大脑机制进一步研究展示成功

3.大脑机制的进一步研究

对大脑机制的研究从来都没有停下来过。近年来，加拿大科学家发现，用磁脉冲刺激大脑前额后区域——运动前区皮层，大脑学习和记忆一项任务的能力会有很大提高，这项发现有助于他们研发出可以帮助提高大脑能力的思维帽（Thinking cap）。^[33]

美国研究人员正在开展一项实验，用机器将脑电波翻译成人的语言，实验已取得突破性进展，准确度最高达到90%。这种机器，可以看做是某种水平的“读脑机”。美国犹他州立大学的研究人员在实验中将电极安置在一名癫痫病患者的大脑表面，一套电极位于控制脸部肌肉运动的运动皮质区，另一套位于负责翻译语言的韦尼克氏区。研究人员给这名患者10个对于癫痫病人来说有用的单词，如是、否、热、冷、饿。他们让患者反复读这些单词，同时记录大脑信号。然后，患者对着电脑不断重复这些单词，研究人员并用电脑记录患者读出单词时的大脑信号。实验结果显示，不借助任何语音识别软件，电脑可以将每个单词和相应的脑电波对应起来，准确度达到76%至90%。项目负责人布拉德利・格雷格尔说：“这套设备使我们能够仅仅依靠大脑信号，将读出的单词翻译出来，对于不能说话的癫痫病患者来说，这有长远的应用前景。”他说，这种“读脑”技术在单词量和准确度方面有待提高，他希望它“一两年内可以投入应用”。^[34]

不仅是读脑机即将面世，而且，科学家还研制出利用思维进行控制的电脑，这项突破性成就将会为那些不会说话或瘫痪人士提供帮助。美国圣路易斯华盛顿大学的科学家在测试过程中发现，试验者只要在脑中默念，就能移动显示器上的指针。对那些因为脑损伤或中风而失去语言能力的人来说，这具有重大的意义。它能帮助残疾人控制轮椅或机械臂，甚至会彻底改变电脑游戏业。研究人员希望，以后能把植入物永久性植入患者大脑，帮助他们与人交流，甚至利用电脑了解他们的想法。在过去10年间，科学家们已经开发了很多通过思维或脑机接口控制的电子设备。该项技术曾被用来控制轮椅、电视遥控器和语音合成器。大约50%的美国截肢患者配备了由思想控制的义肢。它可以通过改变大脑信号的传输路线，避开受损神经，利用完好的健全肌肉发送信号，例如佩带者能通过思维把拇指和食指并拢在一起，抬起前臂和弯曲肘关节。^[35]

今天，科学家们开始用量子力学来研究大脑的秘密。美国固体物理学家霍普菲尔德发表了一篇“神经元网络和具有紧急集结计算能力的物理系统”的论文，他认为，“思维”可能是由量子理论中毫无思考能力的原子产生，根本没有程序。^[36]之前没有一个统一的规律帮助人们理解神经元网络，而霍氏用量子理论中的广泛规律找到了其背后的规律：大脑中的所有神经元活动的原则是，保持网络的能量最小。学习的过程就是寻找最低能量状态的过程。^[37]这看起来不可思议，但事实是，他的观点引起了巨大的“混乱”。有人评价说，霍普菲尔德的工作使得许多原来从事旋转玻璃研究的科学家们一夜之间变成了神经元网络专家。霍普菲尔德用量子理论来解释梦的现象，他认为梦是量子力学系统中的能量状态的变化，如果给神经元网络系统输入过多的记忆，系统就会超载而出现混乱，出现记忆假象，对应的就是做梦。经过几次做梦，系统被唤醒并进行刷新，使它停止混乱行为并以同样的速率回忆所有的记忆。霍氏还认为，梦是由真实记忆的随机片断所构成，这些零碎记忆可能与大脑的创造力有紧密的联系。^[38]

科学家们现在普遍用物理学的方法和技术手段来研究大脑思维的问题。最新的一项科学研究成果表明，人脑的思维活动变换成语言表达出来，这个过程大约需要将近1秒钟，为700毫秒。我们平时说话时寻找一个确切的词汇表达思想的时间，仅有约200毫秒。西班牙庞佩普・法布拉大学社会学教授阿尔韦特・科斯塔通过实验得出了上述这一结论。他在给一组志愿者展示图画和照片时，记录下了他们在寻找合适词汇以便大声描绘出所看到的事物时的脑部活动。他认为，人脑中平均有5万个词汇，人们会在其中寻找一个恰当的词来形容看到的形象，加上张嘴说出的时间，整个过程需要700毫秒，包括看到形象、在大脑中形成一种概念、开始寻找接近这一形象的同义词，最后将之与形象相联系然后说出。能够影响表达延迟时间的因素，是熟练掌握语言的数量。如果掌握两门语言，那这个人表达思想的速度就更慢，这是因为大脑需要在两种语言的词汇库中寻找合适词汇，而每一种语言的词汇库大约各有3.5万个。掌握语言越多，人在说话时蹦到舌尖的词汇就越多，这就降低了大脑反应速度。^[39]

以往人们认为，人的大脑左半球是优势半球，它主管语言和逻辑思维，右半球具备感知觉的格式塔功能。现在发现，右脑也有语言能力，它识别语词是通过对文字的总体形状进行的。根据正电子成像术（PET），可以探测到左右脑的功能活动情况。在实验中看到，大多数人用右脑欣赏音乐，而职业音乐家用左脑完成同样任务；陌生面孔是用右脑辨认，而熟悉的面孔用左脑辨认；译电员对熟悉电码用左脑识记，对陌生的则用右脑。这表明一个人原有思维的模式对脑功能的影响。有的科学家因此提出：大脑右半球是个万能的多面手，它没有先入之见，尝试着许多解决问题的办法，而左半球是个专家，它用已经建立起来的方法和知识迅速有效地解决与以前相类似的问题。这种说法的生理根据是，右半球有许多长纤维，广泛连接大脑的各个区域，每个区域专门从事信息过程的不同方面，它有较大的联合皮层，所以能调动各种能力来解决新问题。而左半球含有较短神经纤维，它们组成丰富的内部联系，简捷而且经济，以促使既定任务的完成。科学家们还认为，大脑两半球是协同工作、和谐一致的。今天，左半球的逻辑、语法、计算等功能可以在计算机上进行模拟，而右半球的完形知觉功能，则是人工智能的难题。

赫伯特・西蒙认为，人先天有在自然界中寻求秩序和模式的能力。许多心理学实验也表明人类先天遗传因素对认识有重要影响。看来，遗传和环境，先天与后天，都是不可或缺的。人的遗传本能程序很少，很不充分（动物越高级，本能越少），人的很多本能是后天通过实践和学习而产生形成的。按比例，人的童年在所有动物中最长，最需要社会的环境和教育，人类的遗传因素只有通过后天的社会实践才能变成现实。同样，作为思维模式的生理物质基础——神经网络系统，也只有通过社会实践活动才能实现其现实功能。

在过去的几十年里，人工智能研究虽然一直不尽如人意，但也还是得到了部分的进展。从理论上来说，人工智能终有一天可能实现，不过时间要长一些。美国《时代》周刊在2011年2月21日这一期上，发表了一篇里夫・格罗斯曼的封面文章：“2045：人类不朽之年。”这篇文章认为，人类独有的创新能力，正面临着快速发展的人工智能的挑战。有科学家相信，我们正在接近这样一个历史时刻：人工智能将超过人类智能。那时，人类的身体、思想甚至所创造的文明，都将因此发生翻天覆地和不可逆转的改变。有人给出了这一人类历史奇点来临的时刻——2045年。我们从过去几十年历史发展的事实来判断，也许，这样的论点可能有点高估了人工智能的水平和进展程度，但我们无法断言这种美景肯定不能出现。人类的创新能力将使得这一可能变成现实，那一天的到来也许并不遥远。

【注释】

[1]勒内・托姆：《突变论：思想和应用》，上海译文出版社1989年版，第14页。

[2]罗姆・哈瑞：《认知科学哲学导论》，上海科技教育出版社2006年版，第199页。

[3]同上。

[4]斯佩里：《精神现象：脑功能原因的决定因素》，《世界科学》，1983年第10期。

[5]威廉・卡尔文：《大脑如何思维》，上海科学技术出版社1996年版，第103页。

[6]朱长超：《思维：地球上最美丽的花朵》，重庆出版社1989年版，第89页。

[7]朱长超：《思维：地球上最美丽的花朵》，重庆出版社1989年版，第133页。

[8]威廉・卡尔文：《大脑如何思维》，上海科学技术出版社1996年版，第86页。

[9]参见丹尼尔・丹尼特：《意识的解释》，北京理工大学出版社2008年版，第318页。

[10]约翰・塞尔：《意识的奥秘》，南京大学出版社2009年版，第132页。

[11]见Proeedings of the 7^thInternational Conference On Cognitive Science，中国科学技术大学出版社2010年版，第70页。

[12]同上，第73页。

[13]见Proeedings of the 7^thInternational Conference On Cognitive Science，中国科学技术大学出版社2010年版，第75页。

[14]参见史忠植：《认知科学》，中国科技大学出版社2008年版，第221页，第354页。

[15]英国《新科学家》周刊网站2010年12月17日，载《参考消息》2010年12月20日。(www.xing528.com)

[16]丹尼尔・丹尼特：《意识的解释》，北京理工大学出版社2008年版，第225页。

[17]冯・福尔斯特：《实在的建构》，On constructing a Reality，见金观涛：《系统的哲学》，新星出版社2005年版，第26页。

[18]普特南：《心灵哲学》，转引自高新民：《意向性理论的当代发展》，中国社会科学出版社2008年版，第336页。

[19]《惊人的突破》，《自然》杂志1980年第10期。

[20]沙朗・贝格莱：《东西方人之大脑》，《英语世界》，2010年第12期，第23页。

[21]威廉・卡尔文：《大脑如何思维》，上海科学技术出版社1996年版，第68页。

[22]参见史忠植：《认知科学》，中国科技大学出版社2008年版，第214页。

[23]威廉・卡尔文：《大脑如何思维》，上海科学技术出版社1996年版，第106页。

[24]弗朗西斯・克里克：《惊人的假说》，湖南科学技术出版社2007年版，第17页。

[25]参见S.罗森：《明天将发明什么》，上海科学技术出版社1980年版，第185页。

[26]威廉・卡尔文：《大脑如何思维》，上海科学技术出版社1996年版，第106页。

[27]李清晨：《心脏移植亲历记》，《新京报》2011年1月23日。

[28]威廉・卡尔文：《大脑如何思维》，上海科学技术出版社1996年版，第130页。

[29]参见史忠植：《认知科学》，中国科技大学出版社2008年版，第193页。

[30]王晓凌：《非现实语义研究》，学林出版社2009年版，第11页。

[31]史忠植：《认知科学》，中国科技大学出版社2008年版，第207页。

[32]周加灿，董奇：《心理科学》，2008年第一期，第154页。

[33]新浪网新浪科技，2009年7月9日。

[34]据新华社“读脑机有望面世”，《解放日报》2010年9月9日。

[35]《新浪网新浪科技》2011年4月12日。

[36]米奇欧・卡库：《远景》，海南出版社2000年版，第113页。

[37]同上。

[38]同上，第116页。

[39]智利《第三版时报》2010年4月3日文章：“700毫秒”，载《参考消息》2010年4月5日。