人脑神经网络联结原理

人的思想是端脑(大脑)运作的体现。资料表明,人类大脑皮层约有1000亿个神经细胞,依据神经元轴突联系形式的不同,可分四类:(1)下降轴突,组成投射纤维或联络纤维;(2)短轴突,神经细胞附近的分支;(3)上升轴突,向上皮层延伸的分支;(4)水平方向的轴突,人的大脑皮质分六层结构,水平轴突在各层中分布,但层次间并不杂乱,分层明确。在六层皮质结构中,存在着垂直机构的细胞柱,贯穿六个皮层。大脑皮层大约有5亿个这样的垂直柱,整体上呈放射状排列,每个柱大约有几百个到上万个神经元细胞。在细胞柱内,最底层的细胞构成效应器层,联结运动神经主导控制人体肌肉负责人体行为。较高层细胞构成接受器层和联络层,接受器层负责感觉神经的传入,是构成胼胝体的长程神经纤维,可以对左右大脑半球构成联结;联络层的短程纤维主要构成垂直柱内的内环路。

科学家simons和land在实验中发现,动物(猫、鼠等)的每根胡须在大脑皮层感觉区有一个投射部位,这个部位的神经细胞密集成团,形成细胞柱。实验中把胡须剪去,这个细胞柱的代谢明显降低,后来让胡须正常生长,细胞柱代谢水平回升,说明胡须和细胞柱保持着明显的关系。现代脑科学表明人的每一种感觉都有各自的投射区。视觉有视觉的投射区,包括图像和色觉两个系统;听觉有听觉的投射区,声音有不同的频率,不同的频率信息投射到听觉皮层的不同区域。其它的感觉也是如此。感觉信息特征相似的就会投射到相同的垂直柱。下降轴突和上升轴突联结了垂直柱内的神经元,各种感受器产生神经冲动到达人脑细胞柱,在柱内垂直遍布,这会是对信息的初步处理过程,辨识和归类,可以把同类的信息归类并保存起来,也可以对垂直柱内的信息根据需要按需提取,也可能一种信息的输入会激活不同信息储存神经元,起到同类信息可以转换的枢纽功能。这是人脑的工作机制,这个工作机制形成了属性原理。而垂直柱接受器层的神经轴突传入胼胝体与其它脑区联结,这是可以形成神经网络的原因。这是个假说,但正符合人的思维特征,信息转换的功能在人脑是必定存在的。神经冲动在不同脑区间运行,就是人的思维,通过的通道就是人的神经网络。布罗德曼分区把人脑分为52个区,各区负责各人脑功能,而人脑大约由五亿个垂直柱组成,说明每个脑功能区都有垂直柱的功能。

人脑垂直柱的功能形成了认知事物的属性原理。我们举个例子,苹果、桔子、梨三种水果,这三种水果都有形状、味道和气味的特性,视觉区垂直柱收录了这三种水果的形状,味觉区的垂直柱收录了三种水果的味道,嗅觉区的垂直柱收录这三种水果的气味,垂直柱功能把事物的特性区分开来,这就是属性的划分。在哲学上可以认为是对事物的抽象。当我们想吃苹果的时候,联想到的是苹果的形状、味道和气味。想吃桔子的时候联想到的是桔子的形状、味道和气味。想吃梨的时候,联想到的是梨的形状、味道和气味。吃苹果联想到苹果的形状、味道和气味,说明视觉区、味觉区和嗅觉区三个感觉皮层的神经建立了联系,是神经网络的线性结构。苹果联想到苹果的特性、桔子联想到桔子的特性,梨联想到梨的特性,很难产生联想到桔子的味道,因此,神经网络的联结通道是稳定的。但实际生活中会产生这样的事例,某个人想吃苹果,但苹果没有,有桔子,那么这个人会想到吃桔子,这说明,在垂直柱内的不同事物间可以建立联结,这就是属性原理。由苹果联想到桔子,这是换位思考的方式,把苹果换成梨的过程我称之为突破,即把苹果突破到梨。

苹果联想苹果的特性,桔子联想桔子的特性,梨联想梨的特性,三个特性是完全独立的,是三个线性结构,三个线性是并联的。但苹果、桔子和梨都有形状、味道和气味的特征属性。我们单从形状的属性联想,可以联想到桔子和梨,那么属性原理就在三种水果间建立了联结,从苹果联想到桔子和梨,之后联想到了桔子的形状、味道和气味和梨的形状、味道和气味,这样,属性原理就把苹果、桔子和梨的三条线性结构由并联发展到串联结构,线性结构形成串联网络结构。把苹果视为A,桔子视为B,梨视为C,形状、味道和气味视为X,那么并联结构是AX+BX+CX,串联结构是(A+B+C)X,而AX+BX+CX=(A+B+C)X,这个关系式是简算式。因此根据垂直柱的功能特性,可以改进神经网络联结结构,利用属性原则形成AX+BX+CX=(A+B+C)X,这是简算的关系式,因此可以认为属性原理是形成人脑简算方法的人脑工作机制。属性原理可以从苹果联想到梨,这是换位思考的方式,这种方式我称为突破原理。这是垂直柱信息枢纽功能产生的,突破原理遵循属性原理,突破原理是在属性原理上形成的原理,需要有基础要素,基础要素通过属性机制扩大认知要素范围,比如苹果通过水果的属性突破到梨、桔子等水果,没有苹果的基础要素就不可能想到其它水果,基础要素我称为基本点,突破原理的运用是以基本点为基础的认知扩大。

苹果、桔子、梨的例子是非常简单的例子。人的思维及其复杂,是在成长过程中建立起来的,每个人有各自的习惯。人的行为习惯和思维习惯形成了神经回路的网络结构,人的思想是在习惯性思维上发展形成的。依据使用性比例,不常用的认知要素往往被弱化,在神经细胞内是抑制状态,而经常用到的是激化了的神经细胞。

比如,日常生活中的做饭,是米加水煮熟的过程,没有刻意的思考不会去使用第三种食材,这导致米和水是千百年来做饭主要的材料,这就是人类的习惯思维。依据属性原理,米是食用颗粒,那么这个属性就是食用颗粒,在食用颗粒的属性范围内寻找其它认知元素,有玉米、绿豆、莲子、杏仁、瓜子仁等,这是突破原理,即把米突破到玉米、绿豆、莲子、杏仁、瓜子仁等;同理,水可以突破到牛奶、咖啡、酒等液体,如果这样,饭的种类就会及其丰富,这就是属性原理和突破原理的作用,是人脑工作机制被改进而产生的。

属性原理可以无限度扩大对事物的联想。比如当看到失散多年的恋人时,会联想起在一起的种种场景,比如逛商场的场景,一起骑马的场景,喝咖啡的场景等。在逛商场的场景中,又把逛商场的场景作为属性联系起其它的事物,比如买衣服,款式、价格、品牌,联想到这些时,又可以把这些作为属性联系其它的事物,各种款式、各种价格、各种品牌,依此类推,联想是无限度的;在骑马的场景中,有其它的事物,比如羊群,把羊作为属性,想到了羊肉的美味,把味道作为属性,想到了哪家餐馆好、哪家不好,想到了鱼肉的味道、青菜的味道等;在喝咖啡的场景中,有音乐,想到了演唱者,想到了各类曲风等等。由恋人联想到品牌、鱼肉的味道、歌曲曲风,把根本不是一类的事物联系起来,联系的节点是属性原理,这是垂直柱的枢纽功能,是同一事物的抽象,运用抽象这个节点逻辑出事物,把逻辑理解成水平线性的,很多水平线性的事物可以理解成平行,而属性则是垂直的,属性原理把水平线性的平行事物联系起来。在平行线性间建立垂直联接。这就是神经网络的连结机制。

神经网络没有受到作用是处于静息状态的,开启的机制是神经冲动的作用,即激活。这些作用要素有人体感觉,看到的、听到的、闻到的、感觉到的等,这些感觉信息通过人体感受器生成神经冲动激活神经网络。除了感觉冲动外,人的思想也可以激活神经网络,比如觉得寂寞了,下午去看电影而产生看电影的行为,这个行为是受到神经网络的运行而产生的,说明思想可以激活神经网络。还有一种神经网络的启动机制,人的潜意识,没有受到任何感官作用就产生思想。在人睡着的时候,人的感受器处于静息状态,是没有感觉的,正常状态脑神经活动静息,这个时候人的思想也停止运行。但人的潜意识还能运行,激发脑神经运作,这就是梦的表现,潜意识激发神经网络运行是做梦的由来。潜意识有很多类型,是不通过思考即信息加工区域,潜意识产生的神经冲动直接传导到中枢神经产生行为,这是捷径,是人进化过程中形成的防卫机制,可缩短反应时间,比如一块石头向你砸来,你不需要思考,可以直接产生躲避行为。

属性是多种事物间的同一性,可以是某种形状、某种颜色、某种感觉、某件事、某个画面、某个时间等等。人脑有上千亿个脑细胞,有约五亿个垂直柱,有几十个脑功能区,每个脑细胞发出几百到几千个突触,这样就形成了人脑及其复杂的神经网络,可能存在上千万亿种连接方式。目前人类还不具备整体研究的科学基础。但认知科学、心理学、脑神经科学的发展为揭开人脑的奥秘奠定了基础,心理学、行为学作为表现形式,脑神经科学作为基础,就可以初步探索神经网络的结构和构建原则。

发布于 2017-07-23