关于“人类如何思考”这个问题,目前我们知道了多少,还有哪些未知?
6.何谓智能?
智能有许多不同的外在表现形式,但无论那种形式我们都不知道智能在生物学上意味着什么。数十亿个神经元如何调度知识、模拟新场景,或是删除不合逻辑的信息?当两个概念彼此相匹配而此时又突然找到了问题的解答时,将会发生什么?当看电影时,突然意识到影片中的凶手其实就是原本不受怀疑的妻子时,你的大脑里会发生什么?智商高的人存储知识的方式会更精炼、更富于变化、更容易提取吗?
在我们小的时候,就听到智能机器人在不久的将来会成为现实的预测,这种预测一直伴随着我们成长。但直到今天,我们仍停留在只会打扫房间的真空吸尘器之类的机器人的水平上。是哪里出了问题?在解释人工智能进展如此缓慢的原因上有两种观点:要么是我们对脑功能的基本原理尚未充分了解,要么是我们没有模拟足够多的神经元在一起工作。如果是后者,这将是一个好消息,不久我们就能看到科幻小说中描述的智能机器人帮助人类干家务的场景。但大多数神经科学家认为,我们离这个梦想还非常遥远。经过几十年的研究,目前的机器人仅比海参略聪明一点,还是不能从背景中区分出图形——而这只是婴儿的智力水平。近来的实验探索了智能和短时记忆、快速解决认知冲突能力以及记忆存储之间的强关联性的能力之间可能存在的联系,但尚未得到确定性的结论。还有许多其他的可能——如更好地重构存储信息、并行化程度更高的处理或对未来的高级模拟还没有进行过的实验探索。
智能可能不是由某个单一的脑区或单一的机制所支撑。不论智能是什么,它都是人区别于其他动物的核心所在。其他的物种只能解决某些特殊的问题,然而人类的抽象能力使得我们能够解决一系列开放的问题。这意味着从老鼠和猴子身上展开的智能研究可能是选错了对象。
7.时间在大脑中如何表示?
几百码的冲击力应该源自一次枪击而不是一束闪光,因为你的大脑对枪声的反应远快于对闪光的反应。然而,一旦跳出控制中枢反应的领域转入感知领域时(你看到和听到的),其结果就变了。也就是说当涉及到意识时,大脑就开始费尽周折地(同步化)以不同的速度处理各种输入信号。
如在你面前打一响指,尽管你的听觉系统处理响指所需的时间比视觉系统快30毫秒,但大脑可能使用了一些小技俩,使得听觉和视觉在你的感知世界里像是同步的,尽管处理不同信息的感官将会证明这不是真的。
大脑是如何实施小技俩的?再举一个简单的例子,看着镜子里你的左眼,然后将注意焦点转移到右眼上。显然眼运动是需要时间的,但你没有观察到眼的运动,感觉似乎是从一个场景瞬间切换到另一个场景。在这一瞬间到底发生了什么?要回答这个问题,首先想想你每次眨眼(闭合)都看到了些什么?对时间平滑性的意识是大脑构架信息系统的基础。如搞清楚大脑是如何解决定时问题的,这有助于了解当时间调制系统出错时将会发生什么,就像有诵读困难的病人在朗读时其大脑出现的那种状况一样。
8.大脑为何睡觉和做梦?
人类生命中最奇特的一个现象就是三分之一的时间花费在睡眠中,新生儿花费的时间更是两倍与此。对人来说,要想保持一昼夜不睡觉是件异常困难的事,强迫神经系统长时间保持清醒,最终会导致精神崩溃;对老鼠,强迫其10天不睡觉会致其死亡。所有的哺乳动物、爬行动物和鸟类都需要睡眠。进化的趋势是明显的,但睡眠的作用却不甚清楚。
尽管睡眠要耗费掉大量的时间,并且处在无防备的状态,但却是各种动物必须的。由此可见,其不仅重要而且还有更深层次的原因。目前就睡眠的原因尚未达成共识,有三个较为流行的解释:一种解释是睡眠是有助于康复,可以保存或补充身体能量供给。然而,睡眠中的大脑仍处于较频繁的活动状态则意味着情况远不止这么简单。另一种解释是睡眠有利于大脑实战模拟、解决问题以及将其他的一些关键行动在现实世界未检验前先进行模拟。最后一种解释是——也是获得最多证据支持的理论——认为睡眠在学习、巩固记忆和摈弃一些无逻辑的信息中扮演着重要角色。换句话说,睡眠允许大脑对吸收的信息进行加工整理,取其精华,弃其糟粕。
近年来,研究的焦点集中在将REM睡眠(一种大脑高度活跃的做梦状态)作为一种最重要的睡眠阶段(将记忆锁定为长时编码)。在一项训练老鼠沿着预先设计好的轨迹跑动的研究中,研究者记录下了其place细胞的活动情况。结果显示,活动的特定模式依赖于老鼠在轨迹中的位置。然后,当老鼠陷入REM睡眠时,其place细胞经常重复与它在跑步时相同的活动模式。相关性如此之强,以致有研究者宣称:当动物做梦时它们能够重建清醒时的情形。由此产生的想法是,睡眠过程中重复的信息可能决定我们以后会记起的事件,同时也暗示了睡眠在学习中的作用。
9.大脑特定系统如何彼此合作?
凭肉眼观察,大脑皮层表面所有的部分没有显著差异。当我们测量其活动时,就会发现神经系统的每一个区域都在处理着不同的信息。如在视觉系统中,运动、边缘、面孔和颜色分别由不同的脑区处理。成人脑皮层的区域划分,就像在世界地图上划分不同的国家一样细琐。
神经科学家相信大脑区域也存在划分的,但我们仍然对大脑神经网络的这种划分感到不可思议:它涉及到气味、饥饿感、疼痛感、目标设定、体温调节、预测以及成百上千种不同的任务。尽管它们功能各异,这些系统却无缝隙地衔接在一起。我们几乎不知道这一切是如何发生的。
大脑是如何迅速调节系统的,目前也不清楚。在缺乏髓磷脂绝缘层的突触中脉冲的速度很慢(以每秒一英尺的速度传输),是电子计算机信号传输速度的万分之一;然而人类瞬间就可以识别出他的朋友来。那一个系统是如何在其部件低速运行的情况下保持高效率呢?通常的答案是:大脑是一个并行处理器,能够同时执行许多操作。大脑在这方面具有令人惊讶的高速,一方面大脑并行处理的能力非常显著,另一方面它将并行的过程整合为单一的同时,指导行为的输出也是非常重要的。
在解剖学中,大脑没有特定的位置融合来自各个子系统的信息,相反,所有的区域都彼此相连,形成一个并行的循环网络。不知何故,我们脑内合成的关于外部世界的图像就产生于这个迷宫似的大脑网络。令人惊讶的是,关于大规模的多层网络的研究还相当少——部分原因可能是把大脑想象成简洁的连接线的集合比把它想象成动态的网络要容易得多。
10.何为意识?
右脑的功能是感性直观思维,这种思维不需要语言的参加,比如掌管“音乐”“、美术”“、立体感觉”等。而左脑的功能是抽象概括思维,这种思维必须借助于语言和其他符号系统,主管“说话”“、写字”“、计算”“、分析”等
回忆你的初吻,那段经历可能会迅速跃入你的脑海中。在你没有意识到这段记忆之前,它存放在哪里?在你意识到它的前后,它又是如何存储或转存的?这些状态之间的区别是什么?
关于意识的一种说法是:意识是现代科学最主要的未解之谜之一,并将被证明不是一种单一的现象;然而作为初级研究目标,我们认为它是你清晨醒来时在脑海里一闪而过、却又并不在那里的东西,也许片刻前它还在你脑区里的同一个位置出现过。
神经科学家认为:意识源于物质基础,哪怕大脑的一小点变化(因药物或疾病)都会显著地改变你的主观感受。问题的核心是,我们不清楚这些“意识零部件”是如何协作的,以致大脑会产生你我认为的理所当然的主观感受。如果给你所有的“意识零部件”要求搭建一台意识机器,该如何进行呢?但遗憾的是,目前我们还没有一套理论说明该如何来做,我们甚至不清楚这样的理论是什么。
传统的挑战之一是用实验进行研究。可能在某一时刻一些活跃的神经处理过程与意识相关,首要挑战就是区分有关和无关的过程。一些设计巧妙的实验已经取得一些进展,在一项实验中,被试者的一只眼睛看到房子的图片,另一只眼睛看到牛的图片。此时被试者并不是感受到房子和牛的混合物,而是只能感受到其中之一。再过一些时间,他们确信看到了另外一个物体,然后就在两个物体之间来回切换。视觉刺激并没有发生改变,仅仅是意识感受在改变。
意识机制可能存在于分子层、细胞层、电路层、视觉通路或者目前尚不能清晰描述的组织层。意识机制也有可能是这些层交互协作的产物,一种值得关注但仍然处于猜测的观点认为:大脑中大量的反馈连接是产生意识的本质。
近期,神经科学家正致力于确认与意识相关的脑区。下一阶段的研究是理解它们为何相关,这是神经科学领域中的难题之一,而这些难题也仅仅是“成为人的经历”的物理解释的外围问题。