揭开意识活动的神秘面纱

钟振余（宁波大学）

[自序] 意识如何形成？这是人类千百来梦寐以求的科学探索课题，弗洛伊德曾以《梦的解析》困扰人类上百年，美国科学家斯佩里（Roger Wolcott Sperry）左右脑分工理论影响尚未减退，挪威神经科学家莫泽夫妇（May-Britt Moser）网格神经元理论的“方向细胞”和“速度细胞”又让人应接不暇。大脑只是自然进化的产物，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；无论神经元功能多么强大，始终不能忘记神经元细胞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是不同的神经元承担不同的功能，同类的神经元用简单的集群方式将各自的功能发挥到极致，最终以神经元群模块之间的互为配合形成意识感知。自然进化总是以人们意想不到的简单方式呈现出来，这就是自然之美！

   意识是生命在亿万年进化过程中形成的一种神经感知能力，它与生命进化的等级层次密切相关。如果将生命进化程度按低级到高级及至人类的次序排列，则神经活动形成的意识感知能力也在相应地逐级上升。自然进化初期，生命仅具有神经反射能力；眼睛功能出现之后，视图感知能力随之形成。视图意识产生的意义在于进一步区分外部事物的差异，可称之为认识能力。认识能力是在视图能力基础上，依赖记忆信息发挥作用。生命进化出了认识能力后，许多低级动物具备了区分事物差异的能力，但只是短时间有效，超过记忆储存时效认识的事物又成了新的“认识物”。甚至对自身产生过危害的事件，因缺失记忆信息的驱动作用，个体还会重蹈覆辙。自然进化继续向前，生命进化出了认知能力，在大部分高等动物中，大脑神经元储存信息的质量不断提高、记忆的保存时间无限延长，生命个体对视、闻、嗅、触等不同信息同时获得感知时，端脑各区域神经元群在分别储存记忆信息的同时，还通过突触机制的关联作用，整合成为一个完整的记忆事件。生命开始从认知向智慧进化。以下根据流程图分别介绍。

一、反射性意识（示意图中信息流程为：0-1-2-00）

反射性意识在低等软体动物中很常见，医学上的先天无脑儿或处于植物状态的某些病人对局部刺激表现出的本能反应就是反射性意识。反射性意识是端脑进化之前的神经感知功能。在高等动物中，其信息传递通常发生在脑干以下部位（包含脊髓）。由肌体局部组织神经纤维采集的信息，经神经轴突传导影响胞体，神经元胞体（通常以神经核的形式形成集群）将轴突的感知转换成电信息发送，下行运动神经接收到信息后产生相应的活动反应，于是，反射意识现象形成。外科医生用小锤敲打局部肢体产生反射弧就是这一信息传递流程。医疗实践中的局部麻醉就是通过阻断信息通路，使感知活动失去功能。在反射性意识活动过程中，信息的发送和接收可按信号发送的频率及其载波信息找到对应关系，这相当于现代通讯技术中的频道寻址和信息载波。神经元通过集群形成神经核，神经核以振荡方式将电荷转变成电波向外发送，不同的神经核采用不同的振荡频率。同一神经核内的神经元个体以自身的信息特征加载于该电波频率之上。

或许，现代技术条件下的通讯原理早已在生命体内运用自如。人类对自然界的次声很敏感，原因就是肌体内大部分神经的工作频率处在次声频段范围内。中医针灸止痛及中国文化传承中的经络学说等现象均可以此原理获得解释。

二、视图感知意识（示意图中信息流程为：0-1-3）

生命进化出现眼睛之后，神经的视图感知能力也随之形成。与反射性意识感知不同，视图感知包含了视网膜、外侧膝状体和网状神经元群（丘脑及脑干等处）等三大神经元群的信息传递和神经活动。网状神经元群没有颅外关联神经，传统神经科学称之为非脑神经，与睡眠相关，起着唤醒作用。

网状结构神经元以集群的形式分布于大脑的中心位置，与视网膜之间的信息转换由视网膜后端的外侧膝状体（视神经核）按照大约24Hz的频率发送电波。若用现代技术中的显示器作类比，网状神经元群中的每个神经元分别对应于不同的一个波长信号而感知，正如显示器上的像素点通电发光一样，成千上万个大小不同的神经元群形成的感知组合与外部世界进入视网膜的信息集合不就形成了对应关系？视网膜1.05亿个神经元能够将眼前图像光点转换成大脑内部的电信息，则网状神经元群同样可以用类同的方式将信息还原为神经元的视图感知。简单称之“映射”是否更合适？

事实上，视图感知能力不完全与光的亮度相关，而只与神经元对信号采集、转换和感知有关。黑夜中飞行的蝙蝠通过接收超声反射波，网状神经元群形成的感知，同样是前方世界的一幅视图，或许只是一幅简单的具有灰度级差的黑白视图。因为蝙蝠的神经元数量和获得的信息量均不足以形成多彩的视图感知。

视图感知意识可从电影发展史上每少放映16祯画面与24祯画面的感知差异现象中获得佐证。因为16视画面与视神经核24Hz的振荡频率不同步，网状神经元群接收到信息后，每一祯画面获得感知的停留时间不等长，所以，老式电影画面的横向运动物体会产生不连贯感知，而轴向运动没有这种滞留感。心理学将此解释为“视觉暂留现象”显然是错误的，这是百年前一位英国学者的观点，既无实验数据佐证，更无理论依据可查。此外，脑电图中测得的睁眼、闭眼两种截然不同的脑电频率也应该是视神经核的振荡频率变化所致。现有医学认为信息通过网状神经元群，然后投射到端脑皮层各区域。这种解释既无依据，更混淆了信息传递的科学内涵。在现有自然科学范畴内，信息传递只有线路传导和无线传播，何为“投射”？

三、认识意识（示意图中信息流程为：0-1-3-4）

认识感知是视图感知能力的提升。视神经核发送的信息在网状神经元群形成视图感知的同时，电波在颅内的传播引起端脑相应区域的记忆神经元（储存了记忆信息的神经元）谐振，并诱发端脑记忆神经元发放电信号。于是，网状神经元群可再次感知记忆神经元发送的类同信息。如果网状神经元群收到的记忆信息与视图感知存在着差异，则这种差异感知就是生命个体的识别能力。如果视图感识过程中找不到记忆信息，那就是首次的感知意识，视图信息被作为新的记忆信息储存到端脑。人类在认识新事物时，神经元因记忆储存活动，能量消耗增大，大脑会表现出疲劳状态。反之，对熟悉的视图感知就没有此类现象产生。

认识感知的佐证依据随处可找。端脑神经元老化之后，记忆功能退化或完全失忆，人类的意识活动相当于停留在某些低等动物的认识水平或退回到视图感知状态。老年痴呆疾病（AD病）就处在这种状态：不认识亲人，一旦离开家门就回不了家；家畜中猪的认识感知也有如此特征，猪对人类的接近会有反应，但分辨不出饲养员还是其他外人；猪能认识棍棒，但人类用同一根棍棒多次击打过后，猪始终没有像狗等动物那样形成对棍棒的认知（没有逃避反应）。

四、认知意识（示意图中信息流程为：0-1-3-4-2-00）

认知是外部“认识物”信息进入颅内后，记忆神经元因谐振诱发，并因突触（神经元与神经元之间的连接点）关联作用，记忆信息以整体事件电波的形式从端脑相应的关联区域发放。此整体记忆事件电波引起网状神经和运动神经在同一时间分别获得感知。认知就是“吃过葡萄才知道葡萄的酸”。因为在当初吃葡萄的那一时刻，端脑不仅储存了葡萄的“认识物”，还将葡萄中具有的酸甜物质对口腔刺激引起的神经活动信息也储存到了端脑运动区，两类信息通过突触关联构成了一个完整的“葡萄记忆事件”。这样的信息架构及活动机制，即使生命个体在睡梦中出现葡萄，也可以让口腔分泌出唾液。中国传统文化中有“望梅止渴”的故事，如果生命进化退回到认识阶段，记忆信息的储存并无突触关联，望梅是止不了渴的。另一方面，虽然生命进化具备了认知能力，如果储存的记忆信息未能关联上相关信息，结果也是同样的--不知梅为何物。顺带说上一句，在目前以考分论英雄的教育模式中，读者能否得到一点启示？

如果你对葡萄的认知，从吃过葡萄的那一刻开始，以后逐渐成为葡萄种植专家、葡萄酿酒专家，则你对葡萄的认知就不是普通人可比。认知能力会将随着个体学习、生活经历的增加而不断地深化，与之相应，大脑中“葡萄神经元”的突触关联也不断增多，脑科学研究发现，一个神经元最多可连结5000至20000个突触。

事实上，人类的喜怒哀乐悲恐惊等表现均与最初意识活动时，记忆信息储存时的突触关联模式及之后的不断强化相关联。每一种恐惧都可以找到个体初始经历过的故事。自然界许多动物都具有认知意识，狼被人类猎杀之后，其他的狼对人类的诱捕方式有了认知，不再上当。但是，狼不会用类同的方式诱捕人类，因为狼缺少人类那种主动的智慧意识。

五、智慧意识（示意图中全部神经模块参与活动）

具有认知能力水平的大量记忆事件，经人类个体不断地主动诱发，使得某一记忆事件的信息模式被“套用”或被“引用”到另一事件中，从而形成全新的解决方案。人们常说的“触类旁通”就是信息模式被套用。这种重组储存信息的意识活动就是智慧意识，简称人类智慧。显然，自然进化将最后的智慧能力留给了那些具有独特经历、善于学习而又勤于思考的少数人类个体。

六、躯体存在意识（示意图中信息流程为4-2-00或0-1-4-2-00）

我，自我，就是大脑对自身肌体存在的感知。肌体任何一个器官或局部组织无不处在大脑的实时检控之中。这一肌体检控功能是生命获得安全的重要前提。检控正常时，大脑对外部的感知、攻击和伤害可作出及时的防范或相应；反之，生存安全处在危险之中。比如，局部麻醉手术中，医生可任意切除组织或器官，而患者却在与医生轻松地交谈。在日常生活中，个体偶尔会遇到肢体摆放位置不适等原因，突然发现手或腿动弹不了，产生酸麻感。极端情况下，大脑局部神经损伤或缺失，形成瘫痪症状。这些都是自我存的部分功能失灵所致。

生命个体在正常清醒生存状态下，端脑皮层神经元处在工作轮动或工作准备就绪状态，躯体任何一个部位的微小信号均按照信息流程0-1-4-2-00顺序传输一遍。由于“0-1”是神经轴突与胞体的对应关系，“1”发出的信息既包含神经核的振荡频率，又包含局部组织具体位置的信息内容，所以，“4”对应的记忆储存神经元会立即响应（神经信号频率相近而发生谐振），被诱发的记忆信息立即发送信号，“2”对应的下行运动神经中，其中与“4”对应关系的神经开始活动（也是谐振原理），带动“2”对应的神经轴突所在的“00”局部组织活动。最终的活动回到“0”的组织位置。完成整个流程“0-1-4-2-00”，大脑检控到了该局部组织正常完好。生命存在感正常。如果这一过程的任何一个环节产生故障，检控就会失灵，生命的存在感就会局部消失或全部消失。手术麻醉、肢体摆放不当等都属这种信息流程受阻所致。如果属于大脑皮层损伤或肿瘤等病症产生的故障，则原储存的记忆信息丢失，对应的局部组织失去了动作指令。大脑对瘫痪部分肌体不再有存在感，在自我存在意识中，大脑决不承认这些组织，因为记忆储存中没有这些信息。这种情况还可以解释异体器官移植产生的排异现象。医疗实践中曾经出现过移植成功的肢体，因大脑不预承认，最终被迫截肢。因为断肢者原储存的记忆信息与异体接活的肢体，在信息上无法联系。接活的是血管和肌肉，神经难以真正接通。即使接通，两种信号模式完全不一致，或许这些外来的不认识的信号引起大脑反感。这也解释了F.CRICK在《惊人假设》一书中描述的“接肢再截”的疑惑。

基于神经元功能化集群理念提出的意识活动原理，不仅符合自然进化的简单原则，其进化留下的痕迹在其他动物身上或人类个体身上均可找到证据。或许理论模型的一些细节尚存瑕疵，但模型的理论基础完全建立在自然科学的规则之上。(2015年12月27日于宁波)