大脑神经系统人性实现假说

大脑是人类智慧的源泉所在，是人性得以实现的基础。人类的一切行为表现都是大脑神经系统运作的结果，人类的一切文明成就也是基于大脑的神经系统运作而得到。大脑并不神秘，在已有的神经生物学研究中，无论是大脑的基本组成单位——神经元，还是大脑内部的各个组成结构，又或者大脑皮层的功能区域，科学家们都有了较为成熟的研究成果。但对于大脑如何具体实现人类的各种行为表现，如何实现诸如思考、记忆等复杂脑功能，科学家依然知之甚少。我们所面临的的是这样一个困境：我们知道大脑的神经系统决定了我们的行为表现和脑功能，我们也知道许多关于大脑的神经生物学知识，同时我们的经验和心理学研究给了我们许多关于人类行为表现的只是，可我们不知道两者实现联系的具体机制是什么。具体讲来我们不知道神经元是通过怎样的机制让我们实现思考、记忆、行为等事情的。在机械工程方面，我们只要搞清楚了机械的各个组成部件，就能理解机械功能的实现机制。比如一台汽车，一个钟表，我们把这些东西拆开来仔细研究就能明白其运作机制。而我们无法用这样的方法去搞明白大脑神经系统实现人性的运作机制。我们的困境有点类似软件公司对竞争对手的软件进行反向编译，我们寻求大脑实现人性的具体机制，就相当于知道了软件的功能去求算法和流程。如果我们把已有的神经生物学研究成果比作x集，把人性比作y集，我们知道x、y之间存在因果联系，即f（x）=y。那我们想要知道大脑神经系统实现人性的具体运作机制，就是在求解f（x）的具体表达式。

根据我对神经生物学和心理学的理解以及自身的经验，我试图为f（x）找到一个合理的表达式。为此，我建立一个能够阐述大脑神经系统运作而产生人性的机制模型。这个模型相对复杂，为了把它讲清楚，我将从三个方面进行具体的详细描述：一是大脑结构，二是神经通路，三是通信机制。大脑结构是生物学基础，所有人类在这个层面是一致的。神经通路是指大脑神经系统内部的具体连接，这是决定人与人之间差异的基础，所有人的神经通路都不尽相同。通信机制是指神经信号在具体每个人的大脑神经系统中流通时所产生的的差异，这关乎个人的人性变化。

1、大脑结构

大脑的结构组成是研究比较透彻的，因为只要进行大脑解剖就基本能够把各个结构进行直观的研究。按照成长中胚胎的神经系统由前至后的位置来划分，大脑可分为前脑、中脑、后脑三部分。

胚胎发育中的大脑结构 前脑、中脑和后脑的结构

前脑包括大脑皮质、基底神经节、海马、杏仁核、隔膜、丘脑、下丘脑这几个部分。大脑皮质分为左右半球，负责接收并处理信息，是最大最重要最复杂的结构，必须在后续单独详述。基底神经节对运动系统的机能十分重要，基底神经节障碍会导致运动机能不健全。海马在记忆形成中至关重要，海马切除或损伤的病人仍然可以回忆已有的记忆，但不能形成新的记忆。杏仁核与隔膜对愤怒、恐惧等情绪起作用。杏仁核的损伤或切除会导致缺乏对恐惧的适应。动物实验表明，杏仁核切除的动物不知道怕，不会有恐惧的行为表现。丘脑控制大脑的多数感觉输入。此外丘脑还负责调控睡眠和觉醒。下丘脑控制内分泌系统、自主神经系统。它对控制意识起作用，影响情绪、愉悦、疼痛和应激反应。

中脑是脑干的一部分，中脑最重要的结构是网状激活系统，它调解意识以及诸如心跳、呼吸等至关重要的机能。

后脑由延髓、脑桥和小脑组成。延髓与我们的心跳、呼吸密切相关。脑桥就像一个中继站，其中的神经纤维把脑信号从大脑的一半传到另一半。小脑控制全身的协调、平衡和肌肉弹性，以及过程相关动作的部分记忆。

最后我们可以总结一下，这些结构共同组成了我们发达的大脑。目前我们还没有详细介绍大脑皮质，但我们可以肯定，人类认知、思考、记忆、学习、实施高难度行为都有赖大脑皮质来实现。而我们前面提到的其它结构主要是为大脑皮质处理信息提供某些方面的辅助。它们并不是大脑功能实现的关键角色，在信息处理中，我们可以把大脑皮质比作作战部队，而其它结构则相当于后勤与医疗部队。所以接下来我们将要详细探讨大脑皮质的结构与其功能分区。

大脑皮质与脑区划分

大脑皮质主要由神经元和神经胶质细胞组成，形成左右脑半球。皮质的表面呈灰色，被称为灰质，那是因为它主要由灰色的神经元胞体组成。大脑内部处于灰质下的白色物质也被称作白质，主要由白色的、含有髓鞘的神经元轴突组成。从解剖学角度，左右脑半球都可以划分出四个脑叶：额叶、顶叶、枕叶、颞叶。

脑叶

脑叶的划分能够帮我们识别一些决定大脑功能的区域，但这并不精确。根据已有的神经生物学研究，我们能够在大脑上实现更加精确的脑区划分，找到那些决定某些特定功能的脑区。在位于中央沟前部的额叶上，科学家定位了决定身体各部位运动的运动区。在中央沟后部的的顶叶上，科学家定位了决定人类各部分触觉的本体感觉区。视觉区位于枕叶的后部，它决定视觉信息的接收和处理。听觉区位于颞叶，决定了听觉接收和处理。味觉区位于中央沟后部顶叶的下侧，它决定了味觉的接收和处理。嗅觉区位于皮质内侧顶叶和颞叶的交汇处，它决定了嗅觉的接收和处理。这些脑区如果收到损坏，那么相应的大脑机能就会出现损伤甚至缺失。而如果我们在这些脑区施加电刺激，那么实验者会产生某些运动或报告某种感觉。

脑区

其实在运动区和本体感觉区，科学家们还做了更细致的定位。我们可以从中找到哪些区域负责脸部，哪些区域负责手、脚，那些区域负责躯干等。

运动区精细定位 本体感觉区精细定位

除了这些脑区定位在所有人大脑中都是一致的以外，大脑皮质上的其它区域并不能实现一致的精确功能定位。因此科学家把除开已经定位的运动区和各个感觉区之外的其它脑区统一命名为联合区。因为科学家相信这些区域是负责连接感觉区和运动区而存在的。

如果我们把大脑看成是一台对信息实施“输入——处理——输出”流程的机器。那么实现信息输入的就是所有的感觉区（包括味觉区、听觉区、视觉区、嗅觉区、本体感觉区），联合区则完全负责信息的处理，实现信息输出则依赖运动区。

脑区信息传递流程

脑区的定位让我们对于大脑的运作机制有了一种模糊的概念，但人类复杂的行为表现以及诸如认知、思考、记忆、情感这些东西究竟是如何发生依然无法回答。想要进一步解答这些问题，当前的神经生物学研究已经不能帮我们做出具体解释。为了探寻出大脑神经系统实现人性的具体机制，我们需要引入一个全新的概念——神经模块。

神经模块

目前的神经生物学并没有神经模块这个概念。这个概念是我依据信息编码、处理的必要性所创造的。在大脑的神经系统中，最基本的组成是神经元。神经元的构成分为三部分：树突、胞体、轴突。神经元从树突接收信号，由胞体决定是否产生电信号，最终由轴突将电信号传递至下一个神经元。电信号的重要特征是，它是一种触发产生的、再生性全或无事件。我们可以把神经元的这种特性与晶体管类比。所以一个神经元所能编码的信息只有两种：0或1。而根据生活经验我们的大脑对于信息的编码可不是两种状态可以满足得了的。所以当我们大脑接收信息时必然需要多个神经元来实现信息编码。

当然我们也可以相信信息的表征是以脑区为单位，比如视觉区编码整个的视觉信号。但这种假设也容易被推翻。因为经验告诉我们我们能够分辨一个事物的不同特征属性。比如一个绿色的三角形，我们既能把他识别成三角形，也能识别其颜色为绿色，此外还能识别它的组成是三条直线，它的面积、周长等。也就是说，我们的大脑有能力把一个信息整体拆分为多个单独信息。这些多个单独信息都可以大脑中实现流通、处理。那么必然有编码其信息的神经元团，否则这些信息就无法单独存在。所以我们可以肯定对信息实现编码的基本单位并不是脑区，而是一定数量的神经元。我们将共同编码一种信息的神经元群体称之为神经元模块。神经元模块是编码信息的基本单位，脑区是由多个神经元模块共同构成的。比如视觉区，可能存在这么一些模块：接收模块负责接收视觉信号，形状模块负责编码形状信息，颜色模块负责编码颜色信息，细节模块可以编码组成细节等。这些神经模块的神经元数量不一定相等，但一定多到足以编码出完整的单一信息。他们共同构成了视觉区。

在我们的大脑皮质上，有些神经元模块组成脑区，专门负责某些信息的处理。比如我们已经定位的各个感觉区和运动区。更多的神经元模块是进行信号处理的中间节点，它们并不聚集起来专门处理某一类型的信息。联合区的大多数神经元模块就是如此，所以我们才无法对联合区进行精确的功能定位。

神经元是否属于某一神经元模块并不由其位置决定，而是它在信息流通过程中是否与其它神经元一起构成编码单位而决定。有些神经元可能只属于某一个神经模块，有些神经元则可能属于多个神经模块。从这方面讲，神经模块本身是一个抽象概念。

我们用看到蛇而跑开这样一种神经反应来解释一下大脑神经模块也许是合适的。

大脑神经模块的信息传递

到这里我们已经了解了大脑的结构，大脑皮质的脑区划分以及神经模块。从这些结构层面我们能够对大脑的结构机能由一定的了解，但这些都是静态认知。而我们的大脑之所以能够实现强大的功能，并不是这些结构的简单拼凑。大脑的神经系统结构只是实现大脑强大功能的基础，把这些结构连接起来的神经通路对大脑功能的影响也至关重要。神经通路的复杂往往决定了大脑高等智能的实现，那些专业人才的大脑不见得是结构强于普通人，而可能是神经通路强于普通人。