高层次信息处理与记忆：理论神经信息学初探

提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。

——爱因斯坦

诸位在校，有两个问题应该自己问问：第一，到浙大来做什么？第二，将来毕业后做什么样的人？

——竺可桢

一般来说，神经信息本身是分很多层次的，在研究神经信息时首先要把脑内的信息层次分析清楚，并了解相邻层次之间的关系。高一层次的信息是在低一层次的信息的基础上发展起来的，分不清层次就会把事情混淆起来，使问题越来越复杂。图像识别本来是一个很明确的低层次信息处理问题，可是将其改为“图像认知”就显得含糊了，好像成了高层次信息问题。心理学家可能会为此引申出很多“新概念”，可是从信息角度来看，图像识别与任何意识问题都无关。其实，信息科学中的图像识别原理不同于神经系统的图像识别机理，这些识别本应该属于低层次信息范畴，完全可以用动力学理论进行分析。可是目前不仅没看到有关脑的图像识别原理的研究，反而看到很多文章把两者的差异说成是脑的“认知”问题，使问题变得神秘起来，也因此而怀疑用动力学原理分析问题的可能性，使问题愈加复杂；另外，有些可能是简单的条件反射现象的结果却被说成是“潜意识”或“无意识”的表现。我们暂且承认，“认知”比“识别”更“高级”一些，但若不研究神经系统的识别机理，如何区分“图像识别”和“图像认知”呢？同样，不深入了解条件反射，又如何能分清它与“无意识”等之间的差异？看来，没有对低层次信息的正确理解，就不可能有对高层次信息的真正认识。

高层次信息内究竟还有几个层次？如何划分？这确实十分复杂，不是一下能说清楚的，而且这些层次随着人类思维活动的进展还会不断变动。像“相对论”的产生和好音乐旋律的创作，原则上讲都是脑的产物，但它们已经是高层次的信息，不是神经信息学所能解释的。(www.xing528.com)

目前暂时还没有必要把神经信息层次分得很清楚，本章暂且把它分为两类：一是低层次信息，二是高层次信息。

本书主要讨论的是低层次信息问题，也就是现代信息科学中研究的主要部分。人的所有感觉器官得到的输入信号和最后输出的信息都是低层次信息，这些信息的处理机理基本上都可用动力学理论进行描述；意识、智能之类的信息属于高层次信息，光靠动力学是不能完全描述的。

对神经系统来讲，高层次信息和低层次信息虽然有本质区别，但是它们是互相关联的。真正的低层次信息理论，必然也是高层次信息理论的基础。如果研究的低层次信息理论对高层次信息毫无用处，则说明低层次信息理论本身可能也有问题。因此在研究低层次信息时，也应该对高层次信息有所关心，通过高层次信息反过来检验低层次信息理论的可信性。

本章并非试图完全解决高层次信息的机理，而只是根据低层次信息理论来分析现有的高层次信息理论，并提出一些不同的看法。通过对高层次信息的讨论，也可进一步认识和修正低层次信息理论。在这里讨论高层次信息，只是为了进一步证明神经回路作为信息处理基础的合理性，所以讨论的只是与神经回路直接相关的高层次信息。文献［1］中讨论的意识的神经相关物（neuronal correlates of consciousness，NCC）可能与我们的想法很相近，但是我们讨论的概念也许还是与NCC 有所差别。

对现有的高层次信息理论所体现的矛盾和难题，我们无法全面解答。我们只针对一些明显与回路有关的NCC 问题做些讨论，并提出可能的神经回路方案。同时也放弃了文献［2］所提到的哲学讨论，因为哲学讨论不可能产生新概念，也很难帮助人们理顺思路，更不能使人们从线性观转向非线性观。我们相信，高层次信息都是基于神经信息回路活动的表现，所以以神经回路为平台，用非线性观分析神经信息过程，由此深入到高层次信息研究中去。