第六章 大腦「達爾文機」的運作機制

我們的知性借先驗圖式的原理理解現象世界……這是一種深蘊於人類心靈中的技能,我們很難揣測自然界在此採用的秘訣。

伊曼紐爾·康德(lmmanuel Kant),《純粹理性批判》

「為什麼」,渡渡鳥說,「要解釋它最好是演示一下」。

劉易斯·卡羅爾(Lewis Carroli),《愛麗絲漫遊奇境》

這一章是否確實是必需的?如果你能讀完前一章又並不意識到有何缺失,那麼,在這個意義上,這一章是多餘的。

所有這一切取決於你對組構圖的滿意程度。有些人並不想了解得更多,我們說: 「忽略掉細節,有一幅實施概圖就可以了」。但是這一章並不是談上一章所略去的細節,它是從一個不同的角度來寫的,以「自下而上」的方式來闡述,而並非從推演出的原理出發。

遺憾的是,原理很像組構圖——一種方便的圖式化虛構。真實的組村是由一連串的信息和決策過程所組成的,單用箱子和符號並不能囊括其內涵。組構圖未能考慮到「人」 這樣一個因素,以及他們怎樣彼此交談,也未能考慮到「慣常記憶」(istitutional memory)。對於諸如專門家怎樣也能成為多面手;在一個層次上作出的決定怎樣和在另一層次上作出的決定相互影響等問題,組構圖也未加以考慮。對腦所做的任何圖示式的解釋都會有組構圖的這些短處。

對智力所作的這種闡述至今未能對神經無多加考慮,也沒有充分考慮這些腦細胞如何彼此交換信息;它們怎樣記憶往昔的事件;它們如何協同工作,在局部和區域性的尺度上作出決定。雖然對其中的一些過程尚無所知,但現在已有可能對不同的大腦密碼間的競爭勾畫出一幅言之成理的概圖。

在討論科學問題時,一種行之有效的普遍規則是;舉出一科特例,即使這只是一種可能的並非公認的機理。

這正是本章所討論的問題。我將舉出一個例子,說明我們的大腦皮層能夠怎樣作為一種達爾文機來實施功能;在這一過程中,又如何不斷地轉移我們的意識焦點(甚至那些不時地突然顯現在腦際的下意識的想法)。這個例子顯示,我們如何能在離線的的情況下去模擬現實世界中將要發生的動作,而我們認為這種能力是使智力作出正確預測的關鍵。

許多普通人,以及那些對「計算機有心智」這一點持有異議的人的心裡總嘀咕著的是,無法想像一種機制能產生心智。應用這一章所描述的構建單元,我能想像如何能構建一台思維機。你的標準可以不同,但這是你的選擇。只要一個章節那麼長的文字,你就可以看到一種「自下而上」的機械性實例,它能顯示對於新奇和常規的事物我們的精神活動是如何在有意識和下意識的情況下運作的。

除非大腦已經死亡,腦的灰質實際上並不是灰色的。在活的大腦中,腦灰質有豐富的血液供應。試想一下在雷雨後河流呈現的略帶紅的灰褐色,你便能對活動中的「灰質」 的色彩有正確的印象。

但是,腦的白質實際上呈瓷白色,這是它所具有的脂肪呈現的顏色,這種脂肪包裹著神經細胞纖長的突起部分使之絕緣。這突起部分被稱為「較突」,和電線相似,把神經元的輸出傳送至近例或遠處的目標。「髓磷脂」是脂肪絕緣物的專門名稱、白質實際上是走向務處的神經纖維的集合,很像在電訊中心大樓的地下室所能見到的那樣。腦的主體正是這些絕緣纖維,它們把實現重要功能的腦的各部分相互連接起來,而後者要小得多。

在軸突的一端是球形、膨大的神經元的細胞體,包含細胞核。細胞日常運轉和維持所用的DNA模板即在其中。有許多樹狀分支從細胞體伸展出來,稱為樹突。神經元的這一部分沒有白色的髓磷脂,因此它們大量集合起來便呈灰色。神經元軸突的另一端通常與一個下游神經元的樹突相接觸。(若用電子顯微鏡仔細看,你將看到在兩個神經元間的窄小的縫隙,稱為突觸。)上游神經元釋放微量的神經遞質至突觸這片「無人之境」,然後擴散至下游神經元的膜,打開某些膜上的通道。(雖然也存在某些逆行性神經遞質,但一個突觸通常是單向交通,因此稱為「上游」和「下游」神經元。)

從總體上來看,單個神經元看起來很像灌木或草本植物(如姜)的根須。它是典型的計算單元,能把幾千個輸入的影響綜合起來,這些輸入大部分是興奮性的,有一些是抑制性的——很像銀行帳號中的存款和取款,然後用一個聲音對其成千上萬的聽者(下游神經元)說話。從這個「活期帳號」中送出的信息主要是關於其「帳號餘額」的情況,以及餘額遞增得有多快。除非餘款超過某一閾值,否則不會有信息送出。大的存款產生大的信息,就像付利息帶著紅利。但是,正如只有你敲擊鋼琴鍵足夠重,鍵才會發出聲音一樣,除非輸入信號合適,皮層神經元通常是安靜的,它們的輸出則與它們為「帳號餘額」所刺激的程度成正比。(過於簡化的二進位模型通常把一個神經元當作撥弦古鋼琴的鍵,有一個閾值,但敲擊得更重時音量並無分級型變化。)

雖然短軸突的神經元的信息可能是較簡單的,但軸突長於約0.5毫米的神經元總是採用一種信號放大裝置;衝動,即一種標準大小的短暫的電壓的變化(像撥弦古鋼琴鍵的響度)。把衝動放大,並送入揚聲器,聽起來就是「咋」的一聲,我們稱之為神經元「放電」。為了避免標準大小變化的局限性,衝動常以與「帳號餘額」成正比的速率重複。有時,特別是在大腦皮層,在成千上萬的輸入中只要有幾個便能協同起來觸發一個衝動。

真正有意思的是大腦皮層的灰質,因為大多數新奇的聯想是在那裡產生的,正是在那裡,一把梳子的樣子與你對手中一把梳子的感覺相匹配起來。大腦對於視覺和觸覺的密碼是不同的,但是在皮層中它們以某種方式關聯起來,也和聽到梳子這個讀音或聽到撥弄梳齒時所產生的聲音的大腦密碼相關聯起來。不管是以上述形式中的哪一種出現,你總是能確定這是一把流子。因此,已假設在皮層中可能有一些特化的部位,我們稱之為聯想性記憶匯聚區,來自不同感覺模態的信號在那裡匯聚起來。在產生信號這一方,在發「梳子」這個詞的音和用梳子梳理頭髮時,你也已經把這兩者的大腦密碼關聯起來了。這樣,在詞「梳子」所引起的感覺和各種運動表現之間也就聯繫起來了,我們可以指望發現十幾種與梳子關聯的不同的皮層密碼。

實現所有這些關聯功能的皮層區域,是白質這塊蛋糕上的薄薄的一層糖霜。大腦皮層只有2毫米厚,但它具有深深的皺褶。新皮層有極均勻的神經元密度(除了初級視皮層的一層外)。不管是語言皮層還是運動皮層,如果你在皮層表面做一個網格,每平方毫米的新皮層約有148000個神經元。但是,若從側面看,在2毫米深度的各層,可見某些區域上的差異。

具有分層結構的並非白質這塊蛋糕本身,而是蛋糕上的糖霜,這很像多層餡餅的那個由新月形片層組成的外殼。新皮層最深的幾層像是個「發信箱」,其纖維自皮層引出,走向遠處的皮層下結構,如丘腦或脊髓。中層是一個「收信箱」,纖維由丘腦等處到達這裡。淺表的幾層很像部門間的聯絡信箱(「內部信箱」),與鄰近區和遠處的淺表各層形成連接。它們的軸突穿過濟肌體至腦的另一側,但大多數「內部信箱」的郵件是在幾毫米的局部範圍內分送的。這樣的軸突分支向側方伸展,而不是像較長的「U形纖維」 分支還回通過白質。

某些區域有大的「收信箱」和小的「發信箱」,就像在編輯部處理讀者來信的書桌上所見的信箱一樣。除了這種堆積的水平組構之外,還有一組很巧妙的縱向聯繫,就像是報紙上的縱欄。

如果嘗試對大腦皮層中各種神經元作仔細的分析,我們會發現,具有相似功能的神經元傾向於在皮層中作垂直的排列,形成柱形結構,這被稱為皮層柱,貫穿皮層的大多數層次。它幾乎像一個俱樂部,在一次聚會上把人群中有相同趣味的人自發組織起來。我們自然地給這些皮層俱樂部按上名字。其中有一些反映其大小,另一些反映其可能從事的專業(就我們所知)。

這些微型柱直徑約30微米(如一根纖細的髮絲,更接近於蜘蛛網絲)。最著名的例子是視皮層的朝嚮往,其中的所有神經元似乎都偏愛具有以特定角度傾斜的線條或邊緣的視物。在一個微型柱中的神經元對傾斜35度的邊界有最佳反應,而在另一微型柱中的神經元將偏愛水平或垂直的邊界,不一而足。

要是在顯微鏡下看一下即使神經解剖技術在這一個世紀中已取得重大進展,但還是很費工夫),你會看到一群皮層神經元捆在一起,像一束芹菜。它們具有細長的「頂樹突」,從細胞體伸向皮層的表面。其腦體常呈三角形,因此稱為「錐體神經元」。這些錐體神經元的頂樹突似乎是成束聚集的,相鄰的束間隔30微米。環繞一束頂樹突組織起來的微型技內有100

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