学会走路、到手指技巧的运用、直至高难度技巧比赛等均是动作信号从形成、储存、到记忆信息电波稳定发送的一个重复循环过程。

1.4意识体验是各神经系统同时参与活动的综合过程，并作为整体事件储存到记忆中

大脑意识进化的最初目标是管理好肌体自身不受伤害。意识过程是肌体所有的神经均有可能参与活动的整体概念，而非局限于脑内神经。意识当下的内容包含了视、听、嗅、味、触和记忆等6类信号的随机组合。肌体生存期间大部分时间都处在2种以上感受器所对应的神经核同一瞬间形成振荡电波的意识状态，如个体对不同食物的喜好或厌恶，口腔中的甜、酸、苦、辣引起的神经电波和食物视觉概念电波共同构成了当下意识，此时的意识状态进一步深化为意识体验。意识体验在皮层记忆神经元中被作为整体事件储存，即不同神经系统所对应的神经核团同时振荡发送电波信号形成的记忆储存，在皮层记忆神经元中将通过树突或轴突的关联机制突触的作用成为记忆整体。而左右脑之间的脐服体或许起着远距离关联同步的连接线作用。斯佩里(美

国)完成的著名的裂脑实验所显示的特征，正好拟合了记忆储存事件的关联作用被断开后的意识状态，或许人们一直来被所谓的左右脑的功能所误导。

1.5神经系统之间的信息交换是基于信号的频率差异进行寻址 尽管肌体对应外部的感受系统繁多、各部分组织及器官复杂多样，但这些神经系统进入脑内后布局合理、活动有序。如脑干中来自不同部位的7种神经系统，因运动和感受功能不同进一步细分为19个脑神经核，并分别对应于肌体各运动和感知组织及器官。这些神经核团或许运用振荡频率的差异进行功能分类或区域划分。 上述5部分假设模型基于以下的理由提出:

首先，早在20多年前，德国的有关研究人员首先在猫的视皮层观察到振荡现象。之后，其他研究人员在猫、免、猴的视、听、海马等不同部位都发现了振荡现象。实验发现，神经元发出的脉冲并不随机出现，而是和皮层局域的振荡同步发放。这些振荡波并不很规则，而更像一个随手画出的粗糙的波。当使用2个电极作记录时，场电位还存在同位相振荡现象。也有实验表明，同步振荡可以出现在大脑两半球皮质之间。对于振荡现象，许多人认为感觉通道中对同一物体的不同特征敏感的神经元，可能通过40 Hz的同步振荡把它们整合(捆绑)起来，形成一个完整的物体概念。Crick与科赫合作研究视觉意识时还将这一观点进一步推广，认为这些与Y振荡(3575 Hz)同步发放，可能与视觉知的神经相关联。近年来，运用功能磁共振成像等技术，神经同步振荡现象在认知以及记忆等方面也有着广泛的研究。