第九章 真实头脑和模型头脑 

  
头脑实际上是什么样子的? 
  
  
  
  在我们的脑袋中有一个控制我们动作并使我们了解周围世界的非常了不起的结构。 
正如阿伦·图灵有一回说过1,它和一碗凉粥再相像不过了!非常难以想象,具有如此平 
淡无奇外观的东西怎么能创造这么多的奇迹。然而,更周密的考察揭示,头脑的结构极 
其错综复杂(图9.1)。盘旋在顶上的(最像粥样的)巨大部分称为大脑。它很清楚从中 
间分成左边和右边两个大脑半球。它的前面和后面不那么清楚分成了额叶和三片其他的 
叶:顶叶、颞叶和视叶。再下去,头脑后面小很多而有点像球形--或像两团羊毛球--的 
部分是小脑。里面深处藏在大脑下面有些奇怪而显得很复杂的不同结构:桥脑和髓质( 
包括我们以后要关心的网状形成),它们由脑干、丘脑、下视丘、海马、胼胝体和其他 
许多命名奇怪的古怪构造组成。 
  
  人类感到最为骄傲的即是大脑,不仅因为它是人脑中最大的部分,而且作为整体而 
言,人的大脑在比例上比其他任何动物的都大。(人的小脑也比大多数其他动物的大) 
。大脑和小脑具有比较薄的灰色物质外表面,以及具有白色物质的更大的内部区域。人 
们把这些灰色物质的区域分别称为大脑皮层和小脑皮层。灰色物质正是实行不同种类计 
算任务的地方,而白色物质是由很长的神经纤维所组成,负责从头脑中一个部分传递信 
号到另一部分。 
  
  
  
  
  
  大脑皮层不同的部位和非常特别的功能相关联。视觉皮层处于视叶内,在大脑的正 
后方,它与图像的接收和解释有关。至少对人类而言,大自然会选择这个区域来解释从 
头部正前方的眼睛传来的信号是很奇怪的!但是,大自然还有比这更古怪的行为。正如 
大脑的右半球几乎完全关联身体左边,而大脑的左半球关联身体的右半部分。这样,实 
质上所有的神经在进入或离开大脑时都要从一边穿到另一边。对于视觉皮层的情形,右 
边并不和左眼相关,而是和两只眼睛的左边视野相关。类似,左边的视觉皮层和两只眼 
睛的右边视野相关。这表明,从每只眼睛视网膜的右边来的信号必须进入右边的视觉皮 
层(记住视网膜上的影像是上下颠倒的),而从每只眼睛的视网膜左边来的信号必须进 
入左边的视觉皮层(见图9.2)。这样在右边的视觉皮层中形成了一个左边视野的一个界 
限清楚的映射,而在左边视觉皮层中形成了右边视野的另一个映射。 
  
  
  
  从耳朵来的信号又是以这种古怪方式穿越到大脑的相反一边。右边的听觉皮层(为 
右边颞颥叶的一部分)主要是处理在左边接收到的声音,而左边的听觉皮层处理从右边 
来的声音。嗅觉似乎是这个一般规则的例外情形。位于大脑前面的右边嗅觉皮层(位于 
额叶内--对感觉区域而言,这很特殊)主要是应付来自右鼻孔的气味,而左边的是处理 
左鼻孔的气味。 
  
  触觉和称之为触觉皮层的顶叶区域相关。这个区域刚好发生于额叶和顶叶分开的地 
方。在身体表面和触觉皮层的区域之间有一种非常特别的对应。有时按照所谓的“触觉 
侏儒”的图示法来表示这一种对应,也就是如图9.3中沿着触觉皮层躺着的变形人体。右 
边触觉皮层处理左边的身体,而左边的处理右边的身体。在额叶和顶叶的交界处正前方 
,有一个称为运动皮层的额叶对应区域。这和激发身体不同部位的动作有关,在身体不 
同的肌肉和运动皮层的不同区域之间又有一个非常特别的对应。我们用一个“运动侏儒 
”来描绘这一种对应,正如图9.4所表示的那样。右边的运动皮层控制身体的左边,而左 
边的运动皮层控制右边。  
  
   
  
  
  
  刚才提到的大脑皮层的区域(视觉的、听觉的、嗅觉的、触觉的和运动的)被称作 
首位的,这是由于它们和大脑的输入和输出有最直接的关联。和这些首位区域邻近的是 
大脑皮层第二位区域,它处理更微妙更复杂的抽象感觉(见图9.5)。从视觉、听觉和触 
觉皮层接收到的感觉信息在相关的第二位区域加工,而第二位运动区域和预想的动作相 
关,这些动作由首位运动皮层翻译成实际肌肉运动更特定的指令。(由于嗅觉皮层的行 
为不同,我们又对其所知甚少,所以先不予考虑。)大脑皮层的其余区域称作第三位区 
域(或缔合皮层)。头脑最抽象最复杂的活动大多在这些第三位区域进行。在一定程度 
上,头脑正是在这些区域,连同它们的周围,使不同感觉区域来的信息以非常复杂的方 
式相互交流并接受分析,留下记忆,建立外界的图像,构想并衡量一般计划以及理解和 
表达语言。  
  
  
  语言是特别有趣的,这是由于它通常被认为是人类智慧所特有的能力。很古怪的是 
(至少在绝大多数用右手的人和大部分用左手的人),语言中心主要是在头脑的左边。 
主要的区域是伯洛卡区域,这是处于额叶的后下部,还有另一区称作温尼克区域,它处 
于颞颥叶的后上部(见图9.6)。伯洛卡区域是用来形成句子,而温尼克区域是理解语言 
;损害伯洛卡区域会减少讲话能力,但不影响理解;而损害温尼克区域,则讲话仍然流 
利而没有什么内容。称作弓状纤维束的神经束把这两个区域连接起来。当它受到损坏时 
,理解力没有受到伤害而且言语仍然流利,但是不能把所理解到的讲出来。 
  
  
  
  
  
  我们现在对大脑的作用有了一个非常粗略的图像。头脑的输入来自于视觉、听觉、 
味觉和其他的信号,这些信号首先要在大脑的首位部分,主要是后叶片(顶叶、颞叶和 
枕叶)记录下来。头脑的输出表现于激发身体的动作,主要由大脑额叶的主要部分完成 
。在它们之间进行了某些加工过程。一般来讲,大脑活动是从后叶的首位部分开始,当 
分析输入数据时,就进入到第二位部分;然后当这些数据被完全理解时,就进入了后叶 
的第三位部分(也就是语言在温尼克区域被理解)。弓状纤维束,也就是上面提及的神 
经纤维束,但现在是在头脑的两边,把这处理过的信息带到额叶,在额叶的第三位区域 
形成一般行动的计划(例如,在伯洛卡区域形成语言)。这些一般的行动计划在第二位 
运动区域被翻译成关于身体运作更明确的概念,并且头脑的活动最后转到首位运动皮层 
,在那里信号最终被发送到身体不同组的肌肉去(而且经常一下子送到好几组肌肉去) 
。 
  
   呈现在我们面前的似乎是一台超等计算仪器的图像。强人工智能支持者(参阅第一 
章等)会坚持道,我们在这里有了一台算式电脑的极致范例,实质上就等于是图灵机。 
该电脑有输入(如同图灵机左边的输入磁带)和输出(如同机器右边的输出磁带),以 
及在中间实行各种复杂的计算。当然,头脑还能独立进行特殊感觉输入以外的活动。这 
在人们思维、计算或对过去的回忆沉思时发生。对于强人工智能的支持者而言,这些头 
脑的活动只不过是进一步的算式活动。只要这种内部活动达到足够复杂的程度,则他们 
就可以设想引起了“知觉”的现象。 
  
  然而,我们不应该太快接受现成的解释。上面所表述大脑活动的一般图像只不过是 
非常粗糙的图像。首先,甚至连视觉接受也不像我在上面表述的那么一清二楚。人们发 
现,皮层中有几个不同的(虽然是更小的)区域进行视野的映射,这显然是带有其他不 
同的目的。(我们视觉的知觉似乎和它们不同。)似乎还有其他辅助的感觉和运动区域 
分散在大脑皮层(例如,后叶中不同的点可引起眼睛的运动)。 
  
  我在上面的描述中,甚至没有提到头脑中大脑以外其他部分的作用。例如,小脑的 
作用是什么?显然它是负责身体的准确定位和控制,身体动作的时机、平衡和精巧。想 
象舞蹈家熟练的艺术、职业网球运动员轻松的准确性,赛车者闪电般的控制以及音乐家 
或画家手的自如动作;再想象羚羊优美的跳跃和猫的躲藏。没有小脑就不可能有这样的 
准确性,所有动作都会变得笨拙。事情似乎是这样的,当一个人在学习新技巧(例如学 
走路或学开车)时,刚开始对于每一个动作都要仔细想好,大脑起着控制作用;但是一 
旦掌握了技巧而成为“第二天性”,小脑就取代了它。而且,人们对这种经验都很熟悉 
,如果一个人在想已经掌握的技巧中的一个动作,则他的容易控制会暂时失去。在想动 
作时似乎涉及重新引进大脑的控制,虽然在此以后获得动作的灵活性,但现时熟练和精 
确的小脑作用却损失了。这种描述无疑过于简单,不过使我们对小脑的作用有些大概的 
了解①。 
  
  在我早先描述大脑作用时,没有提到头脑其他部分是误导的。例如,海马在记录长 
期(永久)记忆时有着不可或缺的作用。实际的记忆被储存在大脑皮层的某处(也许同 
时在许多处)。头脑可以用其他方式保持短期的印象;它可保留印象若干分钟甚至几个 
小时(也许把它们“记在心里”)。但是为了使这种印象在不再受注意时还能被回忆起 
,就必须以永恒的方式存在那儿,正是这个原因海马非常重要。(损害海马会导致可怕 
的后果,一旦新的记忆不再引起病人的注意,即不再保留。)胼胝体是左右两个大脑半 
球相互通讯的地方。(我们在后面将会看到把胼胝体切除后的严重后果。)下视丘是快 
乐、愤怒、害怕、沮丧和渴望的情感所在处,而且它传递情感在精神和身体方面的发泄 
。在下视丘和大脑不同部分之间存在连续流通的信号。丘脑的作用是重要的加工中心和 
转换站,它把从外面世界来的许多神经输入传到大脑皮层。网状形成负责头脑整体或不 
同部位一般状态的警戒和知觉。还有许多神经线路连接这些以及许多其他极其重要的区 
域。 
  
  上面的叙述只提供了头脑一些重要部分的样品。在结束这一节之前,我应该对于头 
脑的整体组织再讲一些,它的不同部分被分类成三个区域,从脊柱开始往上,按顺序是 
后脑(或菱脑)、中脑和前脑。人们可以在早期发育的胚胎中找到这三个区域,在脊柱 
的上端按照这个顺序成为三个肿胀出现。最顶点的那个即是正在发育的前脑,发芽成两 
个球状的肿胀,一边一个,后来它们变成大脑的两半球。完全发育好的前脑包括头脑许 
多重要部分,不仅是大脑,还有胼胝体、丘脑、上视丘、海马以及许多其他部分。小脑 
是后脑的一部份。网状形成在中脑和后脑各有一部分。在进化发展的意义上,前脑是“ 
最新的”,而后脑是“最古老的”。 
  
  我这个简要的速写虽然在多方面是不足够的,希望仍能给读者一点人脑像什么样子 
和一般情形下它做什么的印象。迄今,我几乎还未触及意识的中心问题。让我们在下面 
讨论这个问题。 
  
  
  
意识栖息在何处? 
  
  
  
  有关头脑的状态和意识现象的关系,人们表达了许多不同的观点。对于具有这么明 
显重要性的现象只有极少的共识。然而,下面这一点是很清楚的,即头脑的所有部分不 
是同等地牵涉到意识的呈现。例如上面所暗示的,小脑似乎比大脑更可被视为一台“自 
动机”。仿佛小脑控制的动作几乎是不必思考就自动进行的。人们能够有意识地决定从 
一处走到另一处,但他不会时时想到为控制运动所必须详细计划的肌肉动作。对无意识 
的反射行为亦是如此,譬如把自己的手从热火炉上移开的动作,可能根本不是由头脑而 
是由脊柱上部分传递的。人们至少从这些很容易推理出,意识现象和大脑的作用比和小 
脑或脊髓的作用更有关系。 
  
  另一方面,十分不清楚的是,大脑是否总能发觉自己的活动呢?例如我在上面所描 
述的,人们在正常行走时,并不意识到自己肌肉和四肢的细节活动。这种活动的控制主 
要来自于小脑(头脑的其他部分和脊髓予以帮助),大脑的首位运动区域似乎也参予控 
制。此外,首位感觉区域也是一样:例如,人们可能不知道走路的时候在脚底的压力变 
化,但是触觉皮层的相应区域仍然继续受到刺激。 
  
  杰出的美国--;加拿大神经外科医生怀尔德·彭费尔德(大部分人脑运动和感觉区域 
内的精细映射是他在1940和1950年代间做出的)论断说,一个人的知觉不只和大脑活动 
相关联。基于对许多有意识的病人进行脑手术的经验,他提出,主要由丘脑和中脑组成 
被他称为上脑干的区域(参阅彭费尔德和雅斯帕1947),在相当意义上应被视为是“意 
识所在处”,尽管他在心里曾经属意于网状形成作为“意识所在处”。彭费尔德断言, 
上脑干和大脑处于联络状态,只要脑干的这个区域和大脑皮层的适当区域(也就是和任 
何具体感觉、思维、记忆相关的特别区域)处于直接联络的状态,或者那时候动作被有 
意识地发觉或唤起,则“意识知觉”或“有意识的意志行为”就会产生。他指出,例如 
,当他刺激病人引起右臂动作的运动皮层的区域(而且右臂的确会动作),这不会使病 
人想要运动其右臂。(的确,病人甚至可能伸出其左臂去阻止右臂的动作,正如在彼得 
·塞勒著名的斯特任奇拉夫博士的电影描写中那样!)彭费尔德指出,动作的欲望也许 
和丘脑的关系比和大脑皮层的关系更大。他的观点认为意识是上脑干活动的呈现,但是 
除此以外必须还要有东西被意识。这样,不仅是脑干,而且此时正和上脑干联络的大脑 
皮层的某些部位都被涉及,它们的活动代表了意识的主体(感觉印象或记忆)或客体( 
意志行为)。 
  
  其他神经生理学家还指出,特别是网状形成可能被认为是意识的“所在处”,如果 
这样的处所的确存在的话。网状形成毕竟是负责头脑一般的警觉状态(马鲁奇和马贡194 
9)。如果它受到损害,其后果就是变成无意识。只要头脑处于清醒的意识状态,那网状 
形成便是活跃的;如果头脑不处于这种状态,网状形成就不活跃。在网状形成的活动和 
人们通常认为“意识的”状态之间的确有种清楚的关联。然而,情况由于以下事实变得 
复杂起来。在梦境里,在当时人们确实晓得自己在做梦的这个意义上讲是“知觉的”。 
然而,这时在正常情况下网状形成的活跃部分仿佛不处于活跃状态。要把意识这样的荣 
耀地位归于网状形成的人还要忧虑一件事,用演化的术语讲,它是头脑中非常古老的部 
分。如果成为有意识的全部所需只是一个活跃的网状形成,那么青蛙、蜥蜴甚至鳕鱼都 
是有意识的! 
  
  我个人认为上面这论断不是很有说服力。我们有何证据说蜥蜴和鳕鱼不具备某种低 
程度的意识呢?我们有什么权利像一些人那样宣称,人类是我们行星上仅有的被赐予“ 
知觉”的实际能力的居民呢?在地球生物中,难道我们是惟一可能“有意识”的吗?我 
表示怀疑。虽然青蛙和蜥蜴,特别是鳕鱼,在我凝视着它们时,它们并没使我十分确信 
“那里有某一个生灵”也在看着我。但是当我看到狗或猫,尤其是动物园的猩猩和猴子 
在看着我时,我有很深的“意识存在”的印象。我不要求它们像我这样感觉,甚至也不 
要求它们感觉有多少深度。我不坚持它们在任何强烈意义上是“自我知觉的”(尽管我 
猜想自我知觉的某一因素能够存在①)。我所坚持的是,它们有时候至少有感觉!至于 
做梦的状态,我自己愿意接受的是,存在某种形式的知觉,但是它被认定为低水平的。 
如果部分网状形成以某种方式单独负责知觉,那么它们必须是活跃的,即使在做梦状态 
时其活跃的程度很低。 
  
  另一种观点(奥基费1985)仿佛认为,海马的行为和意识状态的关系更大。正如我 
早先评论的,海马对于长久记忆的记录十分重要。有理由可以认为,永久记忆记录和意 
识相关联。如果真如此,则海马在意识知觉的现象中的确起了主要的作用。 
  
  还有人坚持大脑皮层本身负责知觉。由于大脑是人的骄傲(虽然海豚的大脑也一样 
大!)而且和智力关系最密切相关的心理活动似乎是由大脑执行,那么这里肯定是人的 
灵魂栖息之所!这正是有些人,譬如强人工智能者观点的结论。如果“知觉”只是算法 
之复杂性的一个特征,或者说算式的“深度”或“微妙程度”,那么按照强人工智能的 
观点,由大脑皮层进行的复杂算法使该区域具有显示意识能力的呼声最高。 
  
  很多哲学家和心理学家似乎认为,人类意识是和人类语言密切相关。因而,正是多 
亏了我们的语言能力,人类才能得到微妙的思考能力。它正是人性的标志以及我们灵魂 
的表现。按照这种观点,正是语言把我们和其它动物区别开来,并提供我们剥夺它们自 
由以及肆意捕杀它们的借口。正是语言允许我们用哲理推究并描述我们所感觉的,这样 
我们可以使别人信服,我们知悉我们的客观世界和自我。正是从这一种观点出发,我们 
的语言被当作我们具有意识的关键因素。 
  
  现在,我们必须想起我们的语言中心(对绝大多数的人)正好在我们头脑的左边( 
伯洛卡和温尼克区域)。刚刚表述的观点仿佛意味着,意识只和左边而不和右边大脑皮 
层相关联!的确,这似乎是很多神经生理学家的看法(特别是约 病ぐ?死账�1973), 
虽然对于我这个门外汉来说,这观点确实非常古怪,我将会解释其理由。 
  
  
  
头脑分裂实验 
  
  
  
  我将提到和这些相关的许多奇异的观察,在这些试验中病人(或动物)的胼胝体完 
全被割除,使得大脑皮层的两个半球不能互相联络。在人的情况下2,切除胼胝体是作为 
治疗手术来进行的,人们发现这是对受  痫症之苦特别严重的病人有效的处方。罗杰· 
斯帕雷和他的助手在对这些病人动手术后进行了许多心理学试验。他们是这样进行的, 
左边和右边的视界受到完全分开的刺激,这样左半球只接受放在右边的视觉信息,而右 
半球只接受,到左边的。如果用铅笔的画片在右边闪动,同时用杯子的画片在左边闪动 
,则病人会说“那是一只铅笔”,因为只有铅笔而不是杯子被显然有语言能力的那一半 
头脑所感知。然而,左手会选一只盘子,而不是一张纸,去和杯子作适当的相配。左手 
在右半球的控制之下,右半球虽然不能讲话,却能实现某些相当复杂的人类特有的动作 
。的确有人建议过,认为几何思维(尤其是三维的)还有音乐通常主要是在右半球内进 
行的,这样就和左边的言语和分析能力相平衡。右边头脑能理解普通的名词或基本句子 
,并能进行非常简单的算术。 
  
  这些头脑分裂实验中最令人吃惊的是,头脑两边仿佛实际上像两个独立的个人那样 
行为。每一半可分别与实验者联络。由于右半球缺乏口语的能力,它比左半球的联络更 
为困难,并处于更原始的程度。病人大脑的一半可和另一半以简单的方式联络,例如看 
着由另一半控制的手臂运动,或者听到指令的声音(像是盘子的碰撞声)。但是,即使 
是两边之间这么原始的联络也可由仔细控制实验室条件而消除。模糊的情绪仍可由一边 
传到另一边,然而这可能是由于那些没分开的部位(譬如下视丘)仍然与两边处于联络 
状态。 
  
  人们忍不住会问这样的问题:在我们同一身体里是否居住有两个分别意识的个体呢 
?这个问题曾是许多争议的主题。有人会坚持说肯定“是”的,而其他人宣称两边都不 
能成为单独存在的。有人会争论道,对于两边能够有共同的情绪这个事实,可证明只含 
有一个单体。然而,另一种观点认为,只有左边半球代表了有意识的个体,而右边为一 
台自动机。认为语言是意识主要部分的人相信这一点。确实,只有左半球能令人信服地 
对口头问话“你有意识吗?”答复“是的!”而对右半球,正如一条狗、一只猫或一只 
黑猩猩,会困难得甚至不能解释组成这个问题的词,也不能够正确地口头回答。 
  
  然而,这个问题不能就这么轻易地放过。道纳尔德·威尔逊和他的合作者(威尔逊 
等1977;伽桑尼伽,列多克斯和威尔逊1977)在一个更新近而引人注意的实验中考察一 
位代号“P.S.”的病人。在分裂手术后,只有左半球能讲话,但是两个半球都能理解语 
言;右半球后来也学会讲话;两个半球很明显地都是意识的。而且,由于它们有不同的 
爱好和需求,所以显得有各自的意识。例如,左半球描述说它希望成为制图员,而右半 
球希望成为赛车手! 
  
  我本人根本不相信普遍的断言,认为平常人类语言于思维和意识是必须的。(我将 
在下一章指出我的一些理由。)所以,我和那些大致相信头脑分裂病人的两半各具有独 
立意识的人立场相同。P.S.的例子强烈地暗示,至少在这一种特殊情形下,两半的确都 
是有意识的。依我的意见,在这一方面P.S.和其他人的真正差别是他的右边意识能实际 
使其他人相信它的存在! 
  
  如果我们接受P.S.的确具有两个独立的精神,则就面临着令人惊异的情景。假定, 
每一分裂头脑的病人在手术之前只具有单独的意识;但在此之后就有了两个意识!这原 
先单独的意识被某种方式分叉了。我们还记得在第一章28页假想的旅行家,他把自己交 
给一台远距运送机,忽然醒过来时发现所谓“实在的”自我已到达金星。在那里,他的 
意识的分叉仿佛会导出佯谬。因为我们会问,“他的意识流‘实际上’是沿着什么途径 
?”如果你是这旅行家,哪一个被归结成“你”?远距运送机可当成科学幻想而不再予 
以考虑,但是在P.S.的情形下,我们的处境非常相似,而这是实在发生的!哪个P.S的意 
识是手术前的P.S.?无疑许多哲学家会将此问题斥为无稽。这是由于没有决定这个争论 
的有效办法。每一个半球都在分享施行手术前的意识之记忆,并且无疑两者都会宣称是 
原来的那个人。这虽令人惊异,但本身并非佯谬。尽管如此,还有一些令人困惑的问题 
未被解决。 
  
  如果两个意识后来又被合并在一起,则困惑就更恶化了。现代技术要把胼胝体单独 
切断的神经接在一起仿佛是天方夜谭。但是人们可以摹想,在开初时改用一种比实际切 
除神经纤维更温和的办法。也许这些纤维可被暂时冷冻,或用某种药麻痹。我不知道这 
类实验是否做过,但是我认为在不太久的将来将会变成可行的。可以设想,在胼胝体重 
新激发后,结果只会有一个意识。想象这一个意识就是你本人!对于你在过去某一时刻 
曾经有过两个显著不同的各自的“自我”将作何感想呢? 
  
  
  
盲 视 
  
  
  
  头脑分裂实验似乎至少指出,“意识”的“栖息处”不必是唯一的。但是还有其他 
实验暗示,大脑皮层的某些部分比其他部位与意识有更密切的关联。其中一种和盲视现 
象有关。视觉皮层某个区域的损害会引起相应视野的盲视。如果一个对象放在那个区域 
的视野,那个对象就不会被感知。相当于那个视觉区域发生了盲视,然而,一些古怪的 
发现指出(参阅魏斯克朗茨1987),事情并非这么简单。一位名叫“D.B.”的病人有些 
视觉皮层必须被除去,这使他在视野特定区域内看不见任何东西。然而,当把某物放在 
这个区域并要D.B.去猜是什么东西时(通常像一个十字或圆形标志或是以某一角度倾斜 
的线段),他几乎可百分之一百地猜中!这个“猜测”的准确度甚至使D.B.本人都感到 
惊讶!他仍然坚持说,自己不能感知放在该区域的任何东西。① 
  
  由视网膜接受到的影像还在视觉皮层以外的某些头脑区域加工,一个较不清楚的区 
域是下部颞叶。D.B.应该是基于在下部颞叶得到的信息作“猜测”。在刺激这些区域时 
不能直接有意识地知觉任何东西,但是信息在哪儿,只有从D.B.“猜测”的正确性中得 
以显现。实际上在经过一些训练后,D.B.能够得到这些区域有限量的实际知觉。 
  
  所有这些似乎表明,大脑皮层的某些地方(例如视觉“皮层”)比其他地方和意识 
知觉更有关联。但是,其他一些区域经过训练后,显然能进入直接知觉的范畴。 
  
  
  
视觉皮层的信息加工 
  
  
  
  在如何处理接收到的信息方面,人们对视觉皮层比头脑中的任何其他部分都理解得 
更好;人们为了说明这个作用曾提出了不同的模型3。事实上,有些视觉信息的处理在到 
达视觉皮层之前就在视网膜本身进行。(视网膜实际上被当成头脑的一部分!)一些最 
先暗示视觉皮层如何处理信息的实验中有一个为大卫·胡帕勒和托斯腾·温塞尔赢得198 
1年的诺贝尔奖。他们能在实验中显示猫的视觉皮层某些细胞对视野中具有特定斜率的线 
产生反应。而其他附近的细胞对不同斜率的线产生反应。什么东西具有这个角度通常没 
有关系。它可以是从亮处到暗处的或从暗处到亮处的边界线,或仅仅是亮的背景中一条 
黑线。进行考察的特殊细胞已经把“斜率”这一特征抽象化了。而其他细胞对特定的颜 
色或对每只眼睛接收到的差别产生感应并由此感知所得到的深度。随着距离首位接受区 
域越来越远,我们发现细胞对我们所看见的东西越来越细微部分敏感。例如,当我们看 
图9.7时就会发觉一个完全的三角形图像;而在图上并没有画出形成三角形的线,它是由 
推断而来的。人们实际上发现视觉皮层(所谓第二位视觉皮层)中的细胞能记录这些推 
断出的直线位置! 
  
  在本世纪七十年代初叶,文献记载宣称4,发现猴子视觉皮层有一个细胞,只有当一 
个脸的像被记录在视网膜时才反应。在这种信息的基础上,人们提出了“祖母细胞假设 
”。根据这种假设,头脑中存在某种细胞,它只有当头脑主人的祖母进入房间才反应! 
的确,最近有人发现某种细胞只对特殊的词有反应。也许这正进一步支持祖母细胞假设 
! 
  
  
  
  关于头脑中进行的处理过程,肯定有极多尚待研究的地方。对这些高等头脑中心如 
何实行其功能所知甚少。现在让我们放下这个问题,而转去注意头脑中实际产生这些奇 
异功能的细胞。 
  
  
  
神经讯号如何工作? 
  
  
  
  头脑(以及脊柱和视网膜)所有处理过程都是由称作神经元的多功能体细胞完成的5 
。让我们看看神经元是什么样子。我在图9.8中画出了一个神经元的图。它有一个苞状的 
主体,或有点像星形,通常比较像萝卜,这主体称为躯体,其中包含有细胞核。一根很 
长的神经纤维从躯体的一端延伸出来。相对于一个单独的微细胞而言,神经纤维有时的 
确非常长(以人类而言通常达几厘米),它称作轴突。细胞的输出信号就是沿着轴突这 
根“导线”传送。从轴突可发芽出许多小的分枝,它要分枝好几回。在这些形成的神经 
纤维终端可找到所谓的小突触结。躯体的另一端通常向四面八方往外分枝,这就是树状 
的树突。输入资料正是沿着树突进入躯体。(在树突之间偶然也会出现突触结,叫做树 
状树突的突触。由于它们的复杂性超过其重要性,我将在讨论中省略。) 
  
  
  
  
  
  
  
  作为一个自足的单元,神经元用细胞膜把躯体、轴突、突触结、树突和所有一切都 
包围起来。为了使信号从一个神经元传到另一个,它们必须设法“越过之间的隙碍”。 
这是在叫做突触的交结处完成。一个神经元的突触结附到另一神经元的某一点上,不是 
在它的躯体本身就是在它的一个树突上(见图9.9)。实际上,在突触结和它所附上的躯 
体或树突之间有一非常窄称为突触裂的缝隙(图9.10)。信号从一个神经元传达到另一 
个时必须穿越过它。 
  
  
  
  
  
  当信号沿着神经纤维传递并穿过突触裂时采取什么形式呢?是什么引起下一个神经 
元去发射信号呢?从我这个局外人看来,大自然实际采取的步骤真是非同寻常�� 
简直使人着迷!人们也许会认为信号只不过像沿着导线的电流,但是它比这要复杂得多 
。 
  
  一根神经纤维基本上是一个圆柱管,装有普通盐(氯化钠)和氯化钾(主要是后者 
)的混合溶液,这样在管子里有钠、钾和氯离子(图9.11)。在外面也有离子,但是其 
成份比例不同,外部的钠离子比钾离子多。神经处于静态时,管子内带负电荷(也就是 
氯离子比钠离子加钾离子的总和还多��我们记得钠离子和钾离子是带正电的,而 
氯离子是带负电的),而在外头是带正电荷(也就是钠和钾比氯多)。构成圆柱表面的 
细胞膜有点“漏洞”,所以离子有移动穿越过它并中和电荷差的倾向。为了补充以及维 
持里头过量负电荷,一个“新陈代谢泵”缓慢地把钠离子通过周围的膜向外输送回去。 
这作用同时可维持内部钾比钠的数量更多。还有另一个新陈代谢泵(稍微小一些)把钾 
从外头输送到里面去,所以对内部的钾过量有贡献(虽然它的作用和保持电荷不平衡相 
反)。 
  
  
  
  
  
  一个信号是沿着神经纤维移动的一个区域,其中具有相反的电荷不平衡(也就是现 
在内部是正的,外部是负的)(图9.12)。想象有人位于神经纤维上这种反向带电区域 
之前方。当这个区域靠近时,它的电场在细胞膜上打开了称为钠门的小“门”;这允许 
钠离子从外面往里面流回去(由电力和因浓度差引起的压力,亦即“渗透压”的结合效 
应)。结果使内部带正电而外部带负电。这些发生过后,构成信号的反转电荷区域即到 
达我们的位置。它现在促使另外一个小“门”(钾门)打开,这门允许钾离子从里面往 
外面流回去,这样开始恢复内部超量的负电荷。信号现在就通过了!最后,随着信号再 
次远离而去,泵缓慢而坚决的行为再次把钠离子赶到外面去,而把钾离子赶到里面去。 
这就恢复了神经纤维的静态,并为下一个信号作好准备。 
  
  
  
  
  
  值得注意的是,信号就是由一个沿着纤维移动的相反带电区域所构成。实际的物质 
(也就是离子)移动得非常小,只是在细胞膜两边穿进穿出! 
  
  这种古怪奇异的机制显然极其有效。不管是脊椎动物还是无脊椎动物都普遍利用它 
。但是脊椎动物有个更完善的设施,也就是神经纤维由称为髓鞘质的白色脂肪物质绝缘 
层所包围。(正是髓鞘质层使头脑的“白色物质”呈现其颜色。)这种绝缘使神经信号 
能不衰减并以高达每秒120米的相当的速度(在“转换站”之间)行进。 
  
  当一个信号到达一个突触结时,它会发射出称为神经传导物的化学物质。这种物质 
从它的一些树突或躯体本身的某一点通过突触裂移动到另外的神经元去。有些神经元具 
有一种突触结,它会发射出神经传导化学物质,趋向于促进下一个神经元躯体去“激发 
”,也就是开始一个沿着它的轴突传出去的新信号。这种突触称作兴奋突触。另外有一 
种倾向于阻碍下一个神经元激发称作抑制突触。在任何时刻要把活跃的兴奋突触这效应 
全部加起来,并减去活跃的抑制突触的效应,如果净值达到某一临界值,则下一个神经 
元就会被激发。(兴奋突触引起下一个神经元里外之间预期的正电位差,而抑制突触引 
起预期的负电位差。这些电位差适当地加在一起。当附在轴突处的电位差达到临界水准 
时神经元就被激发,使得钾跑出来的速度不至于快到能恢复平衡。) 
  
  
  
电脑模型 
  
  
  
  神经传导的一个重要特点是其(大部分)信号完全是“全有或全无”的现象。信号 
强度不变化:它要么有要么没有。这使得神经系统的行为具有类似数字电脑的特点。事 
实上,大量互相联结的神经元其行为与具有导线和逻辑门(下面还要讲到)的数字电脑 
内部作用有很多相似处。在原则上用电脑模拟特定神经元系统的行为并不困难。有一个 
问题就自然产生了:这是不是意味着,不管头脑的线路细节是什么样子,总是可以用电 
脑的功能来模拟? 
  
  为了使这个比较更清楚,我应该讲清楚究竟什么是逻辑门。在一台电脑中,我们也 
有所谓“全有或全无”的情形。导线不是有电流脉冲,就是没有电流脉冲。在有电流脉 
冲时强度总是相同的。由于每件事都被非常准确地计时,没有脉冲亦是个明确的讯号, 
并会被电脑“注意到”。实际上,在我们使用术语“逻辑门”时,我们隐含用脉冲有和 
无分别来表示“真”或“伪”。这真伪与实际的真理和谬误毫无关系;只不过借以了解 
通常用的术语而已。让我们还把“真”(脉冲存在)写为数字“l”,“伪”(没有脉冲 
)写为“0”,而且正如在第四章那样,可以用“&”当作“并且”(这个“陈述”表示 
两者都是“真”的,也就是两个论断都为1时,其答案为1),“Ⅴ”表示“或者”(这 
“表明”两者之一或两者都为“真”时答案为1,也就是唯有两个论断都为0时答案为0) 
,“”表示“意味着”(也就是AB表示“如果A是真的,那么B是真的”,这和“或者A是 
伪的,或者B是真的”相等),“”表示“如果并且如果”(两者皆“真”或两者皆“伪 
”),以及“~”表示“非”(如果“伪”的话为“真”,如果“真”的话为“伪”) 
。人们可把这些不同的逻辑运算列成所谓“真值表”: 
  
  
  
  在每种情形下A标记行数(也就是A=0表示第一行,A=1表示第二行),类似地B标记 
列数。例如A=0,B=1表示每一个表右上方的值,而在第三表上AB得到1。(作为实际逻辑 
的例子:断言“如果我在睡觉,那么我就快乐”肯定是可证实的;在特殊情形下,即如 
果我刚好醒着而且快乐时,肯定被无趣地证实。)最后,“非”逻辑门的效应简单地是 
  
  ~0=1和~1=0。 
  
  这些是逻辑门的基本类型。还有一些其他类型,但是所有那些都可由刚才提到的类 
型组合而成6。 
  
  现在,我们可否在原则上用神经元的联结建造一台电脑呢?我将指出,甚至从我们 
前面刚讨论过的神经元激发的非常原始的考虑而言,这的确是可能的。让我们看看如何 
在原则上用神经元的联结建造逻辑门。我们需要一些数字编码的新方法,因为讯号不存 
在时不能触发任何东西。让我们(完全随意地)用双脉冲表示1(或“真”),而单脉冲 
表示0(或“伪”),并且采取一个简单的方案,就是激发神经元的临界值总是刚好两个 
同时发生的兴奋脉冲。很容易建立一个“与”门(也就是“&”)。正如图9.13所示, 
我们可取两根输入神经纤维作为输出神经元上的仅有一对突触结的终端。(如果两者都 
是双脉冲,则第一次脉冲和第二次脉冲都达到所需要的两倍脉冲的临界值,如果有一根 
只有一次脉冲,则两根中只有一根达到临界值。我假定脉冲被非常仔细地计时,而且在 
双脉冲的情形,为了确定起见,用这双脉冲中的第一次计时。)建造一个“非”门(也 
就是“~”)要更复杂一些,图9.14画出了一种办法。输入讯号沿着一根分成两个分枝 
的轴突进来。有一分枝走迂回的路径,其长度使讯号延迟的时间正好等于双脉冲两次脉 
冲间隔的时间。然后两根轴突又重新分叉,这两根轴突各有一根分支终结于一个抑制神 
经元上,但是从延迟分支来的又分裂成直接和迂回的路径各一条。在单脉冲输入时,这 
个神经元的输出是没有,而在双脉冲输入时,(在延迟的位置上)就有一个双脉冲。携 
带这一输出的轴突分叉成三个分枝,所有分枝都以抑制突触结终止于最后一个兴奋神经 
元上。原先分叉的轴突余下的两部分,每一根再分成两根,所有四根分枝以兴奋突触结 
终止于最后这个神经元上。读者也许愿意去检查,这最后的兴奋神经元是否提供了所必 
须的“非”输出(也就是如果输入是单脉冲则输出为双脉冲,输入若是双脉冲则输出为 
单脉冲)。(这一方案仿佛过于复杂,但是我已经尽力而为了!)读者可以自己消遣, 
为上面其他逻辑门提供直接的“神经元”构造。 
  
  
  
  
  
  当然,这些显明的例子不能认真当做头脑真正详细行为的模型。我只想指出,我在 
上面给出的神经元激发模型和电子电脑构造之间具有本质上等价的逻辑。容易看出一台 
电脑可以模拟任何这类神经元相互联结的模型;而上述的详细构造表明以下这个事实, 
即神经系统反过来可以模拟一台电脑,并因此能像一台(普遍的)图灵机那样行为。虽 
然在第二章讨论图灵机时并没有用到“逻辑门”7,而事实上如果我们要去模拟一台一般 
的图灵机,需要比逻辑门更多的东西。假定我们允许自己用巨大却有限的神经元贮库去 
近似一台图灵机的无限磁带,这样做并没有牵涉到新的原则问题。这似乎是在论断,头 
脑和电脑本质上是等价的! 
  
  但在我们过于轻率地下这个结论之前,应该考虑神经行为和现代电脑行为之间各种 
可能有意义的差异。首先,把激发神经描述成全有或全无的现象是有些过于简化。那现 
象是指沿着轴突移动的单脉冲。但事实上,当一个神经元“激发”时,它发射出一整串 
距离很近的脉冲。甚至在神经元不激发时,它也发射脉冲,只是以很慢的速率而已。当 
它激发时,是连续脉冲的频率极大地提高。神经元激发还有随机的一面。同样的刺激不 
总产生同样的结果。此外,头脑行为并不需要电子电脑电流所需要的那么准确的计时; 
必须指出,神经元动作的最快速率为每秒一千次,比最快速的电子线路慢很多,大约慢1 
0-6倍。还有,尽管我们现在知道头脑(在诞生时)联结的方式比五十年前我们以为的方 
式更为精密,它不像电子电脑中非常准确的接线,神经元的实际连接仍有很多随机性和 
重复性。 
  
  上面的大部分好像是说,在比较头脑和电脑时头脑处于不利地位。但是头脑还有其 
他有利的因素。逻辑门只有很少的输入输出导线(譬如最多三至四根),而神经元可以 
有大量的突触附在上面。(一个极端的例子,称为普奇涅细胞的小脑神经元大约有80,0 
00个兴奋突触末端。)还有,头脑中神经元的总数甚至超过最大电脑的晶体管总数--头 
脑中可能有1011个,而电脑中大约“只”有109个!当然,电脑中的数目将来很可能增加 
8。而且,头脑细胞数目之大主要来自在小脑中发现的极大数目的小颗粒细胞--亿(3×1 
010)个。如果我们相信仅仅是由于神经元的巨大数目就能使我们得到意识经验,而现代 
电脑不能具有意识,那么我们必须寻求更多理由来说明为何小脑行为显得完全无意识, 
而大脑跟意识有关,大脑神经元数目仅是小脑的两倍(大约为7×1010),其密度也更小 
得多。 
  
  
  
头脑可塑性 
  
  
  
  在大脑行为和电脑行为之间还有其他不同之处。这就是与所谓头脑的可塑性有关。 
依我看来,其重要性超过迄今所提到的一切。认为大脑只是用导线连结起来固定的神经 
元组合,在实际上是不成立的。神经元之间的相互连结不像上述电脑模型中那样固定, 
它会随着时间不断改变。我不是说轴突或树突的位置会改变。大部分复杂的“接线”在 
人一出生就建立了大致轮廓。我是指不同神经元的突触结实际发生联络的地方。这些经 
常发生在叫做树突柱的地方,那是树突上非常微小的突起,和突触结的接触可发生在这 
里(见图9.15)。这里所谓“接触”不表示碰触,而是留下距离刚好大约四万分之一毫 
米的狭缝(突触裂)。现在按照一定的条件下,这些树突柱能缩小离开并且断开接触。 
或者它们(或新的)能长出并产生新的接触。这样,如果我们认为头脑中神经元连接实 
际上构成了一台电脑,那它就是一台能够一直随时变化的电脑! 
  
  
  
  根据长效记忆如何记录的主导理论之一,突触连接的这种变化正是提供储存必要信 
息的方法。如果真如此,那么我们就看到,头脑可塑性不仅是偶发的复杂性,而且是头 
脑活动的主要特征。 
  
  这些连续变化的基础机制是什么呢?这些变化可进行得多快?第二个问题的答案似 
乎很有争议,但是至少有一学派坚持可在几秒钟内进行这种变化。如果永久记忆的储存 
归功于这种变化,那是可以预料到的,因为记忆的记录确实是在几秒钟之内的事(参阅 
肯达尔1976)。这对于我们下面的讨论有重大的含意。在下一章我们将回到这个重要的 
问题上来。 
  
  什么是头脑可塑性的基础机制呢?有一种天才理论(归功于道纳尔德·赫伯1954) 
提出,具有如下性质的某些突触(现在称作“赫伯突触”):每当神经元A激发后跟着神 
经元 B亦激发,在这两个神经元之间的赫伯突触就会被加强,否则就会被减弱。这和赫 
伯突触本身是否影响到B的激发没有关系。这引起了某种形式的“学习”。基于这种理论 
,出现了各种试图模拟一个学习/解决问题的活动的数学模型。这些被称为神经网络。这 
类模型似乎的确具有某些基本的学习能力,但迄今它们离开头脑的实际模型还遥远得很 
。不管怎么说,控制突触联结变化的机制很可能比已经提及的机制更复杂,这很明显需 
要我们去更深入理解。 
  
  与突触结释放神经传递物相关的还有另一方面。这些释放有时根本不发生在突触裂 
,而是进入一般的细胞之间的液体,也许是为了影响非常远处的其他神经元。许多不同 
的神经化学物质似乎是以这种方式发射出来。而且有些记忆理论和我在前面指出的不同 
,这些理论依赖于不同种类可能涉及的化学物质。头脑状态肯定以一般方式受头脑其他 
部分产生而存在的化学物质(譬如荷尔蒙)的影响。神经化学的整个问题是复杂的,提 
供涵盖所有有关方面的可靠而精细的电脑模拟将是非常困难的。 
  
  
  
并行电脑和意识的“一性” 
  
  
  
  许多人显然持这种意见,认为发展并行电脑是建立具有人脑功能的机器之关键。我 
们在下面简略地考虑这种目前流行的观念。并行电脑,和串行电脑相对比,能独立进行 
非常大数量分开的计算,而这些大体上独立运算的结果,断断续续地合并在一起,对整 
体计算作出贡献。建造这类型电脑的主要动机来自于模仿神经系统的运行,因为头脑不 
同部分的确似乎具有进行分开而独立计算的功能(例如,在视觉皮层处理视觉信息)。 
  
  在这里必须说明两点。首先,并行和串行电脑在原则上没有什么不同。事实上两者 
皆为图灵机(参阅第二章52页)。不同处只在于整个计算的效率或速度。有些类型的计 
算用并行组织的确更有效率,但并不总是这样。第二点,至少我自己的意见是,并行经 
典计算不可能掌握我们意识思维的关键。意识思维的一个显著特征是它的“一性”(至 
少当一个人处于正常心理状态,而且不是“头脑分裂”手术的患者时!),这和同时进 
行大量独立活动成显明对比。 
  
  类似“你怎么能期望我同时想两件事情呢?”的抱怨乃是司空见惯的事。一个人的 
意识究竟能同时进行许多不同的思考吗?也许有人能同时进行一些思考,但是与其说像 
是同时、有意识地、独立地实际思考不同的题目,不如说像是在这些题目之间跳来跳去 
。如果一个人在意识中完全独立地想两件事,甚至那怕是在短暂的时间里,则就似乎具 
有两个分开的意识。而对于正常人而言,所能体验到的是一个单独的意识,该意识可以 
模糊地知悉许多事,但是在任一个时刻只能集中于一件特定的事情。 
  
  当然,我们这里所说的“一件事”的含义一点也不清楚。在下一章我们将在彭加莱 
和莫扎特灵感中遇到一些“单独思想”的非常显著的例子。但是,为了辨识一个人在任 
何时刻都可能有非常复杂的意识,我们不必舍近求远。例如,想象一个人决定晚饭要吃 
什么。这样一个意识思维之中牵涉到大量信息,而且要用相当长的言语才能完全描述清 
楚。 
  
  对我来说,这种意识认知的“一性”似乎和并行电脑图像相去甚远。另一方面,那 
个图像也许更合适作为头脑无意识行为的模型。不同的独立动作-- 散步、扣钮扣、呼吸 
或者甚至讲话可同时多多少少自动地进行,人们不必在意识上感觉到任何动作在进行! 
  
  另一方面,我认为在意识的“一性”和量子平行主义之间可以想见具有某种关系。 
我们记得量子理论中,在量子程度上允许不同选择在线性叠加中共存!这样子,一个单 
独的量子态在原则上可由大量不同的、而且同时发生的活动组成。这就是所谓的量子平 
行主义。我们很快就要考虑“量子电脑”的理论观念,这样的量子平行主义在原则上可 
用于同时进行大量的计算。如果意识的“心理状态”在某种形式上和量子态同类,那么 
思维中某种形式的“一性”或整体性对量子电脑就比对普通并行电脑更为适合。这个观 
念中有一些方面引人注意,我在下一章再回到这上面来。但是在认真接纳这个思想之前 
,我们必须提出以下问题,就是量子效应究竟和头脑活动有何相关。 
  
  
  
量子力学在头脑活动中有作用吗?   
  
  上面有关神经活动的讨论全部都是经典的。除了迄今必须提起的一些物理现象,其 
基础的机制必须包含一部分量子力学的因素以外(例如离子,以及它们的单位电荷、钠 
和钾门、决定神经讯号开关特性确定的化学势、神经传导物的化学作用)。真正量子力 
学控制在某些关键处还有更清楚的作用吗?如果上一章结尾的讨论不是无的放矢的话, 
结论似乎是肯定的。 
  
  事实上,至少在一个明显的地方,单量子水平的作用对于神经活动很重要,这就是 
视网膜。(我们记得视网膜事实上是头脑的一部分!)以蟾蜍做的实验显示,在适当条 
件下,一颗单独光子打到已适应黑暗的视网膜上就足以触发一个宏观的神经讯号(贝勒 
、兰姆和邱1979)。这也适用于人眼(赫希特、施劳尔和皮莲逊1941),但是在此情况 
下还存在额外的压抑这种弱信号的机制,使得它们不会由于太多的视觉“噪音”而混淆 
了感觉到的视像。为了能使已适应黑暗的人实际上得知光子的来临,大约需要七颗光子 
的组合的信号。尽管如此,对单光子敏感的细胞的确存在于人类的视网膜中。 
  
  既然在人体中存在单量子的情况下就能触发的神经元,寻找人脑主要部分何处能发 
现这类细胞就是很合理的了,据我所知,对此还未找到证据。所有考察过的细胞类型都 
有一个临界值,要激发该细胞就得需要大量的量子。然而人们猜测,在头脑的某一深处 
可望找到对单量子灵敏的细胞。如果证明情形的确如此,则量子力学对头脑活动的意义 
就非常重大。 
  
  即便如此,在这里量子力学还不显得非常有用。这是由于量子只是一种用来激发信 
号的手段。没有得到量子特有的干涉效应。我们从这些得到的,最多似乎只是确定一个 
神经元是否会激发,这很难看出对我们有多大用处。 
  
  然而,这里牵涉到的问题不是那么简单。让我们重新考虑视网膜。假定从一半镀银 
的一面镜子反射来一颗光子到达视网膜。它的状态涉及以下状况的复线性叠加:光子打 
到视网膜细胞和光子没打到视网膜细胞,譬如穿过窗户飞到空中去(参阅图6.17第292页 
)。到达它可以打到视网膜的时刻,只要量子理论的线性规则U(也就是薛定谔态矢量演 
化,参阅287页)成立,则我们就能得到有神经讯号和没有神经讯号的复线性叠加。当它 
作用到主体的意识上时,两个不同选择中只有一个被感知发生,这时另一个量子步骤R( 
态矢量减缩,参见287页)应该起了作用。(我在此不理会多世界观点,它本身有许多问 
题!参阅341页。)连同上一章结尾触及的考虑,我们应该问,讯号的通过是否扰动了足 
够的物质,达到那一章的单引力子水平。虽然把光子能量转变成实在讯号中的物质运动 
时,视网膜的放大效应真是令人印象深刻--运动质量的放大也许达到1020倍--但这个质 
量仍比普郎克质量mp小许多数量级(譬如大约为108)。然而,一个神经讯号在它周围产 
生了可以探测得到变化的电场(一个以神经为轴,沿着神经运动的圆环形电场)。这场 
会显著地扰动周围环境,单引力子标准在这些环境中可容易地达到。这样,按照我提出 
的观点,R过程在我们感知或没有感知闪光之前早就已经进行过了。由此观之,我们的意 
识对于态矢量缩减不是必要的! 
  
  
  
量子电脑 
  
  
  
  如果我们猜测在头脑深处对单量子敏感的神经元会有重要的作用,我们就想知道他 
们会有什么效应。首先我将讨论德义奇的量子电脑概念(还参阅第四章168页),然后看 
看是否和这里的讨论有相关之处。 
  
  正如前面指出的,其基本概念是利用量子平行主义。根据这个原理,两个完全不同 
的事情应当被认为在量子线性叠加中同时发生。正如光子被半面镀银的镜子反射,同时 
光子又穿过镜子或者是通过两个缝隙中的每一个。对于量子电脑,这两个叠加的不同情 
况就是两个不同的计算。我们对两个计算的答案不感兴趣,而是对利用从这对叠加抽取 
出的部分资料感兴趣。最后,当两个计算都完成时,对这些计算进行适当的“观察”以 
得到必须的答案9。仪器用这种同时进行两个计算的办法来节约时间!迄今这个方法并没 
获得什么重大好处,这是因为可以想见利用一对分开并行的经典电脑(或一台单独的经 
典并行电脑)比用量子电脑更直截了当得多。然而,量子电脑可能要到需要非常大量的 
(也许是无限大的数目)并行计算时才会有真正的好处。我们对个别计算的答案不感兴 
趣,而对所有答案适当的组合感兴趣。 
  
  量子电脑的建造在细节上会涉及量子形式的逻辑门,其输出为应用在输入上某个“ 
么正运算”的结果。这是U作用的一种情形,而电脑所有的运行就是U过程进行到最后阶 
段,直到最后的“观察行为”R为止。 
  
  根据德义奇的分析,量子电脑不能用来进行非算法的运算(也就是超越图灵机功能 
的事)。但是在非常巧妙的设计情形下,在复杂性理论意义来说(参阅162页),它能比 
标准的图灵机获得更大的速度。对于这么杰出的设想,目前的结果仍有点令人失望,但 
是这有点言之过早。 
  
  量子电脑和包含极多数目单量子敏感神经元的头脑,两者行为会有如何关系呢?这 
个类比的主要的问题是量子效应在“噪音”中很快就消失了--头脑太“热”不能在足够 
长的时间内维持量子相干性(就是通常可以用U的连续作用有效地描述的行为)。以我的 
术语,这表明连续达到单引力子的水平,使得R作用持续不断地进行,其间穿插着U演化 
。 
  
  我们期望量子力学对了解头脑有所帮助,但目前看来希望并不大。也许我们注定只 
是电脑而已!我个人不这么认为。但是如果我们要找到答案,就必须要更深入地思考。 
  
  
  
超越量子理论? 
  
  
  
  我希望能回到这本书的基本论题上来。我们的世界图像是由经典和量子理论的法则 
所制约的,就现在所理解的这些法则而言,这图像足以描述头脑和精神吗?对我们头脑 
“通常”的量子描述一定存在一种困惑,因为“观察”行为被当成解释传统量子理论的 
要素。是不是只要思维或知觉一旦进入意识,“头脑”就被认为在“自我观察”?量子 
力学如何顾及这一点并应用到整个头脑,传统理论没有提供我们明确的法则。我曾试图 
为R作用提供一个和意识完全无关的判据(“单引力子水平”),如果类似的判据能发展 
成完全连贯的理论,那就出现一个用量子描述头脑的方法,比迄今存在的描述都更清楚 
明白。 
  
  然而,我相信不仅在我们试图描述头脑行为时才引起这些基本问题,数字电脑本身 
的作用必须依赖量子效应。依我的看法,这些效应并没有完全摆脱量子理论根本的困难 
。这种“必须的”量子依赖性是什么呢?为了理解量子力学在数字电脑中的作用,我们 
首先必须问,如何使完全经典的物体能像数字电脑那样行为。我们在第五章考虑了弗列 
得钦--托弗里经典的“撞球电脑”(参阅197页);但是我们还注意到这个理论“仪器” 
有赖于某种理想化,这种理想化回避了经典系统中固有的不稳定性问题。这个不稳定性 
问题可在相空间中被描述成随着时间演化的弥散(第209页图5.14),导致经典仪器运作 
的准确性几乎不可避免地连续损失。能终止这种准确性降级的最终是量子力学,现代电 
子电脑分立态的存在是必须的(譬如以数字0和1来编码),这使得电脑处于此态或彼态 
一清二楚。这是电脑操作的“数字”性质的要素。这种分立性最终有赖于量子力学。( 
我们还记得能级、谱频率、自旋等等的量子分立性,参阅第六章。)甚至老的机械计算 
仪器也依赖于不同零件的坚固性,而坚固性实际上也有赖于量子理论的分立性10。 
  
  但是,不仅从U的作用才能得到量子的分立性。其实,薛定谔方程在防止不想要的弥 
散和“精度损失”方面比经典物理方程更糟!根据U的时间演化,一个单粒子原先空间定 
位的波函数会散开到越来越广的范围去(参阅289页)。如果不是R的作用时时发生的话 
,更复杂系统有时也遭受到这种不合情理的无定域性(回忆薛定谔猫的例子!)。(例 
如,原子之分立态具有确定的能量、动量和总角动量。一般“散开”的态是这种分立态 
的叠加。正是R的作用在某阶段使原子实际“成为”这些分立态之一。) 
  
  我认为,经典力学不能解释我们思考的方式。如果没有一些根本改变使R成为“实在 
”过程,连量子力学也不能解释。也许连电脑的数字行为都需要对U和R之间相互关系有 
更深入的理解。至少我们知道电脑(由于我们的设计!)的行为是算法的,而且我们不 
想采用任何物理定律中推想出来的非算法行为。但是,我坚持头脑及思维的情形是非常 
不同的。在(意识)思考过程中包含非算法的要素是说得通的。我在下一章将探讨我相 
信有这种要素的理由,以及猜测究竟是什么了不起的物理效应构成影响头脑行为的“意 
识”。 
  
注 释 
  
  1.在一次英国广播公司的演讲;见霍奇(1983)419页。 
  
  2.第一次这类实验是对猫进行的(参考梅厄和斯帕雷1953)。有关头脑分裂实验的 
进一步情形,见斯帕雷(1966),伽桑尼伽(1970),马凯(1987)。 
  
  3.关于视觉皮层功能研究的可读文献,见胡帕勒(1988)。 
  
  4.见胡帕勒(1988)221页。更早的实验曾记录到只对一只手的图像有感应的细胞 
。 
  
  5.现在已确立的理论认为神经系统由分开的个别细胞(即神经元)组成,它是由伟 
大的西班牙神经解剖学家拉蒙·卡雅勒在1900年左右大力倡导。 
  
  6.事实上,所有的逻辑门都可仅仅由“~”和“&”构成(甚至只要从一个运算~ 
(A&B)就够了)。 

  
  7.事实上,利用逻辑门比利用第二章内详细考察的图灵机更接近于制造电子电脑。 
那一章强调图灵方式是基于理论上的原因。杰出的匈牙利/美国数学家约翰·冯·诺依曼 
和阿伦·图灵的研究对实际电脑的发展的贡献可谓旗鼓相当。 
  
  8.这些比较在许多方面是误导的。电脑中绝大多数晶体管和“记忆”而不是和逻辑 
运算有关。而且,电脑记忆总是可以从外界在本质上无限地扩展。随着平行运算的增加 
,比现在正常情形下更多的晶体管可直接涉及逻辑运算。 
  
  9.在德义奇的描述中喜欢用量子理论“多世界”观点。但是要紧的是要明白,了解 
采取什么观点不是主要的。不管人们采用哪一种标准量子力学观点,量子电脑的概念一 
样合适。 
  
  10.如果允许“经典”构件为整个齿轮、轴等等,则这个评论不适用。我在这里是 
取通常的(例如,点状或球状的)粒子为构件。 
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