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空间、人类大脑、意识、思维与虚拟空间的关系

(2015-06-16 11:03:46)
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      其实在国内外,许多专家学者都对忧郁症、精神分裂症或网瘾症状有着不同的解释。或从社会学层面,或从心理学层面。这里的介绍这位《空间》的作者是英国的丹尼尔、罗伯斯金德,1970年曾获得纽约库铂学会颁发的专业建筑学学位,72年获埃塞克斯大学比较研究学院历史与建筑理论专业研究学位,曾设计了多座知名的建筑。并从事过好莱坞的电影道具布景设计。我推荐的是他的一本研究人类大脑和虚拟空间的体验设备原理的书。作者曾自己建造了一个虚拟空间实验室,从1995年——2001年共有2万多人进入过虚拟环境体验,普遍反应颇为震惊。林中溪流、即时的进入式旅行。活动期间通过头盔式显示器实时截获数字帧。反馈表明,浸入式虚拟空间改变了传统的方式之后,确实可以成为获得全新感知的一种手段。现在我想把这类游戏方式推荐给可穿戴设备的制造商,推荐给电脑游戏玩家和动漫游戏制造设计者、推荐给3D或4G数字传输的设备开发运营商和硬件软件开发商,推荐给心理疾病和精神疾病的医生,看看在中国的大脑开发中,是否会有突破性创新。如果将诸项产业结合在一起,一定会造福全世界中老年埃尔森海默症或记忆遗忘症、抑郁症患者。人类除了有限的物质生活外,需要的是精神生活。除现实生活外,记忆、对往事的回忆、穿越时空往往是摆脱苦闷、医治心灵创伤的康复良药。

      我们国内研究目的基本分四种。理解脑、爱护脑、模拟脑和开发脑四大类。(1)理解脑就是理解脑是如何工作的,理解我们人为什么能成为人类,为什么是有感情的,有创造性、有意识、有个性的、有社会性的生命体。(2)保护脑;脑会患各种疾病。我们如何保护脑,这也是一个重大的课题。包括人的精神、神经、健康的问题。所以研究脑也是为了保护脑爱护脑。(3)模拟脑又称仿脑。也就是电脑(类人脑计算机)。(4)开发脑。

       脑的基本单位是神经细胞。

       脑的基本单元是什么:人类基因大约包括3万到4万个基因。人脑的神经元的数目非常大,有10的11次方,就是一千亿个,相当于整个银河系。神经元之间连接靠吐出,人脑神经元的联结数是10的15次方,其导线联结总长可达200万公里。9X11的11次方个神经元。

      胶子细胞:神经元是由细胞核、树突、细胞体构成,伸展出的轴突和下一个神经元形成突触联结。神经元和其它的神经元相连接,联结在凸连的联结点叫突触。神经元有很多树突,树突上还长着许多树突棘。这些树突棘也具有信息处理的功能。最近的研究观察到“树突棘”在舞蹈。树突棘可能是一个可塑性部位。神经元构成庞大的网络。我们的脑的高级整合功能就是由这些网络来完成的。

      在神经系统中,神经元之间要进行信息的沟通和交流。神经元用一种信号——动作电势在长距离上传递信息。动作电位是大的、短暂的、且幅度不变的信号。它有一个上升相一个下降相,还有一个超调。动作电势是由两类离子通道(钠通道和钾通道)协同产生的。这种离子通道的开关是精确定时的。在动作电势产生过程中,衲电流使细胞膜去极化,而钾电流使复膜复极化。在20世纪50年代……曾运用电压钳研究了电压门控制的钠通道和钾通道,但是上述方法只能测量含有大量离子通道的膜的电行为。

        1976年科学家利用膜片钳技术在细膜表面用负压吸起隔膜薄片,因此膜片钳和全细胞记录技术在神经学细胞学医学方面广泛应用。动作电势编码神经信息在中枢神经系统的神经元,具有不同的动作电势的时间空间模式。皮层的锥体神经元放电的时空模式和小脑的浦肯野细胞的放电模式很不同。小脑负责编码运动的时空模式,在其他部位的放电模式也是各式各样的。比如起搏点具有周期性的放电模式,放点很有节律,这些不同的放电模式与脑的不同部位的信息处理功能相联系。所以神经元的不同放电模式是具有编码意义的。

       从脉冲定时编码的角度说,它们应该编码不同的信息,但是从脉冲速度编码这个角度出发,它们应该编码同样的信息。它对神经元网络、神经计算、智能计算都会具有启发意义。神经元与神经元之间有一个连接部位叫突触。突触前神经元和突触后神经元中间的狭缝尺度大约是3、5纳米。信息就是从突触前传给突触后,这里要经过很多过程,细胞的、信息的、化学的。因此突触前和突触后之间的信息交流是大脑的一个重要单位。突触是英国学者谢灵顿在1890年提出的饿概念——突触对于人类智能是一个非常重要的工作环节。

       脑的发育:人类的基因组决定了我们的大脑发育过程要比黑猩猩的大脑发育过程更长。黑猩猩的脑子在出生一至两岁就已成熟,但人类的大脑截止到青春期仍在不断发育。即人类大脑有一个漫长的不断和环境相适应过程。因此人类才具有无穷创造力的源泉。

       脑发育大约有四个过程:首先是神经元的分化、迁移。神经元由“出生地要迁移到它的工作岗位”,然后是轴变的生长和导向。神经元在发育过程中要有导向,要有蛋白质或者信号蛋白指引它找到靶目标。神经元找到靶目标后就会在那里形成突触,这就是发育第三步,形成突触联结。形成的突触联结要具有可塑性,即联结的传输效率具有可修饰性。如果突触联结不具备可塑性,不能随环境的变化而变化,人类就不能形成很高级的智慧。(换句话说,我们目前的许多天愚型自闭症等许多先天性疾病,有可能就是出于神经元突触的不具备可塑性。怀孕妇女在靶向导引育期间发出的问题)。第四过程是:突触联结还要进一步形成网络,形成很多高级的功能单元,这就是脑的整合功能和它的可塑性。脑的神经元联结要经历一个非常复杂的发育过程。发育过程不仅是由基因组来编码,而且是和环境相互作用的过程。以视皮层神经元网络发育为例。新生儿大脑皮层的神经元中的锥体细胞之间的联结是比较稀疏的,三个月已形成密集的联结网络,六个月更为密集。脑内神经出生后一直在变化发育。胎儿脑只有250克,初生儿是335克,到十八个月已达1024克。这就是初生儿的眼睛看不清东西眼前事物的原因。我们再看看发育的关键期和行为突现。

       一个封闭空间的开发空间的鹅、猴、老鼠、经试验后后者的智商要比前者要大,发育要多。这就是脑的可塑性。可塑性是指人的学习和记忆活动。在神经学的角度来看,学习是指获取新信息的过程,记忆是指所学的信息的存储。记忆有两大类:一种是程序性记忆,一种陈述性记忆。程序性记忆是指功能性记忆,学习开车、骑自行车、做打球、游泳等各项运动动作属程序记忆。而陈述性记忆指上课学习、考试、做研究、做报告等活动。程序记忆特点是由小脑控制,程序记忆一般不易忘记。

      1929年科学家利用老鼠和迷宫做个实验。损坏老鼠脑不同部位以决定老鼠不同部位记忆存储位置,结果没有一个特定脑区来决定老鼠走迷宫能力下降原因。他得出一个结论,记忆在人脑中是分布式存储的。跟它 损坏的部位无关。(也就是说失忆症和脑损伤和记忆消失无关。大脑记忆只是利用印象存储各个部位,既可以通过原储存在大脑皮层深处的细胞中视觉嗅觉听觉,唤起神经中的电导膜联结起来。)人们发现学习记忆与脑中的一个海马区的部位有关。海马区有三个突触层面。一种记忆形式叫长时程增强(LTP),涉及到海马区中的NMDA受体的复杂分子复杂分子化学过程。化学名叫氮甲基右旋天门冬氨酸。如果把老鼠放在一个孤立的环境中,给它一个电信号,它的海马兴奋区域增大,条件反射。人类、老鼠果蝇在长时间记忆分子进化中是保守的。

       语言:语言具有其创造性。有内容、形式及功能,是人类才拥有的信息交流工具。人脑有两个语言区域。一个是Bnocds失语区、它主要的特征是影响对语言的理解,一个是Weymiokeg失语区域,它影响语言的生成是否流畅。(注意,这就是有的人结语、结巴的一个重要因素。医治训练的根据)音乐也是一种信息的交流,我们开发脑的时候,也起重大作用。它含刺激我们脑特定区域的活动。环境和意识;科学家们目前仍在争论,这些神经元的工作方式是什么样的。是脉冲速率编码,还是脉冲定时编码。令认为大脑神经元要有一个指挥,就像乐队指挥一样。另一种观点认为,大脑的神经元之间没有指挥,就像爵士乐队那样进行信息交流。大脑可能是以这样两类方式工作的。

      以上文章摘自《科学的魅力》中科院研究生院讲演。作者郭爱克毕业于生物物理专业,1979年荣获慕尼黑大学自然博士学位。1999年受聘于中科院神经科学研究所高级研究员。重点基础项目《脑发育和可塑性的基础研究》2000年——2005年为首席科学家。然而,以上这些咱们老百姓知道吗?科普十分重要。没有科普科研只能是少数人的闭门科研了。

      我们再看看英国学着是如何看待大脑的。在这里是从神经病学机理角度了解大脑的意识和思维构造活动的。 他认为意识=大脑空间。大脑的功能 更像是一个交响乐团。其中不同的乐器各自负责不同的角色;或者有点像一道烩菜或某种复杂的食物,其中每种配料都发挥着各自的作用。随着扫描技术的出现,这种整体性组织方式日渐清晰。

      扫描图显示,大脑把任务的各个方面分派个不同的大脑区域群,这里的关键信息是:并不是某一区域为语言激活,甚至为了 语言的各个方面,也不是 只有某一区域 处于活跃状态。相反,这些区域像交响乐团的各种乐器或各种烩菜一样配料那样协作。

      这种整体组织方式 无疑适用于意识,并将被试者麻醉后以消除他们的意识。你会看到没有哪个区域停止了工作,大脑的每一区域都没有戛然而止,意识中心并不在这里。意识的等级是由神经元组合的规模所决定——神经元组合的规模越大,意识的等级越高。

       意识的比拟:设想一块石头落入水池的情景。当石头掷出去时,在那一刻会产生极为短暂的水波。水波的幅度比石头的尺寸要大很多很多。石头尺寸被掷出高度、掷出石头的作用力,其掷出远近,水波都会有极大变化。不同因素决定可水波幅度。

       我们的大脑中就有水池的等效物,紧密联结的脑细胞线路使我们成人。大脑产生了脑波——有时候产生有是不产生。如我看见我丈夫,神经脉冲会从我的眼睛传到大脑的某些部分,并开始激活纯粹与有关我丈夫的经历相关的大脑线路,这样我还是没有意识到他……怎样才能使我们的大脑出现脑液呢? 大脑中还有非常特殊的东西,不只是线路,还有化学分泌物。其实是从大脑的基础部位喷发出的,然后来到大脑皮层以及许多区域。化学分泌物(兴奋剂、抗抑郁药氟西汀),并且他们在睡眠——清醒期间和高度兴奋期的会有变化。它们使脑细胞进入紧急状态。

      意识的相关:一个瞬间的 光信号在四分之一秒间, 传过了一千万个神经元。大脑中可以有几千万甚至几亿个脑细胞聚集起来,组成一个极为短暂的工作组合。人类和其他动物最不可思议的一点是,随着我们的成长,大脑联结也跟着增长。因此虽然我们出生时已拥有了日后永远拥有的所有脑细胞,但是出生之后大脑联结不断增长,而这正是大脑生长的真正含义。

      大脑的可塑性:伦敦的出租司机都是记忆专家。每一个工作日他们都需要记着  从某地到某地的路线,街道位置、还有单行线的设置。科学家对司机大脑进行了扫描,并与同龄其他人大脑进行扫描图像比较,对比之下出租车司机脑内海马状突起增大,发现驾驶出租车时间越长,海马状突起的结构差异就越显著。还因为他们的行为他们每天的活动使他们大脑发生了生理变化。在另一项研究发现,甚至在五天之内,只是通过做五指钢琴练习,大脑中与数字相关的区域就有了显著的强化。发生在你身上的任何事情,你所想的任何事情,在你的大脑中都有生理基础。我们现在明白了大脑如何敏锐的感受到你的经历和行为,以及它如何使你成为独一无二的你。

       即使进入老龄阶段,人的大脑仍然具有“可塑性”,也就是说大脑永远是动态的,它一直处于发展变化之中。不幸的是可以在一生中创造出来的东西同样可以被毁灭。人的衰老往往带来大脑联结的减少。从而削弱内部的活动和对外机能。我要着重指出痴果(以阿尔茨海默症为代表的思维错乱或记忆丧失)并不是衰老的自然结果,这种疾病产生是因为脑细胞之间的相互联结枝萎缩。因此,一个人进入老龄阶段那他在心理和神经上好像回到了儿童阶段。因为大脑联结不断消解,大脑进入了反向发展;在儿童时期,世界的意义越来越复杂,而现在世界意义变得越来越单调而贫乏。

      思维还是意识:思维在大脑中有非常明确的生理基础。出生后大脑的成长是在于细胞之间联结的成长。这些联结反映了我们的经历,并且反过来影响我们进一步感知。因而我们是通过已经发生在我们身上的事情去看待这个世界的。这就是思维。即大脑的个人化。随着你本人对待事物的不断体验理解认识,根据事物纯感官性质来做评价,就带着某些含义来看待这个世界。服务于这些作用的大脑联结由此得以保持高度动态性。随着你的生命进程,这个世界获得高度个人化的意义。这种意义就是由紧密连接的大脑线路产生的。

      尽管我们有植根于大脑的个人化线路的这种思维,并因此以一种特定的方式看待这个世界,但是这种组织模式并不是总是有效的。……产生幻觉是怎么回事?人还是有意识的,反过来当你今晚失去意识时,我想你并不希望失去思维能力。

       意识的最基本形式:假设思维只是为了意识,大脑中活跃的细胞只有一个最小规模的神经元组合,那么我们可以这样问:如果你只有一个异常小的神经元组合,尽管是有意识的,但你的思维是无效的,甚至根本没有思维。如在大脑联结不够多时,或在主点很弱或只是被微弱激活时,就好比是一块很小的石头轻轻地放在水面上时,或者在化学分泌物功能故障时,或有新的组合在迅速聚集从而压制了这一组合的作用——所有这些不同因素都会使你产生各种不同的无思维型的意识。

      我们已知道,大脑联结不够多的情况发生在儿童阶段。较为幼小的儿童只生活在当下这一刻。他们没有大量学习和记忆任务,世界对他们的意义毫不繁复。他们只在表面意义上直接评判世界。如有多快、有多冷、有多美好,而不是通过复杂的关联来评判这个世界。(博主本人声明:以上只是原文书上的摘录,与评判股民投资无关)

       神经元组合的主节点只被微弱激活是怎么回事呢?典型的例子是你在今晚很可能会有的经历,那就是梦。梦可以是很小的脑细胞组合,因为在睡眠状态中,你的感觉都处于迟钝状态,因而它们无法获得非常大的脑细胞组合,只能依断裂的,赖于脑细胞剩余的本能活动。因此,梦中的世界里得极为感性化和无逻辑性;你的逻辑经常是断裂的,就像处于精神分裂状态一样,我们也知道儿童做梦频率比成年人要大的多。(注:这一点和我们的周公解梦不是同一解释方法。)

      精神分裂症看起来是化学分泌物功能减弱的结果,尤其是神经传递素多巴胺。大脑联结是完好的,感官也起作用,但是化学分泌物对脑细胞组合的调节功能发生了紊乱,做梦的人、儿童和精神分裂症三者的世界相似性,发作时“精神状态”是大略相同的。谙语对于思维简单的精神分裂症患者和对于儿童一样,很难理解。

      许多不同的状态及其他更多情况——如快节奏运动和狂舞——有一个共同之处,他们都以只生活在此时此刻为特征,极为强调直接感受,毫不顾忌习得和记忆中的一切;即不经过思维。在精神分裂时,在梦中以及儿童时期,个体是他们的感官消极接受者。他们不受控制,没有逻辑,一直处于强烈的感性体验中;是自我放纵(字含义)或完全的恐怖分子。(有时观看一部强视觉刺激的电影或电子动漫游戏时进入状态时玩家确实由此感觉。)

                                                                                              ——未完待续     

 

 

 

 

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