腦的部分工作原理初述及（信息加工）工作機制簡介

腦研究的重要性是不言而喻的，然而研究的復(fù)雜性也是空前的。在腦研究中，無論是自上而下的研究，還是自下而上的研究，最終都要回答這樣一些問題：腦是如何工作的？物理的腦是如何形成意識體驗的？

這些問題的回答，僅靠實驗的方法，在可預(yù)見的將來是不容樂觀的。理論和實驗是科學(xué)發(fā)展的兩翼，這種情況，為發(fā)揮理論方法的特長提供了機遇。理論方法，即：先提出一個理論假設(shè)，在此基礎(chǔ)上形成一些可驗證的推論，通過對推論的證明，達(dá)到證明假設(shè)的目的，使假設(shè)成為理論。

然而，理論假設(shè)的提出，也不是輕而易舉的。理論假設(shè)需要有足夠的科學(xué)性，需要有相當(dāng)?shù)膶嶒灮A(chǔ)。然而，實際情況往往是難以滿足這些要求的。實驗往往是不充分的，直接提出理論假設(shè)是困難的。在這種情況下，可以把理論假設(shè)的形成作為研究內(nèi)容，采取分步走的理論方法。即：以現(xiàn)有的實驗結(jié)果為基礎(chǔ)，先提出一個科學(xué)性不是很強的工作假設(shè)，以此為基礎(chǔ)，按理論方法的研究程序開展工作，然后根據(jù)研究結(jié)果對工作假設(shè)進(jìn)行修正，增加假設(shè)的科學(xué)性，直到形成新的工作假設(shè)。如此這樣，經(jīng)幾次循環(huán)，最終形成“理論假設(shè)”；“理論假設(shè)”形成后，就可以按理論方法展開研究，直到成為理論。

按照這樣的思路，在多年圍繞“腦和意識”進(jìn)行閱讀和思考的基礎(chǔ)上，結(jié)合有限的文獻(xiàn)，提出部分腦的工作原理和一些猜想，以此作為腦研究的工作假設(shè)；在此基礎(chǔ)上，形成一個腦信息加工的工作模型。

第一部分  腦的部分工作原理

1.信息性原理

腦是一個特殊的信息系統(tǒng)：腦是進(jìn)化的產(chǎn)物，生來就攜帶大量的信息；特別是出生后，能實時感知內(nèi)、外環(huán)境的多模態(tài)刺激，并以這些刺激信號為基礎(chǔ)，在多層次上從多個角度生成有關(guān)刺激的各種信息并記憶，更能通過對這些信息的分解、重組，建構(gòu)新的信息并儲存。

由此可見，內(nèi)、外環(huán)境信息是在刺激信號的基礎(chǔ)上形成的，分為兩類：以刺激信號為基礎(chǔ)直接形成的信息為原生信息，通過對原生信息進(jìn)行加工形成的信息為衍生信息。無論哪一類信息，一經(jīng)形成，就是腦攜帶的信息。

腦攜帶的信息主要有：種族遺傳信息，包括機體其余器官的狀態(tài)及其相互協(xié)調(diào)、配合關(guān)系信息；在刺激信號基礎(chǔ)上形成的各種記憶信息（包括機體所處和所經(jīng)歷的自然、社會環(huán)境中各種存在物的狀態(tài)及變化規(guī)律等陳述性信息、情景性信息、關(guān)系性信息、策略性信息等；為完成任務(wù)需要機體做出的各種行為、動作等指令性信息）。這些信息，都要在腦中反映出來。腦結(jié)構(gòu)（含宏觀的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及微觀的連接結(jié)構(gòu)，包括神經(jīng)元種類、彼此間連接關(guān)系和強度等）是這些信息的綜合體現(xiàn)。

猜想1.1  神經(jīng)代理及生命組猜想

腦中，存在這樣一些神經(jīng)結(jié)構(gòu)：它們在功能上與機體的某個器官密切相關(guān)，用組成神經(jīng)元的電特性（包括激活程度、放電頻率、電緊張狀態(tài)等）的整合和連接方式等途徑直接、間接地表示器官的基本狀態(tài)、變化情況及與其它器官的關(guān)系等。一定程度上，它們構(gòu)成該器官的神經(jīng)代理。

在器官和其神經(jīng)代理間，存在著某種聯(lián)系，它們構(gòu)成神經(jīng)代理的主要輸入和輸出。除此之外，神經(jīng)代理間以及神經(jīng)代理與腦的其它神經(jīng)結(jié)構(gòu)間同樣存在一些聯(lián)系，反映器官間以及器官與環(huán)境間的關(guān)系。由此可見，神經(jīng)代理的輸入有兩部分：所支配的器官的直接、間接反映和其它神經(jīng)結(jié)構(gòu)的輸入；產(chǎn)生的輸出，除支配相應(yīng)的器官外，還到其他神經(jīng)結(jié)構(gòu)，表示對其他器官等的要求。

神經(jīng)代理與所支配的器官間，是互相影響的，存在有一定的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)然，這種對應(yīng)雖然在整體上是匹配的，但不是實時對應(yīng)的，如器官的暫時一點變化，不能立即在神經(jīng)代理上得到比較穩(wěn)固的反映，而是需要一定的積累，反過來的情況也是如此。

神經(jīng)代理具有以下特點：

1.穩(wěn)定性

神經(jīng)代理的狀態(tài)主要與所支配器官的狀態(tài)有關(guān)，而器官的狀態(tài)是比較穩(wěn)定的，即使處于生長期的器官，情況也是如此。因而神經(jīng)代理具有一定的穩(wěn)定性；

2.反作用性

神經(jīng)代理的狀況及其它神經(jīng)結(jié)構(gòu)對神經(jīng)代理的作用，最終要在所支配器官上反映出來。當(dāng)這種作用持續(xù)（高頻）、強烈時，將引起相應(yīng)器官發(fā)生一定的變化。神經(jīng)代理具有反作用性。

神經(jīng)代理是腦的一部分，腦的任何活動都要影響到神經(jīng)代理。同時，神經(jīng)代理又反映了所支配器官的狀況，而后者是機體的一部分。因此，神經(jīng)代理是生理、心理聯(lián)系的橋梁，是生理、心理相互影響的基礎(chǔ)。

機體的絕大多數(shù)器官是有神經(jīng)代理的。其中，與生命有直接關(guān)系的生命器官的神經(jīng)代理的集合，構(gòu)成生命組。

生命組中各生命器官的神經(jīng)代理不是獨立的，而是直接或間接地聯(lián)系在一起，形成一個相互配合的整體工作。其工作（運行）的特征是：神經(jīng)代理間既能依次激活，又能順序抑制，循環(huán)往復(fù)，周而復(fù)始。和神經(jīng)代理一樣，生命組同樣具有穩(wěn)定性和反作用性的特點。

生命組是在心臟的驅(qū)動下工作的。其運行既反映了各生命器官的狀態(tài)，又反映了器官間的配合關(guān)系，是機體生命活動的標(biāo)志。由于各神經(jīng)代理的狀態(tài)、彼此間連接關(guān)系以及腦的電狀態(tài)的多樣性，生命組的運行有多種形式，是波動的，存在一個運行范圍。在沒有各種干擾的情況下，運行狀態(tài)主要由生命器官確定，為生命組的最佳運行狀態(tài)。這種狀態(tài)的實現(xiàn)，是腦在發(fā)育過程中布局所遵循的一個重要原則。

生命組的運行也要受腦其余部分電狀態(tài)的影響，結(jié)果是運行偏離了最佳狀態(tài)。此時，生命組具有的穩(wěn)定性（神經(jīng)代理間存在的制約關(guān)系），不僅能保證生命組的運行，而且能消除這種影響，使運行回歸最佳狀態(tài)。

生命組具有的這種特性，在腦的一般工作機制、腦的信息加工工作機制等方面，具有重要作用。

生命組的穩(wěn)定性，并不是一成不變的。器官生長、衰老、運動等變化，腦其余部分的重組，都要通過神經(jīng)代理的傳入部分傳入神經(jīng)代理，引起生命組發(fā)生相應(yīng)的變化。生命組運行的最佳狀態(tài)發(fā)生變化，最終結(jié)果是在新條件下，形成了新的最佳狀態(tài)。

2. 系統(tǒng)性原理

腦是一個復(fù)雜的生物系統(tǒng)，不僅自身是一個有多部分組成的整體，是一個系統(tǒng)，而且還是更大系統(tǒng)——機體（分為腦和身體）系統(tǒng)的重要組成部分。

腦在結(jié)構(gòu)上的這種層次性特點，要在功能方面反映出來：機體的各種功能，都是腦和其它器官密切配合、協(xié)同工作的結(jié)果，其中腦發(fā)揮著重要作用。腦在機體功能中的作用，即為腦功能；同樣，腦功能也是各組成部分配合工作的結(jié)果，表現(xiàn)為腦的整體電狀態(tài)。腦正是通過電狀態(tài)發(fā)揮作用的。

腦的電狀態(tài)通過相應(yīng)的效應(yīng)器要在機體上表現(xiàn)出來，決定和影響著機體的狀態(tài)。由于機體的不同器官（含腺體）、系統(tǒng)受腦不同部分（區(qū)域）的支配，故不同的電狀態(tài)，在機體上的表現(xiàn)是不同的，腦的具體功能自然也不同。

腦的電狀態(tài)，與多種因素有關(guān)。在刺激相同的情況下，不僅與腦和身體形成的機體系統(tǒng)有關(guān)，又取決于腦結(jié)構(gòu)和腦內(nèi)各組成部分的電狀態(tài)和相互作用。

腦通過周圍神經(jīng)系統(tǒng)等途徑，與機體其它器官、系統(tǒng)建立了直接或間接的雙向聯(lián)系，構(gòu)成了相互影響、綜合平衡的機體系統(tǒng)：由于感受器的轉(zhuǎn)換，腦能實時感知、接收并匯聚多模態(tài)的感覺信號，直接影響腦的電狀態(tài)；能對這些適時感知的信息與腦所攜帶（含記憶）的信息一起進(jìn)行加工、處理，形成新的電狀態(tài)；發(fā)出各種指令，通過效應(yīng)器，協(xié)調(diào)機體各器官、系統(tǒng)。

由于腦的作用，機體不僅實現(xiàn)了各器官、系統(tǒng)的配合、協(xié)調(diào)，成為了一個有機的整體；而且各種內(nèi)、外環(huán)境信息，突破了種種時空限制，共存于腦中并按一定的規(guī)律得到合理的加工，使機體與所處、所經(jīng)歷的環(huán)境在信息層面上成為一個和諧的整體。

身體和腦一起組成的機體系統(tǒng)，為腦工作提供了一個良好的生理環(huán)境。不僅確定了腦的基礎(chǔ)電狀態(tài)，而且使?fàn)顟B(tài)的穩(wěn)定性得到基本的保證。

腦的電狀態(tài)，還與腦的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和腦中所有神經(jīng)組織細(xì)胞的電特性有關(guān)，其數(shù)量是無窮的。腦中的神經(jīng)元以突觸的方式，彼此直接、間接地連在一起，形成一個復(fù)雜的立體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞散落在其中。在這個網(wǎng)絡(luò)中，由于內(nèi)、外連接關(guān)系（腦區(qū)間，腦與感受器、效應(yīng)器間）的不同、神經(jīng)元類型的不同以及突觸傳輸?shù)膯蜗蛐?、神?jīng)沖動“全或無”的產(chǎn)生特性等，形成多個不同的部分和腦區(qū)。

腦的這些組成部分不是獨立的，它們既分工又合作，是形成一個整體工作并完成各種任務(wù)的，彼此間以電特性的方式相互影響，是一個系統(tǒng)。對成熟腦來講，各組成部分及腦區(qū)對特定的刺激，有比較穩(wěn)定的電響應(yīng)；由于彼此間存在復(fù)雜的相互影響，其電狀態(tài)是兩種因素的整合。電狀態(tài)不同的組成部分及腦區(qū)，分別具有不同功能。它們進(jìn)一步整合，形成各種腦功能，構(gòu)成腦的不同電狀態(tài)。

這是一個不均質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)：不同部位的神經(jīng)元在同樣的刺激下，呈現(xiàn)出不同的電特性。網(wǎng)絡(luò)中任何一個細(xì)胞電特性的改變，既要受腦的整體電狀態(tài)的影響，又要影響腦的整體電狀態(tài)。

腦是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的基礎(chǔ)上，以神經(jīng)沖動為媒介工作的，結(jié)果是腦的電狀態(tài)發(fā)生了改變。一般來講，在沒有內(nèi)、外干擾的情況下，腦的電狀態(tài)是穩(wěn)定的，保證了生命組按常態(tài)運行。腦一旦受到干擾，隨即進(jìn)入一種不穩(wěn)定狀態(tài)，生命組的運行也偏離了常態(tài)。在一定范圍時，生命組在生命器官的作用下能回歸常態(tài)，形成新的穩(wěn)定的電狀態(tài)。

來源不同的神經(jīng)信號，分別進(jìn)入腦的不同部位，對腦的電狀態(tài)的影響是不同的。即使相同來源的神經(jīng)信號，由于信號強度和腦微觀結(jié)構(gòu)的不同，形成的電狀態(tài)也是不同的。

腦的電狀態(tài)決定了腦功能以及機體功能。這些功能，無論是基本的生理功能還是高級的認(rèn)知功能，無論是意識狀態(tài)還是無意識狀態(tài)，都是腦電狀態(tài)在機體上的表現(xiàn)。它們是一體的，是相互聯(lián)系、互相影響的；是共存的，而不是獨立的。知、情、意等心理現(xiàn)象，是腦狀態(tài)在不同方面的表現(xiàn)。

猜想2.1  整體（對應(yīng)）性猜想

機體的狀態(tài)是多種多樣的，但沒有一種器官的具體表現(xiàn)是完全獨立的。同一時刻，不同器官的表現(xiàn)雖然不同，但都是腦的整體電狀態(tài)的表達(dá)。它們之間是有內(nèi)在聯(lián)系的，是相互制約的，具有整體性。

作為機體的重要組成部分，腦與機體其余器官、系統(tǒng)間存在著密切的聯(lián)系，參與了機體的各項功能。腦和機體的這種聯(lián)系，在腦的電狀態(tài)和機體水平的表現(xiàn)之間建立起一種整體間的對應(yīng)關(guān)系，即腦的一種電狀態(tài)與機體的一組整體表現(xiàn)即機體狀態(tài)相對應(yīng)：

一方面，腦的電狀態(tài)主要通過兩種途徑（腦與有關(guān)器官、系統(tǒng)的生理聯(lián)系而影響機體狀態(tài)的方式或通過腦區(qū)間整合而感覺的方式以及兩種方式同時發(fā)揮作用）在機體上分門別類地得到表達(dá)，構(gòu)成各種機體水平的表現(xiàn)。前者是看不見、摸不著的，是隱性的；而后者則是可測量、可觀察、可體會的，是顯性的。另一方面，機體水平的任何表現(xiàn)，不僅包括各種具體行為和思維，也包括人格、信念、價值觀、推理和決策等，都是由一定的腦的電狀態(tài)及其變化引起的，構(gòu)成了機體水平表現(xiàn)的神經(jīng)機制。

機體水平的表現(xiàn)主要有：

a.機體各種可測量的生理參數(shù)；

b.機體可觀察的各種行為（含語言）；

c.可體驗的各種心理活動。

從以上的分析中可以看出，腦功能是不同于機體功能的。腦功能是特定腦狀態(tài)在機體功能中的作用，需要效應(yīng)器轉(zhuǎn)換。同樣的腦狀態(tài)，效應(yīng)器不同，機體的功能也是不同的。在腦的電狀態(tài)與機體水平的表現(xiàn)之間，存在著對應(yīng)關(guān)系。

需要注意的是，機體水平的表現(xiàn)是多樣的，特別還有一些無意識水平的表現(xiàn)。綜合考慮外顯的各種表現(xiàn)才能全面地反映腦狀態(tài)。

猜想2.2  相關(guān)性猜想

在腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，不存在孤立的神經(jīng)元。任意兩個神經(jīng)元之間都存在著相互影響，特別是在神經(jīng)元激活時，表現(xiàn)更為顯著。

神經(jīng)元間的影響，主要體現(xiàn)在電特性上，如場電位的變化、神經(jīng)沖動的產(chǎn)生、興奮的擴散等方面。這種影響可以是興奮的，也可以是抑制的。影響的大小取決于彼此的連接關(guān)系（有無直接聯(lián)系，間接聯(lián)系時的間接程度）、空間位置及距離、神經(jīng)元的種類等。任一神經(jīng)元所受的影響，是該神經(jīng)元所受各種影響的總和。腦區(qū)間的影響是腦區(qū)中所有神經(jīng)元相互間影響的總體描述。

一般來講，生命組始終是處于活動狀態(tài)的，對其它神經(jīng)元構(gòu)成持續(xù)影響。其余處于活動狀態(tài)的腦結(jié)構(gòu)的影響也是明顯的。腦是一個整體，在穩(wěn)定的情況下，腦內(nèi)神經(jīng)元間的相互影響是平衡的，是有利于生命組的運行的。

神經(jīng)元間的相互影響，直接關(guān)系到所影響神經(jīng)元的激活。一個神經(jīng)元在一定刺激的作用下能否激活，除神經(jīng)元類型外，主要是根據(jù)該神經(jīng)元所受的影響確定的。興奮性影響大于抑制性影響時，易于激活；否則，不宜激活。在特定情況下，有些神經(jīng)元能在另一些神經(jīng)元的影響下直接激活。如在目標(biāo)導(dǎo)向行為中，前額葉皮層中表征目標(biāo)導(dǎo)向的神經(jīng)元的激活，將直接激活感覺區(qū)有關(guān)神經(jīng)元。

神經(jīng)元間的相互影響，使腦在不同時、空條件下對同一刺激有了不同的反映，這是各種偏好的生理基礎(chǔ)。

有直接聯(lián)系的神經(jīng)元之間，除上述影響更顯著外，還存在神經(jīng)沖動的傳遞。

猜想2.3  擴散性猜想

腦中神經(jīng)元興奮后，興奮以神經(jīng)沖動的形式在全腦范圍內(nèi)選擇性地傳遞給下游神經(jīng)元。這一過程是持續(xù)進(jìn)行的，直到產(chǎn)生效應(yīng)或不能激活其它神經(jīng)元為止，也就是興奮能量不足以引起新的興奮。

興奮的擴散不是隨意進(jìn)行的，需要一定的擴散路徑。對于一個熟悉的刺激，這一路徑是相對穩(wěn)定的。而對于一個新刺激，擴散路徑是在生命組和腦的其余結(jié)構(gòu)，特別是激活部分的引導(dǎo)下逐漸形成的。

就認(rèn)知活動而言，引起神經(jīng)元興奮的情況有兩種：一是內(nèi)外環(huán)境刺激的直接作用，二是由于腦活性的改變引起記憶信息的激活。無論哪種情況，都是改變了腦的電狀態(tài)。這種改變，要影響腦其余部分和結(jié)構(gòu)，特別是生命組的運行。

一般情況下，影響是負(fù)面的。此時，如果存在這樣一些神經(jīng)元，其電特性的改變更有利于其它腦結(jié)構(gòu)，特別是生命組按常態(tài)運行，那么，興奮將由已興奮神經(jīng)元擴散到這些神經(jīng)元上。其中，與已興奮神經(jīng)元有直接聯(lián)系的下游神經(jīng)元更敏感，是優(yōu)先擴散的對象。這是擴散的主要形式。

隨著興奮的擴散，神經(jīng)元之間的聯(lián)系將發(fā)生一定的改變，將逐步形成一條與特定刺激相互對應(yīng)的擴散路徑。如果興奮能量不足以到達(dá)效應(yīng)神經(jīng)元，興奮將引起路徑中最后一個神經(jīng)元發(fā)生某種變化，并最終消失。

如果不存在這樣一些神經(jīng)元，興奮神經(jīng)元將直接影響其它腦結(jié)構(gòu)和生命組的運行，引起后者做出一定的調(diào)整，以適應(yīng)這種變化，并最終完成擴散。

實際上擴散路徑的形成是十分復(fù)雜的。這是因為同時興奮的神經(jīng)元是一個集團(tuán)，集團(tuán)中每個神經(jīng)元產(chǎn)生的神經(jīng)沖動又可傳給多個下游神經(jīng)元，而一個下游神經(jīng)元可接收多個上游神經(jīng)元傳來的神經(jīng)沖動。一個神經(jīng)元最終能否興奮，取決于接收的刺激總和是否大于閾值。

神經(jīng)元先整合后分散的特點，往往形成上游神經(jīng)元集團(tuán)中的一部分神經(jīng)元對下游神經(jīng)元集團(tuán)的一部分，即多對多的擴散路徑，從一個神經(jīng)元到另一個神經(jīng)元之間點對點的擴散是很少的。擴散路徑的這一特點，是信息分布儲存的基礎(chǔ)。

在興奮的擴散過程中，神經(jīng)沖動經(jīng)過的神經(jīng)元將發(fā)生一些變化：一是易化了有關(guān)神經(jīng)元，使之變的易于激活，一旦條件成熟（腦活性的變化等導(dǎo)致神經(jīng)元間的相互影響），這些神經(jīng)元將自動激活，產(chǎn)生新的神經(jīng)沖動；二是改變了神經(jīng)元之間的突觸強度和突觸度，使后續(xù)的擴散變得容易了?？傊d奮的擴散是造成腦可塑性的一個重要基礎(chǔ)。

猜想2.4  特異性猜想

腦不是一個均質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。腦的不同組成部分（包括專門性核團(tuán)），或同一部分的不同區(qū)域，具有不同的電特性和腦區(qū)功能，在不同的腦功能中發(fā)揮作用。

任一腦功能，都是多個腦區(qū)協(xié)調(diào)活動的結(jié)果。在這些腦區(qū)中，對大部分功能來講，存在一個關(guān)鍵腦區(qū)，這個腦區(qū)的損傷，意味著這一功能的消失；其余的則是輔助腦區(qū)，它們協(xié)助關(guān)鍵腦區(qū)工作，其損傷只是影響功能的發(fā)揮。

任一腦區(qū)，能在多項功能中發(fā)揮作用。對某種功能來講是關(guān)鍵腦區(qū)，對其它功能來講則是輔助腦區(qū)。

作為機體的重要組成器官，腦在機體的各項功能中都發(fā)揮著重要作用。只是不同的功能，腦的電狀態(tài)不同，活動腦區(qū)不同，一起工作的機體其余器官不同。

腦的基本生理功能和高級認(rèn)知功能的關(guān)鍵腦區(qū)基本是明確的。負(fù)責(zé)認(rèn)知功能的大腦皮層，不同腦區(qū)的功能也是不同的。這些腦區(qū)功能是局域性的，不同于綜合性的腦功能。

從中可以看出，腦區(qū)功能是不同于腦功能的，腦區(qū)功能是區(qū)域性、單一性的，不一定能在機體水平上表現(xiàn)出來；腦功能是多個腦區(qū)活動的整合，是綜合性的，不存在某功能的單一腦區(qū)。

綜合考慮猜想2.2和2.4，腦功能既是整體性的，又是定位性的，是整體基礎(chǔ)上的定位。這是因為任一功能的實現(xiàn)，是離不開特定腦區(qū)特別是關(guān)鍵腦區(qū)的興奮，是定位性的。而關(guān)鍵腦區(qū)的興奮，是在一定腦狀態(tài)的基礎(chǔ)上發(fā)生的，興奮程度受腦整體狀態(tài)的影響。腦正是在整體狀態(tài)的基礎(chǔ)上完成各種具體任務(wù)、實現(xiàn)多種功能的。同時，一項功能的實現(xiàn)，離不開多個腦區(qū)的活動，是多個相關(guān)腦區(qū)協(xié)調(diào)活動的整合。

3.活動性原理

腦的活動性，是腦興奮程度的總體描述，由腦中所有激活神經(jīng)元（含神經(jīng)元類型）及其在腦中所處的位置確定。一定的活動性，是腦工作的基礎(chǔ)?；顒有圆煌ò◤姸群头植純蓚€方面），能激活的神經(jīng)元及其分布是不同的，能實現(xiàn)的功能也是不同的。

腦的活動性和機體的狀態(tài)密切相關(guān)，兩者是相互影響的，最終形成一種穩(wěn)定，即一定范圍的活動性與一種機體狀態(tài)相對應(yīng)。

腦的活動性依從無到有、從低到高的次序，可以分為四個檔次，分別對應(yīng)一定的機體狀態(tài)。具體為：

Ⅰ類活動性，即死亡狀態(tài)。腦中沒有神經(jīng)元處于興奮狀態(tài)，所有神經(jīng)元都是靜息的，整個機體處于死亡狀態(tài)；

Ⅱ類活動性，即睡眠狀態(tài)。主要是生命組神經(jīng)元保持一定水平（維持生命）的興奮，整個機體處于睡眠狀態(tài)；

Ⅲ類活動性，即清醒狀態(tài)。除生命組以外，還有由生命組激活的一些神經(jīng)元一起興奮，整個機體處于清醒狀態(tài)；

Ⅳ類活動性，即工作狀態(tài)。在Ⅲ類活動性的基礎(chǔ)上，有關(guān)皮層神經(jīng)元也有激活，完成高級的認(rèn)知功能，機體進(jìn)入工作狀態(tài)。

腦的活動性是不斷變化的。一方面，變化圍繞機體睡眠——清醒狀態(tài)的循環(huán)進(jìn)行，是一個動態(tài)的過程。任一時刻的活動性，是由上一時刻的活動性和影響活動性變化因素的總和決定的。

影響活動性的因素有多種，如生命組的活性、生化環(huán)境、生活習(xí)慣及其它腦結(jié)構(gòu)的狀態(tài)等，這些因素可分為有利于和不利于活動性兩類。它們在不同的機體狀態(tài)時有不同的變化趨勢，如睡眠時，有利的因素增加較快；而在清醒時，不利的因素增加較快。當(dāng)有利的因素占優(yōu)時，腦的活動性增加；反之，活動性減少。

當(dāng)腦的活動性不足以維持清醒狀態(tài)時，腦和機體進(jìn)入睡眠狀態(tài)。此時，如果不利于活動性的因素仍然處于優(yōu)勢，活動性將進(jìn)一步降低，直到機體死亡。

當(dāng)機體處于清醒狀態(tài)時，腦和機體開始警覺，此時，在刺激或記憶的基礎(chǔ)上形成意圖，進(jìn)入工作狀態(tài)。

另一方面，腦的活動性受激活腦區(qū)的影響。

腦的活動性是由基礎(chǔ)活動性和動態(tài)活動性構(gòu)成的?；A(chǔ)活動性由生命組提供，相對穩(wěn)定；動態(tài)活動性主要由腦中只需生命組就能興奮的神經(jīng)結(jié)構(gòu)提供，在一生中是不斷增加的。

從經(jīng)驗可知，不同腦區(qū)的神經(jīng)元，激活條件是不同的。有的只需生命組的作用就能激活；有的需要生命組和刺激的共同作用；有的介于兩者之間，即：開始時需要生命組和刺激的共同作用，一定激活次數(shù)后，只需生命組作用就能激活。無論哪種情況，神經(jīng)元的激活都要受腦活動性的影響。在其它條件相同的情況下，腦或腦區(qū)的活動性越高，其中的神經(jīng)元就越容易激活。

參與腦動態(tài)活動性的主要神經(jīng)結(jié)構(gòu)，是以生命組為核心、依神經(jīng)結(jié)構(gòu)與生命組和感覺器官連接的密切程度和輸入信息的頻率逐步擴展的，直到整個腦。新的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的激活和運行，提高了腦的活動性，對生命組的運行有促進(jìn)作用。

腦的活動性是有結(jié)構(gòu)的，即活動性在不同的腦區(qū)的分布是不均衡的。腦活動性的這種多樣性，對腦功能的發(fā)揮是有影響的：不同的時空條件，腦的活動性結(jié)構(gòu)是不同的，同樣的輸入，輸出也不同。

4.集團(tuán)性原理

有皮層神經(jīng)元參與的認(rèn)知活動，是腦的高級功能，是腦主要的信息加工工作。

參與認(rèn)知活動的皮層神經(jīng)元，不僅數(shù)量眾多，而且彼此間聯(lián)系復(fù)雜。但這些神經(jīng)元不是獨立活動的，而是組成一個神經(jīng)元集團(tuán)發(fā)揮作用的。集團(tuán)中的神經(jīng)元聯(lián)系密切，能相互激發(fā)，共同表征一定的信息。認(rèn)知任務(wù)就是通過眾多神經(jīng)元集團(tuán)按一定規(guī)則形成、變換、重組等運動完成的，相關(guān)集團(tuán)是根據(jù)任務(wù)需要在集團(tuán)化腦的基礎(chǔ)上組織起來的。

神經(jīng)元集團(tuán)有基本型和衍生型兩種?；拘褪窃谕饨绱碳さ闹苯幼饔孟略诟杏X皮層中形成的，衍生型則是以基本型為基礎(chǔ)，在任務(wù)信息的引導(dǎo)下形成的，存在于感覺皮層或其它皮層中。

神經(jīng)元集團(tuán)不是先天就有的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，而是在先天腦結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，皮層中能在較短時間間隔內(nèi)相繼激活或有共同反應(yīng)特性的神經(jīng)元在后天經(jīng)集團(tuán)化后激活形成的。

集團(tuán)化是指在相關(guān)神經(jīng)元間建立橫向聯(lián)系，使這些神經(jīng)元能夠協(xié)調(diào)、有序激活，作為一個整體活動。神經(jīng)元間先天的橫向聯(lián)系是很少的，絕大部分是后天逐步形成的。如基本型神經(jīng)元集團(tuán)就是后天在外界刺激作用下形成的。開始時，需要高強度的刺激，隨著刺激次數(shù)的增加，神經(jīng)元間的連接逐漸多了起來，連接強度也增加了，刺激強度就不需要那么高了。橫向聯(lián)系一旦建立，即集團(tuán)化后，神經(jīng)元間就能相互激發(fā)，不僅易化了神經(jīng)元的興奮，低強度的刺激就能使之激活，還能使這些神經(jīng)元幾乎在瞬間協(xié)調(diào)活動。

所謂橫向連接，是指集團(tuán)內(nèi)神經(jīng)元間的連接，其作用是易化集團(tuán)中的神經(jīng)元并協(xié)調(diào)激活；而縱向連接，存在于集團(tuán)之間，使集團(tuán)間能序慣激活。相比之下，橫向連接是后天形成的，是不穩(wěn)定的，需要及時鞏固。在得不到及時鞏固或存在干擾的情況下，集團(tuán)可能不能形成，功能可能不能正常發(fā)揮。

集團(tuán)化后的腦，將保持先天的腦結(jié)構(gòu)，回歸靜息狀態(tài)。一旦有適當(dāng)?shù)拇碳ぃ鄳?yīng)的神經(jīng)元集團(tuán)將激活。集團(tuán)形成后，作為一個整體，具有明顯的功能性邊界；沒有刺激或刺激強度不足時，集團(tuán)不能形成，邊界也不會存在。

腦的集團(tuán)化，是一個永無終結(jié)的過程，只有水平問題，沒有完成之說。集團(tuán)化工作可以在新生腦的基礎(chǔ)上進(jìn)行，也可以在已經(jīng)一定集團(tuán)化的腦基礎(chǔ)上進(jìn)行。無論哪種情況，刺激的特點都要在集團(tuán)中反映出來。相似刺激所形成的神經(jīng)元集團(tuán)，有一些共同的組成和橫向連接，一個神經(jīng)元可以是多個神經(jīng)元集團(tuán)的組成，究竟屬于哪個集團(tuán)，依其余神經(jīng)元的激活而定。

神經(jīng)元集團(tuán)具有以下特點：

⑴層次性

腦的集團(tuán)化，實質(zhì)上是腦微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，主要發(fā)生在大腦皮層。

皮層的不同部位與感受器的連接是不同的，有的是直接連接，有的是間接連接。按連接方式，可將皮層分為不同層次（有直接連接關(guān)系的皮層層次較低）。

神經(jīng)元集團(tuán)可在不同的皮層層次上形成，高層次集團(tuán)是在低一層次集團(tuán)的基礎(chǔ)上順序產(chǎn)生的。這些集團(tuán)雖然有一定的內(nèi)在聯(lián)系，但所在的皮層是不同的，是不同的集團(tuán)，具有明顯的層次性。依次為：刺激——基本型集團(tuán)——衍生型集團(tuán)——高一級衍生型集團(tuán)……

一個低層次集團(tuán)可以產(chǎn)生多個高層次集團(tuán)，每個集團(tuán)反映低層次集團(tuán)的不同方面。高層次集團(tuán)可以單獨激活，也可以和其它集團(tuán)同時激活。同一層次具有相同刺激響應(yīng)的集團(tuán)全部協(xié)調(diào)激活時，效果與相應(yīng)低層次集團(tuán)激活的效果是一樣的。

基本型集團(tuán)形成過程是這樣的：

清醒時，各種感受器能自動感受環(huán)境中存在的適宜刺激，并把這種刺激轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動沿特異性神經(jīng)通路傳到腦，引起感覺皮層相應(yīng)神經(jīng)元的同步激活，形成了刺激的基本型神經(jīng)元集團(tuán)。隨著刺激時間（頻率）和強度的增加，基本型集團(tuán)持續(xù)作用于高層次皮層。由于皮層間存在的聯(lián)系，能在高層次皮層中形成多個衍生型神經(jīng)元集團(tuán)，反映刺激的不同方面；理論上，這個過程會一直進(jìn)行下去，逐級形成層次不同的集團(tuán)。

從中可以推斷，隨著皮層層次的增加，形成的集團(tuán)組成規(guī)模（神經(jīng)元數(shù)量）卻在變小，而集團(tuán)的數(shù)量卻會增多。雖然形成的難度越來越大，但對刺激特征的編碼越來越精細(xì)，抽象性越來越高，激活卻越來越容易。

集團(tuán)的層次性，一定程度上反映了腦的認(rèn)知水平。集團(tuán)的層次越多且越易形成的，智力水平越高。人和動物、動物的進(jìn)化水平在這個問題上是有明顯區(qū)別的。

⑵信息性

神經(jīng)元集團(tuán)，特別是基本型，是在刺激的直接驅(qū)動下形成的。集團(tuán)規(guī)模及成員間橫向聯(lián)系的強度、方式等，都體現(xiàn)了刺激的特點，具有信息性。對于衍生型神經(jīng)元集團(tuán)，情況也是這樣。個別具體雖然不能全面體現(xiàn)刺激的特點，還是反映出刺激的某些方面。

神經(jīng)元集團(tuán)編碼的信息總體來講有二類，即編碼各種外在存在物的狀態(tài)及變化規(guī)律的信息和機體需要完成任務(wù)的指令性信息。前者是完成任務(wù)的出發(fā)點，即完成任務(wù)的材料；后者則明確了具體的任務(wù)目標(biāo)。

指令信息可以直接來源于外界的指示（如母親讓孩子去關(guān)好窗戶）和機體的生理信號（如饑餓等），也可以來源于由環(huán)境信號或腦的活動性增加而激發(fā)的記憶（如早上去上班等）。兩類信息在腦工作中的作用是不同的。

腦的集團(tuán)化和神經(jīng)元集團(tuán)的激活，是一個漸進(jìn)的過程。由于橫向聯(lián)系的存在，刺激可以是低強度的。首先是個別神經(jīng)元，繼而是部分神經(jīng)元，最后是整個集團(tuán)。隨著集團(tuán)中激活的神經(jīng)元數(shù)量的增加，集團(tuán)編碼的信息也逐步清晰、準(zhǔn)確起來。當(dāng)刺激強度不能激活所有神經(jīng)元時，編碼的信息只能部分、模糊地表達(dá)，象沒有調(diào)好焦距的照片，是一種信息傾向。

⑶重組性

神經(jīng)元集團(tuán)除由刺激驅(qū)動形成外，還可以通過衍生型集團(tuán)的重組產(chǎn)生。

神經(jīng)元集團(tuán)中的神經(jīng)元是靠彼此間的橫向聯(lián)系而成為一個整體的，組成集團(tuán)的神經(jīng)元不同，集團(tuán)也不同。

橫向聯(lián)系是后天形成的，不是很穩(wěn)定。雖然有年齡、皮層層次、形成時的環(huán)境差異等，總體上容易受其它神經(jīng)元（腦結(jié)構(gòu)）電特性的影響，特別是在高層次的集團(tuán)中。在完成任務(wù)特別是目標(biāo)引導(dǎo)任務(wù)的過程中，激活的高層次集團(tuán)中，全體或部分神經(jīng)元可與集團(tuán)外其它神經(jīng)元或其它神經(jīng)元集團(tuán)中全體或部分神經(jīng)元進(jìn)行重新組合，形成新的神經(jīng)元集團(tuán)。

新的集團(tuán)是在具有一定集團(tuán)化水平腦的基礎(chǔ)上形成的，與刺激沒有直接關(guān)系，不存在相應(yīng)的刺激和基本集團(tuán)。但新集團(tuán)具有各組成部分原有刺激的某些特征，是這些特征，如A刺激的某些特征與B刺激某些特征的綜合。

重組發(fā)生在高層次皮層中。集團(tuán)一旦形成，可向更高層次皮層發(fā)展，形成新的衍生集團(tuán)，直到任務(wù)完成。

從這一原理中我們可以看出：

神經(jīng)信號是不同于神經(jīng)信息的，神經(jīng)信號僅僅是單個神經(jīng)元發(fā)出的神經(jīng)沖動，而神經(jīng)信息則是由神經(jīng)元集團(tuán)中所有神經(jīng)元發(fā)出的神經(jīng)沖動的集合實現(xiàn)的；當(dāng)一個神經(jīng)元集團(tuán)只能部分激活時，編碼的信息不能完全表達(dá)，但具有了一定的信息傾向。正是這種傾向的存在，與該集團(tuán)有關(guān)的任務(wù)也變得容易起來。啟動效應(yīng)就是這種情況，也是自然、社會環(huán)境對認(rèn)知影響的神經(jīng)基礎(chǔ)。

5.整合性原理

腦在體工作時，當(dāng)興奮神經(jīng)元的數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模、興奮達(dá)到一定強度時，這些神經(jīng)元在形成一個興奮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同時，還會形成一個虛擬的信息整合體。這個整合體是由眾多神經(jīng)元的興奮整合而成，是這些神經(jīng)元參與的多個神經(jīng)元集團(tuán)所攜帶的信息的綜合體現(xiàn)，具有信息意義，是意識覺知的基礎(chǔ)。我們的覺知能力及覺知到的東西，是這個虛擬整合體達(dá)到一定條件時表現(xiàn)出來的特性及整合體的有關(guān)部分，而不是神經(jīng)活動本身。

單一神經(jīng)元是不攜帶任何信息的，信息是由相關(guān)神經(jīng)元集團(tuán)攜帶的。集團(tuán)中的任一神經(jīng)元都對集團(tuán)所攜帶信息有所貢獻(xiàn)。當(dāng)集團(tuán)的全部神經(jīng)元不能同時激活或激活強度不夠時，集團(tuán)所攜帶的具體信息得不到明確表達(dá)，形成的整合體也是不完整的，但具有了一定的信息傾向。這些不完整的整合體能相互疊加、彼此融合，分別作為組成成分，共同形成一個信息整合體。

這個整合體不同于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是與網(wǎng)絡(luò)并存的一種虛擬存在，不單獨占據(jù)空間。整合體依賴于神經(jīng)活動，其形成是有一定條件的。當(dāng)腦的活動性不足時，整合體不能形成，也談不上存在。

猜想5.1 意識機制猜想

腦是以神經(jīng)沖動為媒介進(jìn)行工作的。興奮神經(jīng)元在發(fā)放神經(jīng)沖動的同時，產(chǎn)生相應(yīng)的電磁場。由于神經(jīng)元在體的因素，產(chǎn)生的電磁場可以相互疊加、彼此融合，共同形成一個場整合體。當(dāng)興奮神經(jīng)元中既有生命組神經(jīng)元又有集團(tuán)化后的皮層神經(jīng)元且兩者的興奮達(dá)到一定強度時，場整合體具有了信息意義，成為信息整合體，而這個信息整合體則表現(xiàn)出意識的特性，意識形成了。此時的信息整合體，也成為了意識整合體，這是自我意識的基礎(chǔ)。當(dāng)興奮神經(jīng)元中含有攜帶信息的完整的神經(jīng)元集團(tuán)且達(dá)到一定強度時，其攜帶的信息將以高密度的形式體現(xiàn)在整合體中。這些高密度部分，對整合體構(gòu)成干擾，是意識的內(nèi)容。

由此可見：

⑴意識是生命特有的（信息整合體中要有生命組神經(jīng)元），沒有生命是不可能產(chǎn)生意識的。計算機等沒有生命的信息系統(tǒng)是不會有意識的；

⑵意識的產(chǎn)生，需要腦經(jīng)歷一定的集團(tuán)化。沒有足夠的集團(tuán)化水平，是不會產(chǎn)生意識的。如嬰兒是沒有意識的；

⑶意識的產(chǎn)生，需要腦在體工作。腦離體后，是不能進(jìn)行整合的，整合體不能形成，也就不能產(chǎn)生意識；

⑷意識是以自我意識為基礎(chǔ)的，自我意識則是意識主觀性的本質(zhì)。

信息整合體的基礎(chǔ)是電磁場，理論上對所有神經(jīng)元的電特性都有影響，包括產(chǎn)生信息整合體的神經(jīng)元。只是當(dāng)興奮神經(jīng)元數(shù)量較少且強度不足時，這種影響微乎其微，可以忽略不計。在信息整合體達(dá)到意識水平時，影響就顯著了，表現(xiàn)為意識的反作用。影響方式有易化和抑制相應(yīng)的神經(jīng)活動兩種，具體方式，取決于意識的內(nèi)容和所受影響神經(jīng)元之間的信息聯(lián)系。

意識整合體不是一種永恒的存在，需要一定的條件。條件達(dá)不到要求時，意識整合體不能形成。這與意識飄忽不定的特點是一致的（意識“就是那個隨著覺醒而來又隨著無夢睡眠或者昏迷、深度麻醉乃至死亡而去的東西”）。

信息整合體是由興奮神經(jīng)元整合產(chǎn)生的，是一個整體，每個神經(jīng)元都有自己的貢獻(xiàn)。少數(shù)神經(jīng)元是不能產(chǎn)生的，這與意識的不可分割性是一致的。

信息整合體由興奮的神經(jīng)元產(chǎn)生，理論上是可測量的。在技術(shù)手段還做不到的情況下，只能靠機體體會。這與意識的主觀性、私密性是一致的。

第二部分  腦的信息加工工作機制簡介

腦工作有兩個方面，一是生命的維持和機體狀態(tài)的調(diào)節(jié)，二是信息加工。

信息加工是腦在一定活動性的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。無論是腦的活性強度還是活性分布，活動性不同，能完成的工作是不同的。

腦的基礎(chǔ)活動性是由生命組提供的，隨生命組一起激活的腦區(qū)，增加了腦的活性。不同的種族、不同的個體、不同的時空條件，腦的活性是不同的，直接影響信息加工。

生命組是在心臟的驅(qū)動下工作的，其運行狀態(tài)主要由所支配生命器官的狀態(tài)及配合關(guān)系、激活的腦區(qū)確定，存在一定的運行波動范圍和一個最佳運行狀態(tài)。它們是生命組運行的維持力量。在不受干擾時，生命組以最佳狀態(tài)運行。

信息加工是從接收內(nèi)外環(huán)境刺激開始的。清醒時，環(huán)境刺激經(jīng)相應(yīng)感受器轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動陣列后，沿特異的神經(jīng)通路傳向腦，激活腦中相應(yīng)的神經(jīng)元，改變了腦的電狀態(tài)，干擾、影響了腦的活動特別是生命組的運行。

腦的電狀態(tài)改變后，圍繞生命組運行的最佳狀態(tài)，出現(xiàn)了維持和干擾兩種力量。兩者的作用截然相反，有下列幾種情況：

當(dāng)干擾力量大于維持力量且作用時間較長時，直接破壞了生命組的運行，生命結(jié)束。如嚇?biāo)懒耍?/p>

當(dāng)干擾力量短暫地大于維持力量時，生命組暫時中止運行，一段時間后得到恢復(fù)。如休克等；

當(dāng)兩種力量勢均力敵且干擾力量長時間存在時，生命組的最佳運行狀態(tài)被迫發(fā)生改變。如性情的變化；

普遍情況是干擾力量小于維持力量時，生命組在偏離最佳狀態(tài)的情況下運行，并逐步回歸最佳狀態(tài)。

最后一種情況，主要是由于生命組具有穩(wěn)定性實現(xiàn)的。具體地講，處于活動狀態(tài)的腦區(qū)特別是生命組，對興奮存在一定的影響，能引導(dǎo)興奮向影響生命組運行小的方向擴散，直到產(chǎn)生效應(yīng)或不能擴散為止，完成任務(wù)。

由此可見，信息加工工作，是腦在一定活動性的基礎(chǔ)上，從接收周圍神經(jīng)系統(tǒng)傳來的神經(jīng)沖動開始，通過興奮在生命組引導(dǎo)下擴散，到產(chǎn)生效應(yīng)為止的三個階段，構(gòu)成腦信息加工工作的基本過程。

實際的信息加工，是一個十分復(fù)雜的過程。這是因為同時興奮的神經(jīng)元是分布在多個腦區(qū)的多個神經(jīng)元，綜合擴散路徑要達(dá)到最佳。

腦接收神經(jīng)沖動后，如果僅僅是少數(shù)神經(jīng)元興奮或興奮的神經(jīng)元不能整合成有意義的神經(jīng)信息時，興奮的神經(jīng)元僅僅作為神經(jīng)信號的載體，腦就是對神經(jīng)信號進(jìn)行處理。這是人腦和動物腦、人腦基本的生理功能和高級的認(rèn)知功能所共有的工作機制，是腦的基本工作機制

    如果環(huán)境刺激興奮的神經(jīng)元位于皮層，且能整合成有意義的神經(jīng)信息，相當(dāng)于腦對神經(jīng)信息進(jìn)行處理。在擴散過程中，興奮的神經(jīng)元集團(tuán)將根據(jù)任務(wù)需要，有可能解構(gòu)、重組，構(gòu)成腦的認(rèn)知工作機制。

神經(jīng)信息具有層次性，層次越高，抽象程度越高，進(jìn)化水平也高。這是人腦和動物腦、高級動物腦和低級動物腦的區(qū)別所在。