让人难辩是非的脑科学  

         ---人找回家路是无源光雷达工作模式

·             都世民

                                 引言

笔者退休十几年后，误入“歧途”。放下一辈子从事的电子学专业，步入寻找“自我”的路途。进入医学和生物学领域，学习相关知识，也许是一名老科技人员的职业习惯，想跳出“圈”外，寻找真知。如今已两年多，感触颇多，最难的是想放下自己专业思维却很难放下，想用生物学和医学思维来理解小宇宙，又很难做到。

《金刚经》指出：“以是义故。如来常说。汝等比丘。知我说法。如筏喻者。法尚应舍。何况非法。”这里的筏是指木筏，做过河用。既然过了河就要上岸，谁会背着木筏往前走。【1】我们读书之人，从事一辈子专业，是想借知识之筏到达彼岸。想放下这筏前行，却很难。

我一直在想，别人搞了一辈子生物学，你学两三年怎么搞得清，这是常识。可是生物学家为什么用电子学概念来说宏观事物，他们对电子学也是“外行”。这个世界把真知“粉碎”成许多块块，这些块就是当今的学科。人们都说隔行如隔山。却又说旁观者清。从文字上看这两句是互相矛盾的。在科研中，这多学科交叉就成问题了，跨学科是隔了一层“山”，是否跨学科的人看别的学科就比那个学科的人认识清楚呢？基于此下面来说一说这一难辩是非的议题。

                       人眼与“电眼”谁像谁？

早在上个世纪七十年代，我曾写过一篇科普文章“遥望太空的电眼”，发表在香港《大公报》上。当时是将自己从事的专业天线比喻为“电眼”。如今我发表的博客“人眼是超宽带超级阵列天线”。事后我惊奇地发现，我从不同的学科视角将人眼与“电眼”关联在一起，一会儿说电子设备雷达天线是“电眼”、千里眼，这眼睛是比喻生物的眼睛，是有血有肉的生命体的眼睛。如今我又把有血有肉的生命体的眼睛说成是非生命体的眼睛。是我“出尔反尔”，还是不同学科知识加上原有专业知识的必然反映。

原先是科普文章，用比喻的手法普及复杂的电子系统的工作原理，是科普工作者常用的写作方法。如今可不同，人眼的功能解读早有“定论”。打开百度网页，全是大同小异的光学原理、相机模式的解读，这可是很久以来（笔者没有考证第一位解读者是医学专家还是生物学家或光学专家）已成传统观念的解读。我不是科普的比喻，是用天线专业知识解读人眼内部结构和工作机理。

有一位网友钟振余老师提出不同看法：

钟振余  2016-5-11 09:04

将眼的功能类比成天线不是很妥贴。天线通常两层含义，接收和发射，文中显然指接收天线。接收天线的功能包含着将信息接收后交由后续系统解码。大脑并无预置的解码系统，眼睛也不是简单地接收信息。
   事实上，眼睛的功能和作用在医学上是明确的，无需比喻。眼球就是一凸透镜，视网膜上的倒置影像是光的点阵。每个光点包含两个指标：光的波长（颜色）和光的强度（亮度）。视网膜神经元通过生化功能将不同点阵的光信号整合成一组电信号，这种信号整合必须按照一定节奏（在单位时间内）进行，电影每秒24幅画面就是最好的实验。我在《最强大脑》评论中已作详细介绍。【1】

笔者先回答这一问题：

1）antennas：天线 ，作为无线电波的发射或接收用的一种普通的金属装置（如杆，线或线的阵列）。来源：英汉技术词典。

2）用金属导线、金属面或其它介质材料构成一定形状、架设在一定空间，将从发射机馈给的射频电能转换为向空间辐射的电磁波能，或把在空间的电磁波能转换为射频电能并输送到接收机的装置，称为天线。前者称为发射天线，后者称接收天线。所以天线是一个射频电能与电磁波能的能量变换装置。来源：电子技术词典。

3）“电工、电子和信息技术国家标准术语词典”中   天线,antenna：

与发射机输出馈线相连的、把射频信号（如无线电声音或电视广播信号）辐射到空间去的电磁波辐射器。同样，天线也可用来收集电磁波信号，将相应的无线电声音或电视广播信号馈送到接收机去。

4）《现代电子科学技术词典》中  天线 antenna ：

辐射或接收电波的装置的一个组成部分，它是电磁能的变换装置。通常它由导线、金属杆、金属面或介质材料、铁磁材料等加工成一定形状，并架设在一定空间或埋入地里，它已成为无线电设备必不可少的重要组成部分。

5）“辞海”中  天线：

辐射或接收电波的装置。种类随所适用的波段而不同。中波、长波天线，一般是架设于高的木杆或其他支持体的垂直导线，并利用大地作为高频回路，如Ｔ形、倒Ｌ形；或用铁塔作为辐射体的铁塔天线。短波、超短波天线，一般由导线组成对称振子，如半波天线、笼形天线、蝙蝠翼式电视天线等。微波天线一般用金属板或条组成，如喇叭天线、抛物面天线、隙缝天线、透镜式天线等。

笔者认为：上述天线的定义已经不能包含所有天线的真实内含。但基本点未变，即辐射或接收电波的装置。种类随所适用的波段而不同。天线既可以单独作发射设备，也可以单独作接收设备。家用电视机、收音机只作接收。无源雷达天线也只作接收用。手机、有源雷达、通讯设备等既作发射又可以接收电磁波。

人的视觉感官通常只接收可见光波段的电磁波。因为人体内没有找到光的辐射源。人眼是利用周围环境已有的光波，作为辐射源来观测周围物体的。人眼不是照相机！人眼的结构和工作机理可以用“天线”解读。人眼如同“电眼”！这不是科普解读。是工作原理解读。

                  人类是怎样定位和导航的？

人类是怎样定位和导航的？用现代科技脑科学、生物学和医学，如何解释人类怎样找到回家的路？这是人类在寻找自我的途中，在探索小宇宙中必然遇到的问题。这个问题是近年来讨论较多的话题之一。对这一问题有无答案呢？有答案，而且有两个，可能更多。

1）人眼不是照相机！

为什么这样说？作为照相机是一种照相装置，早先是模拟信号，用胶片感光显像，如今是数字信号，信息是数字存储，无需胶卷。

将人眼当成相机的叙述概括如下：

不存在卡片机比单反机，单反机比卡片机哪个更接近人眼的关系。只有说，不同焦段的镜头拍出来的感觉哪种更接近人眼看到的，不换镜头的相机也是只要看它的镜头焦段这个数据就可以了。符合这个焦段的拍出来就可以更接近人眼看到的。简单的说，长焦的放大局部，人眼也不可能产生虚化效果，而广角容易变形。不管是手机，相机，外壳是什么，真正能决定是否最接近人眼的就是镜头的焦段。

 视觉的形成过程大致是：外界物体反射来的光线，依次经过角膜、瞳孔、晶状体和玻璃体，并经过晶状体等的折射，最终落在视网膜上，形成一个物像。视网膜上有对光线敏感的细胞。这些细胞将图像信息通过视神经传给大脑的一定区域，人就产生了视觉。

应当指出：①物像是在视网膜上形成的，而视觉是在大脑皮层的视觉中枢产生的。
②在视网膜上形成的物像是倒立的、缩小的实像。 
③眼睛通过睫状体(内含平滑肌)调节晶状体的曲度来看清远近不同的物体。看远处物体时，睫状体舒张，晶状体凸度变小：看近处物体时，睫状体收缩，晶状体凸度变大。

瞳孔的大小是可以改变的，其大小的调节是由虹膜内平滑肌收缩和舒张完成的；而睫状体调节晶状体的曲度，使我们能够看清远近不同的物体。【2】

人眼、视觉、思维是一体的。上述介绍人眼是相机工作模式。这种说法没有考虑视网膜深处的结构和工作机理。

众所周知，人能对周围物体进行搜索、跟踪、定位和导航，照相机是不可能实现的。医学和生物学对人的视觉感官搜索、跟踪、定位和导航的解读，存在的问题是时空链接断裂，将微观与宏观分开说事。生物学是研究微观和纳观层面，为了解释宏观事物属性，往往用电子学或电磁学知识来说事，由于时空不在一个层面就会出现问题，不能自园其说。

2）来自虚拟世界的“GPS”导航

2015年第一期，《大自然探索》首刊上，发表“大脑中的GPS-指引我们找到回家的路”一文。这篇文章是笔者最早见到的，解读2014诺贝尔生理学或医学奖。【3】

《环球科学》，2014年12期，发文：“第五对诺奖夫妇”，作者艾莉森.阿博特（A1ison Abbott），译者汪梅子。【4】

2016-01-30，光明网.《光明日报》发文：“我们如何辨识方向？解密大脑中的GPS”。【5】

《环球科学》2016年2月号，总第122期，发文：“大脑GPS:还有很多待解谜团”------专访2014年诺贝尔生理学或医学奖得主爱德华”，该文主要阐述2014年诺奖得主莫泽夫妇，为我们解密大脑中的GPS。这四篇文章将莫泽夫妇获奖背景及所作的贡献详情，用中文作了较为详细的介绍。【6】

莫泽夫妇认为大脑中有GPS导航系统。其理由是：“对于神经系统更为复杂的动物，像是沙漠里的蚂蚁和蜜蜂，则拥有更多导航手段。其中一种与GPS相似的常用方法叫作路径整合，神经细胞通过实时监测动物相对于初始位置的运动方向和速度，并加以计算，获得当前所在的位置。通过这种方法，动物可以完全不依赖路标等外界因素，仅靠自身的神经系统就可以导航。对于脊椎动物，特别是哺乳动物，用于辨识方向的方法，在此基础上又进化地更为先进。”笔者从电子学角度审势这一看法，觉得类似GPS的看法缺少以下证明：

A). GPS系统运转必须有能源，卫星上用太阳能供电。地面设备用交流或直流电。大脑的能源是什么？一种可能是血液循环系统供给能量；二是脑内有未知的电池；三是有体外能源非接触式供电。这几种假设能否成立，被生物学家忽略了！【7、8】

B). GPS系统的卫星与地面终端的联系是利用无线电波传输各种信息，速度是光速。笔者非常关注人体内有没有电磁波？如果有电磁波就有天线【8】。大脑里有“天线”吗？笔者原先未发现天线的存在。如今看到视网膜及其深处结构，发现视觉感官中有光天线存在！

C)国外有一篇报道：“光基因学新工具有望治疗感光受体退化性眼病患者”，发表在科技日报上。该文报道的是瑞士和德国科学家研究团队对小鼠视觉进行的实验研究【9】。文中指出黑视素的“光天线”概念，笔者提出疑问，“黑视素的“光天线”说法靠谱吗？发表在光明网和科学网论坛上。【10】这是生物学家借用电子学概念来沟通微观与宏观层面之间的链接。这种做法让电子学业内人士难以认同。因为电子学无法解释这类说法的组成及工作机理。莫泽夫妇自己也承认没有搞清楚、没有证明，只是一种比喻。笔者对这一说法多次提出疑问，其理由发表在光明网和科学网论坛上。

D）本来生物学家观察到的神经元放电及细胞内组成的属性是微观层面，为了研究目的，利用电脑软硬件及电极等相关知识，将微观层面转变为虚拟世界，“写出”网络结构，并想像大脑中有虚拟地图，有位置细胞、方向细胞、速度细胞，提出细胞导航论。黑视素“光天线”也是将微观观察结果跨时空，借用电子学概念推论宏观事物属性，这就暴露出这些说法存在的问题和不合理性。

3）细胞定位

北京大学生命科学学院膜生物学国家重点实验室谢灿研究员及其研究团队，通过对果蝇基因组实验，发现了一种蛋白质复合体，可以在磁场中定位方向，并在多个动物物种中找到了这种蛋白基因。研究人员将其命名为磁感应蛋白（MagR）。相关论文17日在线发表在英国自然出版集团的学术期刊《自然·材料》上。这种磁感应导航可看成动物的“第六感”。【11】这是细胞定位宏观层面的推断。这也是生物学典型做法，用观察到的微观层面的现象，推断宏观事物，这也是跨时空说事，用“第六感”表述。笔者认为根据不充分。

             人类视觉定位和导航是无源光雷达模式  

人类视觉定位和导航是无源光雷达工作模式的根据是：

1.人类周围有存在的可见光波，它辐照到周围物体上会有反射波、散射波等进入人眼。不是人体内辐射光波照射到周围物体上。所以称作是“无源”工作模式。

2.人眼及神经系统、血液系统共同组成的系统可看成光雷达工作模式。这种无源光雷达工作模式是可以搜索、跟踪、定位和导航。

3.这里的无源雷达是双站式。    

4.无源光雷达的天线是超宽带、超级阵列天线。

5.无源光雷达天线是双子阵形式。是智能天线，可以自适应周围环境变化，自动更换明亮和昏暗两种工作状态。

6.无源光雷达天线单元是平行配置。中心区（约2微米直经）设置视锥细胞单元

在中心区以外，设置视杆细胞单元。

7.无源光雷达天线的馈电网络为平面带线结构，是由柔软多层薄膜构成。

8.盲人导航不属于本文所述范畴。

综上所述，笔者以不同视角将人眼与电眼关联在一起，目的是解释人为什么能看见周围物体，无论是静止或是运动的；无论是黑白或是彩色；无论是立体还是点、线，如果点很小，借助显微工具同样观察。而且可以搜索、定位、识别，最终可以导航。相机无此功能。GPS系统也不是，它要发射电磁波，使用波段也不对，也没有天上和地面之分。

                                 参考资料

【1】南怀谨，“金刚经说什么”，复旦大学出版社。

【2】人眼是超宽带超级阵列天线，科学网，本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-976046.html  此文来自科学网都世民博客。

【3】视觉器官，百度词条。

【4】杨先碧，“大脑中的GPS-指引我们找到回家的路”，大自然探索，四川科学技术出版社主办，2015年第一期，52-57。

【5】艾莉森.阿博特（A1ison Abbott），“第五对诺奖夫妇”，《环球科学》，2014年12期，译者汪梅子。

【6】“我们如何辨识方向？解密大脑中的GPS”，光明网.《光明日报》，2016-01-30。

【7】“大脑GPS:还有很多待解谜团”------专访2014年诺贝尔生理学或医学奖得主爱德华”《环球科学》2016年2月号，总第122期。

【8】张萌，李国辉，编译，生物细胞的能量学和力学，《物理》，Vol.44，no.2，2016.

【9】徐徐，人体有望变电池， 来源：中国科学报 发布时间：2015/7/22 9:20:33。

【10】光基因学新工具有望治疗感光受体退化性眼病患者，来源：科技日报，2015-05-12 10:00

【11】 黑视素的“光天线”说法靠谱吗？---请教科技日报总编

本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-1339385-891267.html  此文来自科学网都世民博客。

【12】北大发现磁感应蛋白 或揭开“第六感”之谜，2015-11-18 08:16:50 ，来源：腾讯科技。参考消息网，2015-11-18 。