细胞节奏与人的意识

请不要想河马。

既然这样做了，那么想想，在你的头脑中的什么位置形成了这个影像?它是如何形成的?类似想像河马这样的精神活动，是由一大群脑细胞发出信号而引起，还是由一些不可触知的原因引起?自我感知的本质是什么，意识的本质又是什么?
大脑如何分割与重组来自外界的信息?这个问题被称为信息合成问题，它曾一度被认为不可解决而常常被回避。今天，在加禾幅尼亚举行的一年一度的神经科学学会上，它成了热门话题。

经过几十年视觉研究，科学家们发现：大脑首先将影像的各个要素进行分割，然后对各个组成部分分别进行处理。但中心问题是，大脑如何将分开的部分重新组合成意识?

请考虑这样的例子：一个人看着一辆越来越近的公共汽车。车的影像首先进入眼睛，然后大脑中的专门处理影像的各种特征的神经细胞立刻对它进行处理。一些细胞被颜色激活，另一些则探查公共汽车的棱角、轮廓、景深、结构、阴暗对比等等。还有一些神经细胞专门负责运动的特征——上、下、前、后及运动的速度。

在大脑的其他感觉区域也有类似的分工。就听觉来讲，公共汽车发出的声音在大脑的听觉皮质被不同的细胞群分割，这些细胞群分别处理音高、音量、频率、方向以及声音的其他特征。公共汽车的气味由大脑嗅球的一系列细胞来处理。如果观察者用一只手触摸汽车，那么大脑将用类似的方法对触觉、关节运动及皮肤感觉等进行分析。

一个事物就这样被分析处理。公共汽车影像的各个独立的要素被传递到越来越高级的皮质区域，唤起有关记忆，最终它以某种方式在心目中形成一个完整的概念——一个运动的、有气味的、有明亮色彩的、其功能为我们所熟悉的物体。
但是这些概念在哪里合成呢?

人们曾经假想有一个小人儿或类似的东西能识别输入的信息。一些人曾寻找一种祖母细胞——当看到祖母的面孔时，这个单个的神经元将发出信号。另一些人在大脑中寻找相当于电影屏幕的东西，假设各种独立的感觉信息流被投放到这里，形成一个完整的影像。

但是谁来观看这个屏幕?许多神经科学家现在都一致认为：大脑中没有小人儿，没有祖母细胞，也没有剧院屏幕。由此又出现了“信息合成”的问题。这些独立的信息片断在哪里合成?如何合成呢?

在会议上提出的有些方案遭到质疑。这些方案引出了一系列的概念，比如，振动的同步、重新进入网络、干扰，联合趋同区域以及如下的观点：的确存在一些使感知得以组合的解剖区域。

有一种理论颇为引人注目，即振动理论，但还存在很多争议。

这种观点认为：在几分之一秒的时间内，各独立的细胞群以同样速度或频率发出信号，传出神经脉冲。这些细胞群负责处理颜色、形状、结构、运动、气味、公共汽车的声音，以及根据以往所见汽车形成的有关记忆。当它们以相同频率共同发出信号或振动时，对于汽车的感知就在网络中产生了。

根据这一理论，信息合成并非发生在某个地点，而是产生在某一时刻。意识只是一连串的振动网络，每50～100毫秒有一次形成和消失。

索尔克学院的神经科学家查尔斯·格雷博士是振动理论的早期倡导者。他认为：大脑利用频率手段，把一个感知的各部分合成起来，这有明显的好处。如果视觉物体在脑中成像占用空间位置，那么大脑对每一个可能的成像都要有特定的位置，无论是真实的还是想像的。比如牛、绛紫色牛、有蓝色斑点的绛紫色牛、有不规则蓝色斑点的绛紫色牛以及无限的种类。

格雷博士说，假如神经元以这种方式处理信息，那么我们一生中所见到的物体的数量，远远超过大脑中神经元的数量。而时间性的密码，可以使负责一些特征的细胞与负责其他特征的细胞相互作用。

1986年，格雷博士和德国麦克斯·伯兰克学院的渥尔夫·辛格博士，第一次在动物身上发现了信息合成于时间上的证据。他们将许多记录电极置人被麻醉的猫的大脑内，然后发现，针对某一特定刺激，广泛分布在大脑不同部位的神经元同步发出信号。这种信号的频率为每秒钟40次。

辛格博士、格雷博士及他们的合作者当时就提出，这种每秒钟40次的频率也许是典型的信息合成。在猴子身上重复该实验后，他们对这一理论又进一步修正。

格雷博士在本周的一次会谈中指出：“我们仍认为振动非常重要，但是事实证明也许同步更重要。”同步是指神经细胞同时发出信号，但信号发出的间隔长短可以是多样的。这样的细胞大概直接或间接地以突触相联系。

衣阿华大学的两位神经学家安东尼奥·达玛西奥博士和汉娜·达玛西奥博士是一对夫妇。他们正在探索一套与同步振动理论一致的意识理论。他们认为，信息合成发生在解剖区域的一个层次上，叫做联合趋同区域。信息流首先在较低水平的区域合成，然后依据复杂程度传向越来越高的区域。安东尼奥·达玛西奥博士说，当较高的联合趋同区域将信号传回较低区域时，意识就产生了。因而，此时整个结构全都同步“闪亮”。

加利福尼亚理工学院的克利斯托夫·考奇博士将信息处理的不同层次比作灯光。他说：“大脑就像装有100亿只小灯的圣诞树。当我们精力集中时，在100毫秒时间内立刻有一万只灯同时闪烁。然后同步状态终止，接着又有一万只灯继续闪亮。”

考奇博士说，许多种任务，其中包括一些相当复杂的任务。大脑的信息合成是无意识地进行的。许多人都有过这样的经历：人们工作后驾车回家时陷入了沉思，当到达目的地时才发现，是怎样到达的呢?在较低层次的信息合成，即潜意识状态的合成，也许就是像走路这样自动的无意识活动的原因。

考奇博士认为：清晰的意识或许需要另一个层次的信息合成，因为这涉及到注意力和短期记忆。神经元同步或振动发射信号，也许可以释放一些化学物质，这些物质产生短期记忆。这“让我们可以即刻在头脑中记下五六件事，同时感觉到意识的存在”。

杰拉尔德·埃德尔曼博士是加利福尼亚斯格里浦研究基金会的神经科学研究院的院长。他用一台并联的超级电脑，测试依据类似观念建立的大脑模型。尽管他采用的术语不同，比如关联、重新进入等，但他的研究结果证实了同步的观点。受到刺激后，这种大脑模型中的关键“神经元”协调地发出信号，而数百万的陪衬“神经元”则不同。

埃德尔曼说：“这种模型具有精妙的功能”，能够产生比人的大脑和眼睛更胜一筹的幻觉。

本周，科学家们对这一观点提出了两方面的证据，既有支持，也有反对。

华盛顿大学埃伯哈德·费兹博士发现：当一只猴子安静地坐着，它的大脑内不发生振动；当它面临一项有挑战性的、涉及运动的任务时，比如想得到躲在屏幕后的研究者手中的葡萄干，这时，它的大脑内有两个区域发生振动，一个是用来支配手臂的区域，另一个是执行运动的区域。看起来，当动物的运动需要集中精力，需要精细的控制时，振动就发生了。

在布朗大学，约翰·多诺休博士发现：当一只猴子有目的地准备采取行动时，它的大脑显示出振动。但当它执行动作时，振动停止了。

在纽约大学鲁道夫·林纳斯博士利用磁性大脑成像设备，对人类的每秒钟40次的信号进行了测试。他说：“这是一种能量很大的波，它每12.5毫秒从人的大脑前部掠向后部一次。我们认为这是一种连贯的波动，它将当时大脑中发生的一切联系在一起。这是一种宏观的信息合成。”

但是，斯坦福大学的威廉·纽萨姆博士说，他已经在清醒的猴子身上进行了几百次实验，测量大脑的活动。但他没有发现证明振动存在的证据。也许振动可能存在，但“对于知觉信息合成，这种振动是否像描述的那么重要?对此我深表怀疑。这是对微不足道的、自相矛盾的材料的过分吹嘘”。

在纽约大学，安东尼·莫乌舍恩博士发现，每秒钟40次、由视觉诱导的细胞信号，并不像大家预料的那样影响人类的知觉。“我不相信各种信息必须用神经胶粘接起来。也许，这些信息自始至终都在进行着交流，只是我们不知道它们交流的方式”。

另有其他的神经科学家，正在推导着关于信息合成和意识的其他理论。

在加利福尼亚大学的伯克利分校，华特·弗里曼博士建立了以干扰和网络为基础的理论。他说：“就像从一个水分子的物理特征看不出飓风的迹象一样，单个神经元的特征也不能清楚地表明意识。”他说，意识产生于神经网络间的合作。
华盛顿大学的戴维·范埃森博士和查尔斯·安德森博士的观点，则与此截然不同。“我们认为，当人们要将外界的两个或更多特征相关联时，需要将那两种信息传递到同一个中心。信息合成发生于空间上，而不是时间上。他们提出了一种动态路线方案，在此方案中，一个叫丘脑后结节中心的区域充当意识的指挥中心。

A·B·邦兹博士是范德尔特大学的电力工程学教授，他正在用计算机网络模拟神经元行为。他说，谁也不知道结果哪种观点是正确的。“也许我们已经触及了大脑工作原理的秘密，只是我们还没有意识到。”