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意识进化起始于神经元的模块化集群功能

已有 2917 次阅读 2015-10-16 12:26 |系统分类:科研笔记|关键词:神经元,,意识,记忆| 记忆, 意识, 神经元

意识活动的本质和主体是神经元;为神经元活动提供能源的机制是脑内复杂的化学过程;驱使神经活动的媒介是电信息;电信息与神经元之间的转换奥秘是生命在亿万年进化过程中形成的神经元功能分工;神经元是生命的基本单位,生命生存的最大任务是保持自身稳定,神经元在意识形成中的作用,只能用简单的模块化集群功能去解释。而不是目前学术界的复杂化研究思路。

一、神经元功能化发展是自然进化的规律使然

生命在亿万年的进化过程中,生命物种从单细胞进化到多细胞、从无脊椎动物进化到脊椎动物、从低级动物进化到智性动物直至人类,意识现象并非偶然产生,而是随着物种的进化而升级。细胞功能化分工是生命进化的重要起点。干细胞向各种复杂的独特功能细胞发展,并促使生命形成不同物种各自的结构外形和功能特征。同样道理,生长在脑内的神经干细胞发展为各种功能的神经元细胞,最终促使意识功能形成。意识现象的初始功能仅是生命物种为了满足自身的生存和竞争需要而产生。人类意识的进化发展可从人类以下低级动物的大脑中找到原始痕迹。

一种神经元仅具备一种功能,同类神经元集群形成的效应可以将该种功能发挥到极致。视网膜神经元集群形成的光信号的采集精度可以达到纳米级别;自然界许多动物的嗅觉感知精度是人类的万倍之上;蝙蝠在快速飞行期间发送的超声波可准确测定前方的距离和障碍物。神经元的功能化发展只是简单的自然进化,没有太多的复杂处理,或许只需在“群”内部进行类似于排队模式的发展进化即可使该“群”功能无限提高。通过集群,大小不同的神经元依次承担各自能力范围内的群内分工。“用进废退”进化现象所蕴涵的真正原理或许就是神经元群的功能进化。蝙蝠长期生活在阴暗的洞穴,视网膜退化,而发送超声的神经元群功能快速增强,适应了蝙蝠的生存方式。而这种功能的增强仅需简单的增加不同尺寸大小的同类神经元数量即可发送不同的波长。人类后天获得的技能同样具有这一特征,学习使得记忆信息储存的细化程度不断提高。现实中没有一个工艺师的技艺能够一蹴而就,其实质内涵或许就是神经元群的该项功能逐步由弱到强的不断发展。

二、意识架构形成于神经元信息的模块化处理

大脑神经元都有哪些功能呢?从外部信息采集到最终意识形成的整个流程中,信息采集、信息发送、信息感知和信息驱动(运动神经)等四类神经元或许是必须的。运动神经在神经解剖学上可找到对应关系,其他三类神经目前没有明确的定义,但从脑活动的许多现象中可以证实这种分类的合理性。

1、信息采集神经元模块

分布在肌体表层的各对应神经通常具有信息采集功能。视、闻、嗅、味、触等神经元以集群的方式形成其信息采集功能模块。

2、信息发送神经元模块

蝙蝠发送超声信号通过神经元的模块化集群功能发送。颅内许多神经核或许也属信息发送神经元模块。

3、信息感知神经元模块

将丘脑和脑干等处的网状结构神经元理解为意识感知神元群,或许是最合理的理论模型。网状神经元群被称为非脑神经,由于非脑神经不与颅外神经相连,其接收神经核发送的信息形成的感知很象现代信息技术中的显示屏功能。一个神经元为一个像素点,不同的神经元感知后形成的综合反映就是外部世界在脑内的映射。如果不考虑记忆信息参与意识活动,或许这就是自然进化初始的意识架构,在某些没有发展出端脑的低等动物,或者人类中某些端脑神经元群老化后失去记忆功能的个体中,他们的意识就是这样的状况。

试想一下,蝙蝠飞行中对外部世界的意识感知状况:信息发送神经元群模块完成一次超声波信号发送之后,前方返回的反射波被大脑中的信息感知神经元群接收,由类似于网状态结构的神经元群感知,并形成前方的障碍物图景,这与人类的视感知就有了相似之处。人类具有的色彩感知在许多动物身上不具备,这不是意识原理之别,而是功能的强弱之差。按此逻辑推理,某些色盲人群的色盲原因,要么在信息采集环节少了一部分对应尺度的神经元,要么在感知神经元群少了部分对应尺度神经元。

当信息发送神经元和信息接收神经元模块具备之后,形成意识架构就非常简单了,发送的信号与接收的信号相互对应,感知形成的视图不就是一种映射关系吗?因此,在信号采集与信息接收之间只需一个信息转换机制,即,外部采集的视、闻、嗅、味、触信号转换成内部的电信号。信号转换的神经元模块就是各种神经核。神经核按各自的振荡周期发送电信息。从电影视图的感知差异中,可以推理,视信息对应的外侧漆体神经核的振荡周期预计在24HZ。

4、信息转换节点--神经核模块:在神经解剖学中,中脑以下的大量神经核(或神经元群)被解释为特异功能。这些神经核是大量神经元胞体的集合,胞体伸出的轴突是神经核与颅外肌体的连接线,每个神经元至少有一个轴突与颅外肌体的某一部分相连接。解剖学上的十二对脑神经,其中的许多神经均与对应的神经核相关。将外部采集的信息通过神经核向颅内发送,或者将神经元接收的信息,转化为轴突的活动(运动神经)驱使肢体活动。这样的机制符合神经元集群功能的进化规律。

三、记忆信息让意识的映射感知上升为个体的“好恶”感知

将端脑的全部神经元理解为一个“硬盘”,或许是对现代脑科学的彻底颠覆。不错!我校的一位论文评审专家就是以这样的评审结论枪毙了我的一篇论文。我在自己的博客中,还是要坚持这样的观点,科学发展需要大胆设想。否则,现代科学不可能发展到今天。

端脑仅具有记忆储存的“硬盘”功能。理由很多,随便概括可列出四点。第一,医疗实践中因肿瘤等原因切去大脑皮层的部分或脑半球中大部分后,病人的核心意识不受影响,只是缺失了某些记忆。其中端脑部分切除导致局部肌体瘫痪,原因也是负责肌体活动的储存记忆被损坏。第二,老年痴呆(AD)病人日常生活意识正常,但在极端严重的病人中,记忆功能彻底丧失,只有当下的意识反应,没有任何记忆信息参与意识活动。此类病人病理解剖证明端脑神经元严重老化或粉化。第三,动物实验表明,脑干或丘脑的网状结构损坏,实验动物将失去意识或死去,医学教科书称网状结构与睡眠及清醒有关。处在意识形成的核心模块,当然控制着肌体的清醒状态。第四,先天脑瘫病人通过脑干细胞移植并增生后,原先无法站立的下肢逐步学会行走,并恢复正常活动,因为移植增生,下肢神经运动形成的信息有了储存的对应区域,瘫痪自然解除。国内临床实践中已有此类手术成功的病例。

端脑神经元不仅储存外部映射信息,肌体各部分自身活动时形成“紧张”或“放松”的信息也一起被储存。两部分信息分别储存到各自对应的端脑区域,并通过突触关联形成整体记忆事件。突触是神经元之间的接触点,也是可塑的。

记忆诱发是后一次进入颅内的外部信息与记忆储存的神经元信息结构类同,发生谐振(或称共振)引起的。谐振让端脑某一神经元开始活动,并带动突触关联的所有相关记忆神经元活动,并通过神经元振荡的形式发放信息。记忆发放的信息中包括了肌体自身的“紧张”或“放松”的信息。因此,记忆参与意识活动后,形成的意识不再是原来的映射感知,“紧张”或“放松”的运动神经也跟着活动,是两部分神经活动形成的综合状态。此时的意识就有了个体当初记忆储存时类同的状态。“吃过葡萄才知道葡萄的酸”就是口腔运动神经活动形成的综合感知。味觉神经在没接触葡萄之前,记忆储存缺少运动神经信息。“形象物”的意识感知仅发生在网状神经元群,是“中性”的识别意识。运动神经参与之后,意识就有了“好”或“恶”的区别。人类的七情六欲就是个体当初的意识感知在当下环境的综合体验。

上述分析或许不尽完美,但至少为意识研究者提供了一种全新的思考方式。后续博文将进一步介绍意识活动流程图及记忆储存机制。(根据笔者论文“意识的物理学原理与记忆的生物学机制”改编)




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