||
大脑如同宇宙,据说有上千亿个神经细胞(神经元),互相连接构造了一个由百万亿计“连结”组成的一个复杂(神经)网络,故而感知、运动、思维等各行其是。热,炎热,酷热,高熵巨热(无序则烦躁,有序则清凉),不但烧烤大地(万物),而且烧烤大脑。达尔文指出生物演化是由简单到复杂、由低级到高级的不断进化(熵减)过程。然而,克劳修斯则提出的热力学第二定律,认为孤立系统中的热量自发地由高温物体流向低温物体。并且熵总是自发地增加着,直至达到最大熵值的热平衡态。根据热力学第二定律,宇宙中的能量将消耗殆尽,断灭净空,最终到处是永恒的死寂。所以,退化(熵增)是进化(熵减)的一个场景,进化(熵减)不过是退化(熵增)的一个脚本而已。
吾人研究“普适计算”大约已有二十多年的历史了,“普适计算”之核心价值就在于释放“注意力”。吾人在行为上所谓“注意力”(attention),就是因为全部的神经元,像是只有一个神经元的活动,因此表现的信息量变少了,由于所有(神经元)活动都同步了,故此活动的强度则变强了。吾人之行为是因为神经网络接受了刺激,在处理之后产生了反应。吾人之所以表现出智慧的样子,完全是从刺激到反应之间“信号”被如何处理以及转换的结果,或者说是神经元之间的“连结”强弱所决定。不同的刺激将产生不同的反应,进而使吾人表现出不同的智慧行为,这就如同天体的结构(运动或变化)决定了吾人之节气一样。后天立秋(节气),吾在奉天等雨。奉天有水(先验),清凉世界,亦清凉吾心,亢龙有悔,潜龙勿用(后验)。
达尔文之生物进化论,克劳修斯之热力学退化论,是两条截然不同的自然演化路径(选择)依附。奉天(经度123.38E 纬度:41.8N)终于结束了有(记载)史以来最热的日子。自1951年奉天有了完整气象资料以来,已经连续8天出现35℃以上的高温天气,刷新了1952年7月16日至20日连续5天的历史纪录。据说1952年7月18日38.3℃是历史极端最高气温纪录,然而官方消息说这次最高气温居然达到38.4℃,局部地区40℃已经接近该地区纬度值(41.8N)。在2008年4月的《Neuron》期刊有一篇paper,是在讨论有关STDP(Spike Timing Dependent Plasticity)对神经网路同步性的影响。所谓同步 (synchronized),就是指神经网路里面每个神经元,都同时激动 (fire)、同时安静、同时激动、同时安静。所有的神经元就好像是“天人合一”一样,大家一起激动(嗨),大家一起安静(眠)。所谓“中美贸易战”,人道乎;然而“极圈高温”,天道也。
“天人合一”的相似,以及“天人合一”的同步,如果离家太远会让汝感到沮丧,那就庆幸自己还没有被融化吧。终于又一个新词出现了“极锋喷流”,在距离地面7-12公里高空快速移动的空气流,将大西洋温暖湿润的气流从西向东吹至俄罗斯,当“喷流”较弱时,会被俄罗斯的反旋转气流阻挡,但喷流较强时,就是当下汝吾所看到的灾难。“夏天”蔓延全球的炎热天气,已经开始侵蚀北极,北极圈内出现了罕见的30℃高温。不用再回忆《最后的恐龙》了,北极熊将是汝吾眼睁睁看着灭绝的(最后)大型哺乳类动物。其实,南极冰山融化的速度更加恐怖,就在一个月以前,美国国家航空和宇宙航行局的科学家报告说,在漂泊了近18年后,从南极洲的罗斯冰架上断裂出来的最大冰山即将永远消失。现在漂浮在南乔治亚岛的西北,靠近南美洲的尾部,这个名为B-15的冰山已经从冰架上走了超过6600英里(10000公里),并且正在危险地靠近赤道。在北极熊灭绝之前,南极企鹅也许早就灭绝了,要知道南极冰之含水量是北极的10倍。
神经网络同步的时候,如果神经元之间又有STDP规则来调整“连结”的强弱,那么一个网络如果非常同步,STDP会产生一个扰乱的力量,让神经网路往非同步变化(物极必反原则)。相反地,如果神经网络原来没有同步(失步),那么STDP规则则会让神经网络趋向于同步。据《左传》昭公十七、十八年记载,郑国星占家裨灶预言郑将发生大火,人们劝子产按照裨灶的话,用玉器禳祭,以避免火灾。子产回答说:“天道远,人道迩,非所及也。何以知之?”不久前,爱丁堡大学临床脑科学中心主任,Seth Grant 教授,在一篇题为“Architecture of the Mouse Brain Synaptome”的《Neuron》文章中云:“在数量上,人脑中的突触比银河系的恒星都多,是已知的最复杂的生命体,在细节层次勾勒它们之间的联系是揭开它神秘面纱的重要一步。”
西班牙解剖学家Cajal,在19世纪末,通过组化染色确认神经元是构成神经系统的基本单元,并意外发现了位于神经元外部的微小游离末端,提出信息传递效率与方式的位于突触这一概念。随后,加拿大科学家Donald Hebb发现相连接神经在同步放电后突触连接增强,这一现象进一步佐证了Cajal的观点。1973年,挪威科学家Tim Bliss首次发现100Hz高频刺激能引起神经元间突触传递效率的增强,即长时程突触增强(Long-Term Potentiation,LTP)。之后,LTP现象一直被认为是学习记忆形成的分子基础,突触传递效能会伴随神经活动变化而变化这一现象也被称为突触可塑性。天道乃造人者,神也;人道乃造势者,类神;势无形,器乃非道也。
海布(Donald Olding Hebb,加拿大的心理学家)假说认为,如果两个细胞间多次发生同步的电(化学)活动,那么它们突触间的“连结”就会加强或者说稳固,如果出现不同步的电(化学)活动,这些突触就会削弱甚至消失。科学家们创建了内含超10亿脑细胞连接的精细地图,目标是揭示记忆的形成和回想,在此之前,这些复杂的一系列图像帮助吾人梳理大脑联系的组织结构,形成完整的大脑基本理解。吾有生,司帅宗与刘晓,正在用链路预测之方法,研究或探索大脑结构之网络奥秘。从地理位置上讲,土耳其是欧亚大陆之“网关”,然而在意识形态领域里俄罗斯才是东西方文明之“突触”。神经元之间的信息传递主要发生在突触部位,在突触末梢以化学递质形式传递至下一级结构,“电信号”变换成“化学信号”再反变换成“电信号”。突触的活跃取决于进食与运动等不同行为,突触类型的多样性可能是回忆信息的关键,根据不同类型的活跃模式帮助大脑快速定位记忆。
海布推理(对感知记忆形成原理的一个假说)认为,感知信息传递到大脑中之后,强化了一群神经元之间的“连结”,而这些被强化的“连结”就是记忆。通过“眼耳鼻舌身意”被感知信息(选择性)刺激并加强的细胞,叫海布细胞群,由于它们之间的“连结性”非常强,只要刺激到一小部分(信息),就会使整个细胞群重新开始活动。牵一发而动全身,从而提取出所有记忆。挪威科学家Tim Bliss使用了“长时程(突触)势”这个概念(Long-Term Potentiation,LTP突触长时增强;LTD突触长时抑制)。每一个神经元相当于一个小型水库,蓄势待发,即信息继续向下传递类似于向下游放水或泄洪,取决于单个神经元接受的所有突触(抑制性和兴奋性)在时间空间上效应(突触融合)是否达到阈值。故而,突触融合一定是一个“边传输边处理”过程。
神经元之间的“连结”,根据神经元本身的活动 (firing activities),自行调整“连结”的强弱。连结的强弱,又反回来影响往后神经元接收刺激之后产生的反应,表现在行为上,就产生一种学习的效果。如其说是记忆服从于“蝴蝶效应”,倒不如说是“蝴蝶效应”是记忆的结构性萃取。假设记忆就是突触群在感知记忆,也就是记忆激活的时候突出之间“连结”增强或者结构修剪。因为不是所有的突触都可以强化,都可以弱化的,选择性才使得记忆信息意义。然而,储存的修饰在神经系统里面会随时间消退,LTP、LTD不是长期的,激活一次之后(几十分钟)很快就消退了。“短期记忆”与“长期记忆”是可以通过网络完成转化的,有趣的是“短期记忆”是可以消退的记忆,规则(或规律)地重复(复制)那些有意义的(激励)信息,可以将网络(结点)突触之“连结”强化或弱化,从而达到转化“短期”为“长期”之目的。网络(体系)结构上的“变化”是神经系统之特殊机制,“记忆储存”是网络(部分)突触群的活动“再(重)现”,从“储存”里提取出“记忆”的过程。
在Hebb提出Hebbian Learning(法)之后,由 Henry Markram(1983年)从实验资料中提出一项理论,(STDP)根据神经元活动的“先后顺序”(可以变成时序),调整神经元之间“连结”的强弱方法。有文章说,神经元系统是“嵌套”、“集群”、“随机”、“复杂”网络模式,然而吾认为神经元网络更接近于“区块链”与“多突出融合”。可以认为STDP是Hebbian Learning(法)的一种延伸。Hebbian Learning认为,如果两个神经元常常一起活动,之间的“连结”会变强(用进废退原则)。STDP基于Hebbian Learning认为,两个神经元之间的活动,如果其他神经传递的信息在本身产生活动之前,会加强之间的“连结”强度;如果(其他神经元传递的信息)在本身产生活动之后,才接受到另外一个神经元来的信息,那么则会减弱和该神经元“连结”的强度(先下手为强原则)。
十年前,吾阅读过一篇《自然》子刊的文章,“德西特空间”是爱因斯坦方程的最优解,研究了互联网络宏观拓扑结构与恒星结构之类似(拟合)程度。五年前,吾生蔡巍博士投稿《自然》,《TheFractal of Our Brain: FutureSoftware》;研究了“软件网络”与大脑之类似(拟合)程度。互联网(宏观拓扑结构)更像大脑(神经元突触结构),大脑更像恒星(复杂网络结构)。众所周知,神经系统有两大类,一类是中枢神经系统,包括大脑、小脑、脑干、脊髓,另一类是外周神经系统,主管知觉还有各种内脏自主神经系统。用唯识论的语言讲,前者构成了“第六识”,而后者才是“前五识”,炎热与清凉,都是“眼耳鼻舌身意”之工作。
注明:2024年4月5日修正“突触”应替换为“树突”。
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-11-23 09:25
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社