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拨开经典的迷雾,袒露大脑的秘密——学习、记忆、梦和意识 精选
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2017-2-10 06:25
系统分类:科普集锦
关键词:大脑,认知心理学,学习,记忆,梦,意识,脑电波,感受野,视觉功能柱,视觉信息的非编码二步式传输模型,记忆模块学说,脑计划
我们的存在就是用一个主观的虚拟世界来感受一个客观的现实世界。一方面,我们能感知身边的大自然,看到颜色、听到声音、闻到芬芳、品尝美味、感触肌肤……另一方面,我们能感知自我,体验自身的冷热、快乐、惆怅、妒忌、痛苦或恐惧……其实,我们每个人都会体验(直接或间接地)自身或他人的喜怒哀愁。
我们又能在虚拟世界中重演现实世界。在睡梦中,我们的大脑,虽然是无意识的,呈现出一幕一幕的浮现——缥缈无定的姿影、毛骨悚然的幽灵、飘飘荡漾的欢悦......它既可以是现实,又可以超越现实。
人类的神奇被归结为我们具有的一种特殊能力——意识,它被誉为大自然最大的神奇之一,亦是人们渴望知晓的心理谜题。我们拥有意识,但并不是每时每刻,譬如,我们会在癫痫发作、使用镇静剂或睡眠时进入无意识的状态,但在梦中,我们似乎又与现实的意识若离若即,沉浸在一种无意识的漫游之中。精神分裂症病人失去了清醒时的意识,好像游荡在无拘无束的梦境之中,虽然活着,其精神却被禁锢在一个无视他人的自我世界之中。
我们很轻松地欣赏着大自然的色彩斑斓与瞬息万状,却不清楚是如何实现这种视觉过程的。美国心理学家迈尔斯(David G. Myers)猜测说,“当你注意某人时,视觉信息是以几百万神经冲动的形式发送到大脑,然后构造出其成分特征,最后,以某种神秘的方式,组成一个有意义的知觉图像,之后与大脑先前储存的图像进行比较并加以识别,例如,认出你的祖母。整个过程比把汽车拆卸成一块一块的零件,并把它们放在不同的位置,然后让专业工人把它重新装起来更复杂。所有这些过程的发生是迅速而毫不费力的连续过程,这确实很神奇”(Myers 2004)。
从有历史记载时起,人们就开始思考和争论人的本性。身体和精神是如何联系的?我们的大部分知识是与生俱来的,还是我们生来就像‘白板’以供经验在上面书写(Myers 2004)?迈尔斯说道:人脑最大的挑战是什么?就是理解人脑本身。我们的大脑如何进行自我组织和信息交流?我们的遗传如何预设大脑?我们的经验又如何修改大脑(Myers 2004)?
一、我们并不了解自己的内心
英国文学家斯威夫特(Jonathan Swift, 1667-1745年)在《礼仪对话》中留有这样一句名言:“你并不了解你的内心”。从古至今,人类对自身认知和心理——感知、记忆、思维、梦、心灵、意识、精神等——的思索与探求从未歇息,包括了无数的思想界、哲学家、文学家、政治家、科学家……早在古希腊时代,哲学家柏拉图就认为脑是心理的场所。但我们并不真正了解自己的内心,它既神秘,又脆弱,还惰性!
我们内心的复杂与神秘绝不亚于浩瀚的宇宙。古罗马帝国的思想家奥古斯丁(Saint Aurelius Augustinus,354-430年)曾在《忏悔录》中说道,“我考察的不是天空的广阔,丈量的不是星星的远近,也不是试图发现地球是如何挂在空中,我要探究的是我自己,我的记忆,我的心灵”。英国散文家刘易斯(Clive Staples Lewis, 1898-1963)曾说,在整个宇宙中有且只有一种事物,我们对它的了解比从外部观察所获得的要多得多,这种事物就是我们自己,可以说,我们拥有内在的信息。
在大多数情况下,内心似乎是一种自洽的过程。正如法国数学家和思想家帕斯卡尔(Blaise Pascal,1623-1662)在《沉思》中所说,“心有自己的逻辑,而这是理性所无法知晓的”。但人性有时是脆弱的,因为,并不是所有人都能有效地管控自己的内心。英国哲学家培根(Francis Bacon, 1561-1626)在《新工具论》一书中说道,“所有的迷信大抵都是相同的,不管是占星术、释梦、预言,还是惩罚性的判决等等,被欺骗的人们总是看到这些事件中实现的部分,而将那些未实现的部分都忽略掉,尽管被忽略的部分更常见”。
思维安逸于现状——这是一种惰性,是人类理性的一个缺陷。英国哲学家罗素(Bertrand Russell,1872-1970年)无情地讽刺道,“绝大多数人还没来得及思考就死了;而实际上,他们根本就没有思考过”。纳粹魁首希特勒(Adolf Hitler,1889-1945年)嘲笑说,“民众不思考对当权者而言是一件多么幸运的事啊”。
二、关于内心的科学——认知心理学
人具有认知能力,这也是一种心理现象,亦被认为是哺乳动物的本质特征。学习、记忆、梦和意识等问题属于认知心理学的范畴。根据维基百科的定义,所谓认知心理学主要研究像注意、语言使用、记忆、知觉、问题解决、创造、思维等精神过程(Cognitive psychology is the study of mentalprocesses such as attention, language use, memory, perception, problem solving,creativity, and thinking)。亚里士多德曾问:感觉和感知是什么?这种属性为什么会在动物中出现?遗憾的是,即使是今天,我们也依然难以回答清楚这些问题。
心理在本质上是一种生物现象,这是不言而喻的,即你所有的想法、心情、冲动都可归结为生物过程,无论它是多么的复杂!难道你不是用你的身体来思考、感受和行动吗?你可以不通过自己的身体与外部世界进行联系吗?试试看,如果不通过身体,你能笑、能哭,能爱别人吗?没有身体——基因、大脑、身体中的化学过程、外貌——你谁都不是(Myers 2004)。
另一方面,认知问题并不是孤立的,而是相互耦联的。有了感觉经历之后,才可能留下记忆;没有记忆,就不可能有学习。从感觉到知觉就出现了意识现象,它是大脑的一种复杂的生理和心理现象。人的生理活动大多都不是有意识的,甚至有些心理现象(如梦)都不受人的主观意识的控制。
目前对大脑认知过程的探索主要是沿着两条主要的路径——传统的心理学分析和神经生物学研究。心理学仿佛到了穷途末路的境地,而认知神经生物学研究则是一派生机盎然,人们倾情于从各种层次(如分子、细胞或整体)以及各种手段(物理、化学、分子生物学、遗传学、大数据分析等)对大脑功能模块和网络连接的深度解析,特别是脑成像、电生理、神经递质等的飞速发展仿佛让我们如鱼得水、如虎添翼。
一些科学还原论者,如美国生物学家威尔逊(Edward O. Wilson),乐观地认为,一旦我们了解了大脑形成和运作的后天规则,我们就能应用这些规则来理解人类行为,包括标准行为,甚至伦理学和美学也能这样还原分析,他称之为协调(consilience)(Wilson 1998)。
美国生物化学家、1972年的诺贝尔生理学或医学奖得主埃德尔曼(Gerald Maurice Edelman)指出,“神经科学有坚实证据表明,我们的认知能力是自然界中进化的产物。显然,这种能力不是来自逻辑或计算,而是随着感知、记忆、运动控制、情感和意识本身等各种大脑功能的出现而涌现出来的”(Edelman 2006)。
但遗憾的是,关于意识,现在基本停留在心理学家的抽象定义或生物学家的过程勾画上,偶尔也会出现量子意识这样的物理学猜测。但可以肯定的是,我们离识别、量化、模仿和理解意识还差得十万八千里!
三、为什么做梦?
梦,一种沉睡心灵的幻想,既生动又情绪化,有时还具有奇异的色彩。一个晚上会有那么几次,你创作着超现实的心灵电影,这些事件经常以混乱的顺序出现,突然进行场景的切换,有人出现又会消失,而且可能经常违背类似重力这样的物理定律。然而,梦是如此生动以至于我们可能会将其与现实混淆(Myers 2004)。
在整个人类史上,人们一直在寻找梦的意义,梦——灵魂的脱离,还是现实的预兆?奥地利精神病医师、心理学家弗洛伊德(Sigmund Freud)指出,梦是梦者的镜子,不是神的显圣,也不是现实的预兆(卢斯和西格尔1991)。美国精神分析心理学家弗洛姆(Erich Fromm)问道:“梦是低级自我的声音,抑或是高级自我的声音”(弗洛姆1991)?1900年,弗洛伊德在《释梦》中指出,梦表现了被压抑的内驱动力和梦者潜意识中的情感冲突,这些东西在睡眠时表现为可见的象征(戴明1991)。
弗洛伊德将梦比作可以理解我们内部心理冲突的钥匙。但批评者认为,弗洛伊德的理论本身实际上就是一个科学噩梦,到了该从其梦论中觉醒的时候了。美国心理学家霍伯森(John Allan Hobson)批评道,“人们将(梦境)解释为有意义的,并且随后会兜售一解释,这是骗子行径”。早在十八世纪,英国文学家斯威夫特(Jonathan Swift, 1667-1745)在《论梦》中说,“那些在宁静的夜晚闯入并迷惑我们心灵,而且经过转化伪装的梦只是大脑的一种产物。只有傻瓜才会考虑那些无谓的梦”(Myers 2004)。
其实人们对梦的生理学机制依然是知之甚少,基本停留于心理学的猜测。虽然有些人认为梦可能有利于大脑的信息加工,即梦可以帮助我们对进入我们记忆的白天的经历进行筛选、分类和巩固,但具体为何如此则无人知晓。
四、记忆是什么?
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。人们发现了一些破坏记忆的蛋白,如一种称为CPEB3的朊蛋白(Pavlopoulos et al. 2011, Fioriti et al. 2015),一种名为DNMT3A2的蛋白,还有一种叫做PKMzeta的蛋白(Shema et al. 2007, Sacktor 2010),等等,但这能告诉我们记忆是如何形成或储存的吗?这与人人熟知的“睡眠不足导致记忆力减退”的说法基本是异曲同工。
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。记忆是我们在童年就开始形成的能力,它将伴你终身,幼年的,成年的,老年的……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?
记忆渗透入生活的方方面面,譬如,你可以凭借记忆旅行到曾经去过的地方。你可以和接触的人分享记忆,美好的记忆你想珍藏,而痛苦的记忆你想遗忘。记忆丢弃生活中的大多数细节,但勾勒出生活的脉络与原则,并使人憧憬未来。记忆提供行为的决策,也形成对自我的约束......记忆既塑造人生,也定义了自我......因此,你的记忆代表了你自己,就是你自己。如果一个人的记忆能力丧失,后果将不堪设想,当然,随着人的衰老,我们曾经的大部分记忆也将会慢慢逝去,甚至会彻底丧失对自我的感知。
人们对自身的记忆充满困惑,很多问题都是未解之谜:人的大脑是如何对一个有形并具有色彩的物体进行记忆的呢?是存放在单一的脑区还是拆分成不同的特性分存放在不同的脑区?如何对时空场景中所发生的系列事件进行记忆?记忆的对象是完整的事件还是随机的单元?如果是随机的单元,它们为何以及如何得以组合成一个工作网络呢?迄今为止,我们并不知道大脑对感觉信息(视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉)是否进行了编码以及如果是,那是如何编码的,因此也就谈不上它们是如何被准确储存以及如何被快速提取的。我们对记忆的认识都还只停留在表象上,对本质几乎是一无所知。我们对记忆机制的解读还得依赖传统的办法,即主要根据伴随着病人或动物模型中特定区域的损伤出现的记忆缺陷来构建逻辑。
从生物学上来说,记忆就是细胞本身。人生的春天会渐渐逝去,花蕾会凋萎,叶子会干枯,生命的血液会凝固......当我们虚弱的躯体被光阴焚毁时,还剩下什么呢?什么也没有,这当然包括印刻在那些神经细胞之中的我们曾经拥有的一切记忆。当弥留之际,记忆或许填满了自我的经历——神秘与梦想……在死亡的霎那,记忆随意识的静静消失而坍塌,它们与累赘的躯体一道挣脱了光焰,返归了昏冥。
五、意识可被认识吗?
20世纪80年代之前,意识曾是自然科学的禁忌之地,随着脑科学特别是脑成像技术的发展以及临床医学证据的积累,意识之火开始在自然科学家眼前燃烧,对此,一些知名科学家如克里克(Francis Crick)、埃德尔曼和坎德尔(Eric R. Kandel)等诺贝尔奖得主的添材加油功不可没(顾凡及2012)。
意识是第一人称事物,而科学的客观方法论是第三人称立场,信念、主观性之类的东西不被科学实验所承认。科学是辅以可验证真理的想象,而想象实际上是依赖于意识的,因此,科学本身也必须依赖于意识,然而我们的意识却长期被排除在科学之外(Edelman 2006)。
笛卡尔早就将思维从自然中完全除去了,认为只存在两种物质:1)广延之物——可被物理学研究的事物,和2)思维之物——既没有实体也不能被物理学研究的思想之物。正是受到这种二元论观念的影响,意识长期无法成为科学研究的合法对象。
奥地利物理学家、1933年的诺贝尔物理学奖得主薛定谔(Erwin Schrödinger)曾说,物理学的所有理论都不包括感官知觉,因此要发展就必须认定这些现象超出了科学所能理解的范围(Schrödinger 1958)。澳大利亚神经生物学家、1962年的诺贝尔生理学或医学奖得主埃克尔斯(John Eccles)宣称,“我的使命是专注于我们经验世界里最卓越的事件,即我们每个人是怎样成为有自我意识的、独一无二的存在的。这是超越科学之所及的一个奇迹”(Eccles 1989)。
美国哲学家塞尔(John Searle)认为,意识在本体上是主观的,而科学研究的对象在本体上是客观的,因此将意识作为科学研究的对象是不可能的。他批评道,“科学还原论宣称,唯物主义最终能以神经活动模式来解释精神世界里所发生的一切。我坚持认为,科学还原论(简化发)极度贬低了人类的奥妙。这种信念肯定会被归类为迷信那一类”(Searle 1997)。
我们知道很多物理定律,但却不知道它是如何构建出大脑这样一个物理系统中的意识的。我们知道自己的身体由大约1029个夸克和电子组成,它们的运动都得遵守基本的物理定律。因此,意识发生在特定的物理系统中,但为何有些物质实体有,而另一些又没有呢?
Edelman and Tononi(2000)认为,意识是由一般物质的组合中浮现。意识肯定是生命系统复杂到一定程度之后涌现出来的客观属性,然而,意识的生物学机制依然是个未解之谜。譬如,我们并不清楚在神经系统中运行的意识需不需要重新编码,如果需要,是如何被编码的呢?此外,我们也不知晓意识是否像一台计算机那样进行运算,如果是,那它是如何根据输入进行运算并产生输出的呢?可否进行这样的物理学比喻,即大脑像一个线圈,外部世界的信息如同磁场,意识恰似所产生的感应电流?还有,我们也不知道意识是否是生命复杂化造就的一个副产物?为何神经细胞能从相互作用中涌现出意识?其实,我们亦不知道如何去实证这些问题的真伪。
六、脑科学的二个伟大发现——二个“死胡同”?
1. 脑电波的发现
1924年,德国医生汉斯·贝格尔(Hans Berger, 1873-1941)从一个颅骨受损的病人头部检测出极为微弱的电流,后来他确认了这种电流来自于脑部活动,并发明了脑电图(Electroencephalogram,EEG)。现在认为,大脑在活动时,大量神经元同步发生突触后电位,经总和后形成谓脑电波,它是脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层的总体反映。脑电波来源于锥体细胞顶端树突的突触后电位,根据频率高低区分为4 种主要类型:α波(8-13HZ)、β波(14HZ以上)、θ波(4-8HZ)和δ波(0.5-3HZ)。其实,直到今天,人们都还不清楚这些波意味着什么(Crick 1994)。
美国脑计划 关联照片:
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