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揭开大脑产生意识的谜底 (2)

杰拉德.爱德蒙(Gerald M. Edelman)

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基底核是种耐人寻味的构造,对运动的控制和排序具有举足轻重的影响。倘若这种核团的某些构造受损,便会导致神经传导物质多巴胺(dopamine)丧失,从而引发帕金森氏症。

罹患这种病症的患者会出现震颤、运动动作起始困难、强直,甚而出现若干心理症状。基底核(如图一所示)位于脑中央,透过视丘与皮质相连。

它们的神经连结和皮质连结大相径庭,其组成包括连结各个核团的连续突触回路或多突触回路。

就大体而言,基底核不具有(见于皮质本身和皮质与视丘之间的)交互连结模式。此外,基底核的活动多半凭借抑制型神经元来执行,所采用神经传导物质为γ—胺基酪酸。

不过,既然这类回路有可能发生“抑制之抑制”(或“去抑制”)作用,基底核除压抑目标神经元之外,也可能激发其活动。

我们认为基底核涉及运动模式之引发、控制。另外,我们所称的程序记忆(好比记得如何骑脚踏车),还有其他无意识习得的活动,可能也大半都取决于基底核的机能而定。

稍后我们便会见到,在实际经验期间的种种知觉类型之形成作用,也深受基底核的调节机能影响。

最后还有一组构造,也深切影响到关乎学习和意识维系之脑部活动。这些都属上行性系统(ascending system),由于其活动关乎酬赏以及生存所需反应,因此我的同事和我都称之为价值系统(value system)。

这些构造分具不同的神经传导物质,而且从核团源头向外伸出轴突,采分散伸展的模式沿着神经系统分别往上方及下方延伸出去。

价值系统由众多核团组成,包括:“蓝斑核”(locus Coeruleus),这是脑干中神经元较少的核团,能释放正肾上腺素;能释放血清素的“缝核”(raphe nucleus);还有形形色色的“胆碱核群”(cholinergic nuclei),这个名称起因是它们能释放乙酰胆碱(acetylcholine);释放多巴胺的“多巴胺核群”(dopaminergic nuclei);以及“组织胺系统”,位于一处称为“下视丘”(hypothalamus)的皮质下区域里面,下视丘影响身体的众多关键功能。

这群价值系统具有一项惊人特征,它们能分散地投射,彷若渗漏的浇花水管般,同时释出神经传导物质,各自影响大批神经元。

这样一来,这批系统便影响到比邻价值系统轴突的神经元,改变其接受麸胺酸输入之后的放电概率。

这群价值系统之所以冠上“价值”名称,理由是它们能偏转特定神经反应,而这些神经反应能影响学习和记忆,也控制生存所需之身体反应所致。

此外,脑中还有其他几个具有调节机能的部位,它们的中介传导物质称为神经胜.(neuropeptide);举例来说,称为脑啡.(enkephalin)的神经胜.是种内生型类鸦片,可调节疼痛反应。

此外,脑中还有其他的区域,好比牵涉到害怕等情绪反应的杏仁核。不过这类脑区和我们的要讨论的议题无关,这里无须详细描述。

总结我们至此所述内容,就大体而论,我们或可表示,人脑的神经解剖构造具有三大主体(图三)。

首先是视丘皮质主体(thalamo-cortical motif),内含紧密相连的多群神经元,这些神经元群除了局部的紧密连结之外,也透过丰富的交互连结做长距离传导。其次是基底核抑制型回路的多突触回路构造(polysynaptic loop stracture)。

第三种构造则是由不同价值系统的分散上行投射(diffuse ascending projections)所组成。当然了,这种概括式论述完全过于简化,其实神经回路是极端细琐又各有千秋。

不过,稍后我们便会见到,这样的描述提供了有用的简略概念,一旦我们知道它们是怎么运作的,我们会更了解该怎么看待这样的简化讯息。

简要概述谈够了。至此我所描画的写照,只隐约点出脑部神经构造的惊人复杂动态现象。各位已经见识图一所示各脑区的大体布局,理解了图二展现的突触形貌,现在请你闭上双眼,想像几百万条神经通路当中出现数不清的神经放电。

其中部分神经活动依特定频率展现,另有些则展现各种变动频率。身体活动、从环境而来的信号与大脑本身的信号,都会改变突触强度,从而改动传导通路的选择偏好。

我不敢期望读者能精准设想出超天文尺度的神经模式类别数量,尽管如此,这种操练或许可以让我们更能领会脑部的复杂程度。

现在我们的条件齐备了,可以就本章开头提出的几项问题提出所见。请斟酌“大脑是台电脑吗?”这项问题。

倘若我们检视动物神经回路在发育期间的建构方式,那么大脑看来就不像电脑。大脑形成是从胚胎的神经管(neural tube)开始发展。源祖细胞(progenitor cell,神经元的前身,负责佐助一种神经胶细胞﹝glia cell﹞)依特定模式移动,构成多种层理和模式。

当源祖细胞分化为神经元,其中也有许多要死亡。从神经解剖学发轫迄今,细胞移动和细胞死亡都显现高度统计变异。结果发现,没有哪两个人拥有相同的解剖构造型态,就连同卵孪生子也不例外。

在发育最早阶段,物种的独有细胞组织受控于好几类基因家族,其中包括所谓的同源基因(Hox gene)和配对基因(Pax gene)。然而到了特定时点,神经连结和最后结局的控制,便成为后生型(epigenetic)因素;也就是说,这并没有像“硬接线”(hardwiring)一样先预设好,而是由神经活动的型态所引导。

同步放电的神经元因而彼此串联在一起(Neurons that fire together, wire together.)。尽管在较早阶段,是由型态化的细胞运动(patterned cell movement)和计划性细胞死亡(programmed cell death)来决定大脑的结构,然而个别神经元的运动和死亡,却也显现统计变异或随机现象。

到了较晚的阶段,特定神经元的相互连结也出现相同现象。结果便产生一种具有恒常性和变异性的型态,致使每只动物都出现高度个别化的神经网络。

这种做法完全造不出一台电脑,电脑必须依循预先确切配置的程式,来执行输入演算或可行程序,而且接线不容有误。

还有其他更中肯的理由,令人无从采信脑活动以数位计算为基础之理念。稍后我们就会明白,对电脑形成致命干扰的杂讯,就高阶脑部功能运作而言却属不可或缺。

不过,眼前且让我们从其他几个层面来考量脑部的复杂性,以及复杂性和脑部构造、功能的关系。

回顾我刚才讨论的脑部分区整体配置,各位或许要顺水推舟归出结论,认为模组化是脑部功能的要件。

举例来说,既然脑部有几处各具分化功能的视觉区(甚至还有色彩、运动和定向分化),或者改以听觉或触觉的相仿情况为例,我们或许要顺势归出结论,认为脑部特定作用,主要是肇因于这些独立的局域分区(或模组)的特化功能所致。

若是把层次推到较高层级,这项简单观点便会产生颅相学。这种大脑的各种功能分别定位在各种脑区的构想,最早是由法兰士.约瑟夫.加尔(Franz Joseph Gall)提出。

如今我们知道,这种模组化观点是站不住脚的。另外一种设想,脑部运作完全是整体的表现(整体观),同样禁受不起穷原究委。

模组化观点是根据一项极度简化的诠释而来,出自摘除脑部位所产生的效应,其中有动物实验,还有肇因于中风,或者癫痫手术的结果。

举例来说,摘除皮质视一区,总要导致失明,这点十分清楚。然而,我们却不能据此推断,所有视觉特性全都由视一区的机能运作来负责,事实上,该区是构成一系列视觉传导路径的第一个皮质区。

再举现代造影技术为例,尽管找到了积极参与特定功能的某些脑部分区,我们却同样不能依此推断,该群脑区的活动是某些特定行为绝无仅有的起因。“必要”不见得“充分”。

然而,反面的整体派论据却也禁不起考验,它必须把脑活动的整合、分化现象一并说明清楚。这是我们提出全脑理论(global brain theory)必须先达成的要务之一。

稍后我们便会见到,当我们考量到各具分化功能的脑区彼此连结为一套复杂系统,构成虽繁复却又整合的运作方式,这时功能区域特定论者(localizationist)和整体论者之间的长年纷争就会冰消瓦解。这种整合现象是意识突现的要素。

这项推论是理解脑部功能和意识之关系的关键。当然,脑中有些部位一旦受损或遭移除,便会导致意识丧失永不复苏。

其中一区是中脑网状结构(midbrain reticular formation)。另一区是视丘中包含层内核的脑区。然而,这类构造却非意识的栖身位置。

作为一种历程,意识需要这类构造的活动,然而要清楚解释詹姆斯氏的意识特性,还需要动态特性远高于此的设想,而且其中还牵涉到多重脑区活动的整合作用。

现在我们的条件齐备了,可以寻思一种全脑理论,来清楚解释这种最复杂器官的演化、发展和功能,也借此为这样的设想奠定根基。@(本文结束)

摘编自 《大脑比天空更辽阔:揭开大脑产生意识的谜底 》 商周出版社 提供 (http://www.dajiyuan.com)

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