知识结构理论的生理学基础

第一节　知识结构理论的生理学基础

用生理学来研究人的心理活动、认识活动和思维活动才只有100年的历史。

第一个心理实验室是1879年德国冯特创立的，企图用观察实验的方法来揭示心理活动的生理基础。之后，俄国的谢切诺夫、巴甫洛夫又根据狗的实验提出了条件反射学说，认为第一信号是人和动物共有的，第二信号，即语言信号是人类特有的。

第一个证明人脑两半球功能存在着严格分工的是布洛卡，于1866年首次提出。后来许多科学家相继发现这个理论是正确的，美国科学家罗杰·斯佩里教授通过裂脑人的实验得出结论：左半脑具有逻辑运算、抽象思维、运用语言进行写作的机能；右半脑具有欣赏音乐、美术等形象思维功能，以及直观想象、空间感知、整体操作等机能。

裂脑实验证明：把抽象思维的左半脑割去，人仍然会有记忆，仍能指挥右侧手脚运动；反之，切除右侧脑的人，也存在记忆和指挥左侧手足行动的功能。据此，科学家们认为：大脑两半球有分工，但并不分家，而是分工合作，互相补偿，协同工作；脑细胞的分布是不平衡状态，存在优势和劣势之分，不是全集中到一个区域。如，形象思维细胞优势存在右半脑，但是，左侧半脑也有形象思维细胞分布，只是左脑的抽象思维细胞占优势。科学家们根据这一系列实验，大胆提出大脑两半球各有优势的双势理论。

现代脑科学为揭示思维活动的奥秘提出大量科学根据。据估计，人脑神经元的数量大约是10的10—11次方，每个神经元由两部分构成：神经细胞体及其突起（树突和轴突——即神经纤维）。长的突起可达1米以上，短的突起不到其千分之一，神经之间通过突触互相连接；突触的数量是惊人的，据测定在大脑皮层的一个神经元上，突触的数目可达3万以上。整个脑内突触数目约在10的14—15次方（百万亿—千万亿），突触的联系方式是多种多样的，常见的是一个神经元的纤维末梢与另一个神经元的胞体或树突形成突触联系；但也有轴突与轴突，胞体与胞体，以及其他方式的突触联系。

突触的功能十分复杂，据目前的试验资料表明，它的功能大体有如下两种：第一，它可以产生电势，形成电场，即发生电紧张性影响；第二，它可以传递神经冲动，相当于开关电路一样，产生兴奋（开启）和抑制（关闭）。因此，突触表现出的神经回路的功能要远比电子线路中的一个接点复杂，甚至也比一个双稳态触发器复杂，即比电子开关电路复杂。(www.xing528.com)

神经元之间的组合形式也是多种多样的。一个神经元可以通过纤维分支与许多神经元建立突触联系，使一个神经元的信息可以直接传递给许多神经元，形成辐射型信道。不同部分、不同区域的神经元的神经末梢也可聚合到一个神经元上，使得不同来源的信息都集中到一起，形成信宿；此外还环形组合、链形组合，等等，更为复杂的组织方式。

神经元的功能包含着突触的功能。如果把突触看作是电子线路的接点，那么，神经元就是一个集成电路。脑内神经元的分布具有极为严格的次序，高度的特异性和层次性。进入大脑的各种信息，通过不同层次的神经回路活动，进行着不同水平的分析、综合、抽象、概括。这些比较简单的思维功能，往往可以在一个或几个“集成块”中完成，致于更复杂的思维活动，如，归纳和演绎等逻辑思维的推理活动，类比、连想、想象等形象思维的活动，往往需要在更大范围的若干“集成块”中完成，越是复杂的思维活动，越是需要扩大范围，越是经过多次反馈。

现代脑神经科学的诱发电位实验证明：当人的感官受到刺激时，从人的脑皮上可以记录相应的电位变化，称为诱发电位。由于电位很小，混杂在自发的脑电波之中，不易分辨。采用电子计算机技术可以将诱发电位进行叠加平均，杂乱的自发脑波互相抵消，使诱发电位明显起来，称为平均诱发电位。实验证明，当人的注意力集中到某种感觉信号时，这种感觉刺激所引起的诱发电位要大些。平均诱发电位的实验可以解释“选择性注意”即为什么会产生视而不见、听而不闻的现象。例如，美国心理学家克莱因斯通过实验，能根据脑电波的波型测知受试者正在注意什么颜色；美国密苏里大学的约克和金逊能够鉴别出27个词的脑电波图形。

人的中枢神经系统就是由上千亿的神经元交织成的网络，科学家把它比喻成同大宇宙相对立的小宇宙。人脑的信息容量之所以会比美国国会图书馆的8千万册藏书还丰富得多，不仅在于组成大脑的神经元多，更重要的还在于，没有任何两个神经元的形状完全一样；神经细胞与其他细胞不同之处在于它有极为独特的外形，即细长的轴突和丛状的树突，还有一个能产生神经冲动的细胞外膜，和一个能传递信息的特殊构造的突触；由于各个神经元的形状各异，可以推测它并不像集成块那样只能执行屈指可数的功能。

神经元的信息传递方式有两种：一种是突触传递，包括电传递和化学传递；另一种是非突触传递，主要是通过体液传递信息。但是这两种传递信息的具体形式则极为复杂，因为每个神经元的形状不同，组合方式不同，引起诱发电位和自发电位的大小不同，作用的时间长短不同，信源向信道的辐射角度不同，信道向信宿的汇聚渠道不同，等等；从而为大脑加工信息，整理信息，存储信息，增殖信息，创造信息提供了极为庞大的硬件基础。

脑结构专家们认为，在人类进化过程中，人的认识功能有着生理意义上的阶段性，即认识的进化会伴同大脑的神经元发生结构重组。比如，跟认识功能有关的部分脑细胞会出现生理增殖、变大，而第一视觉槽皮质区会缩小，等等。神经生理学研究表明，每一思维活动，都是由神经系统的许多部分进行协同工作，包括大脑皮层、丘脑　嗅脑和上端脑的网状结构等，几乎同时产生不同形式（不同波幅，不同波形，不同周期）的电波。