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大脑的无数种工作方式

2024年12月26日  来源:意识本能 作者:迈克尔·加扎尼加 提供人:It8933......

层级的工作协议约束了输出的可能性,但没有规定具体的输出内容。去约束的约束和因果关系不一样。假设你正在为一场派对准备穿着,你衣柜里的存货(或许还有你对常人派对穿着的理解)约束了你的选择,却没有指定具体的服装,你依旧可以有多个选项。工作协议中去约束的约束不会指定输出。如果没有意识到自己正在处理层级结构的工作协议,并先入为主地认为工作协议指定了输出内容,就会带来一系列问题。你可能会试图从行为表现中预测神经发放模式,或者说产生行为的“大脑状态”。伊芙·马德(Eve Marder)24是一位了不起的生物学家,她研究的是龙虾的消化道。她的研究工作很好地证明了这种思维方式的错误。

在这项研究中,马德的研究对象是龙虾的“消化层级”,她检查了肠道的收缩情况。她将每一个神经元和突触分离出来,并详细研究了它们的神经递质活动,后者与龙虾的肠道运动密切相关。就像你的衣橱能产出数百万套装扮(你可以用各种奇奇怪怪的方法进行搭配,比如袜子套手上、短裙底下穿牛仔裤等等),她也在这个小小的肠道中发现了200万种可能的神经网络组合。但是,和你的穿着一样,工作协议的约束减少了输出的可能:只有一小部分神经网络是可行的。你不会把内裤穿在休闲裤外面,也不会在晚礼服下面穿夹克衫,虽然如果你想的话也不是不可以。但是,成百万上亿个选项中的一小部分依旧是一个庞大的数字。事实上,有1%~2%的神经网络是有功能的,也就是由这寥寥数个神经元组成的10万~20万种神经网络会产生龙虾的肠道活动。要想完成运动层级的任务,方法有很多,就如同穿搭的方式有很多种。对神经元发放来说,解决问题的方式千千万万,这就是“多重实现性”。也就是说,同样的认知特性、状态或事件可以由不同的神经发放模式来完成。这看似是一种进化时间或生化能量的浪费。但这也意味着如果一条通路走不通了,就有另外一条通路接棒。

层级化系统通过发展出多用途的部件来节约资源。例如,在大脑的生化层级,有很多蛋白质在信号通路和反馈回路中负责多个环节,从而可以在多个层级参与对系统的调控25。系统不再需要为每个层级单独设计部件,从而节省了能源。

另外一项节约能源的特性是平行加工带来的损害机制。例如,多细胞生物中存在细胞层级,每个细胞单独进行新陈代谢,独立行使职责;同时也有一个组织层级,由许多细胞合作组成,在组织的工作协议下完成任务。细胞层级中的细胞拥有自己的工作协议,也许和组织中的其他细胞一模一样,但是独立运作的。如果一个细胞受损,只需花费少量资源来修复这一个细胞,而不是修复整个组织。并且,如果细胞的受损程度过重无法修复,组织的功能很可能不会受到影响,因为一个细胞的缺失通常是可以被忽略的。但是,在层级化系统中,如果一个负责将信息从一个层级传至其他层级的核心部件出了问题,系统是可能会崩溃的。依旧以生物组织为例,如果负责连接细胞的蛋白质出了问题,信息就无法从单细胞层级传递至组织层级,这样一来,整个系统就宕机了。尽管存在缺陷,生物系统的层级设计依旧是有利的,因为它减少了系统中可产生严重后果的攻击点个数,并限制了攻击对其他区域的影响。

柯施那和格哈特提出,灵活性高的遗传性状为复杂生命体打开了进化之路,因为可变性高的系统往往对致命突变更宽容。生物群体之所以能发生进化,正是因为层级化系统产生的性状变化。因此,层级化系统的“可进化性”为适者生存做出了巨大贡献。

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