脑的部分工作原理初述及（信息加工）工作机制简介

脑的部分工作原理初述及（信息加工）工作机制简介

脑研究的重要性是不言而喻的，然而研究的复杂性也是空前的。在脑研究中，无论是自上而下的研究，还是自下而上的研究，最终都要回答这样一些问题：脑是如何工作的？物理的脑是如何形成意识体验的？

这些问题的回答，仅靠实验的方法，在可预见的将来是不容乐观的。理论和实验是科学发展的两翼，这种情况，为发挥理论方法的特长提供了机遇。理论方法，即：先提出一个理论假设，在此基础上形成一些可验证的推论，通过对推论的证明，达到证明假设的目的，使假设成为理论。

然而，理论假设的提出，也不是轻而易举的。理论假设需要有足够的科学性，需要有相当的实验基础。然而，实际情况往往是难以满足这些要求的。实验往往是不充分的，直接提出理论假设是困难的。在这种情况下，可以把理论假设的形成作为研究内容，采取分步走的理论方法。即：以现有的实验结果为基础，先提出一个科学性不是很强的工作假设，以此为基础，按理论方法的研究程序开展工作，然后根据研究结果对工作假设进行修正，增加假设的科学性，直到形成新的工作假设。如此这样，经几次循环，最终形成“理论假设”；“理论假设”形成后，就可以按理论方法展开研究，直到成为理论。

按照这样的思路，在多年围绕“脑和意识”进行阅读和思考的基础上，结合有限的文献，提出部分脑的工作原理和一些猜想，以此作为脑研究的工作假设；在此基础上，形成一个脑信息加工的工作模型。

第一部分  脑的部分工作原理

1.信息性原理

脑是一个特殊的信息系统：脑是进化的产物，生来就携带大量的信息；特别是出生后，能实时感知内、外环境的多模态刺激，并以这些刺激信号为基础，在多层次上从多个角度生成有关刺激的各种信息并记忆，更能通过对这些信息的分解、重组，建构新的信息并储存。

由此可见，内、外环境信息是在刺激信号的基础上形成的，分为两类：以刺激信号为基础直接形成的信息为原生信息，通过对原生信息进行加工形成的信息为衍生信息。无论哪一类信息，一经形成，就是脑携带的信息。

脑携带的信息主要有：种族遗传信息，包括机体其余器官的状态及其相互协调、配合关系信息；在刺激信号基础上形成的各种记忆信息（包括机体所处和所经历的自然、社会环境中各种存在物的状态及变化规律等陈述性信息、情景性信息、关系性信息、策略性信息等；为完成任务需要机体做出的各种行为、动作等指令性信息）。这些信息，都要在脑中反映出来。脑结构（含宏观的形态结构以及微观的连接结构，包括神经元种类、彼此间连接关系和强度等）是这些信息的综合体现。

猜想1.1  神经代理及生命组猜想

脑中，存在这样一些神经结构：它们在功能上与机体的某个器官密切相关，用组成神经元的电特性（包括激活程度、放电频率、电紧张状态等）的整合和连接方式等途径直接、间接地表示器官的基本状态、变化情况及与其它器官的关系等。一定程度上，它们构成该器官的神经代理。

在器官和其神经代理间，存在着某种联系，它们构成神经代理的主要输入和输出。除此之外，神经代理间以及神经代理与脑的其它神经结构间同样存在一些联系，反映器官间以及器官与环境间的关系。由此可见，神经代理的输入有两部分：所支配的器官的直接、间接反映和其它神经结构的输入；产生的输出，除支配相应的器官外，还到其他神经结构，表示对其他器官等的要求。

神经代理与所支配的器官间，是互相影响的，存在有一定的对应关系。当然，这种对应虽然在整体上是匹配的，但不是实时对应的，如器官的暂时一点变化，不能立即在神经代理上得到比较稳固的反映，而是需要一定的积累，反过来的情况也是如此。

神经代理具有以下特点：

1.稳定性

神经代理的状态主要与所支配器官的状态有关，而器官的状态是比较稳定的，即使处于生长期的器官，情况也是如此。因而神经代理具有一定的稳定性；

2.反作用性

神经代理的状况及其它神经结构对神经代理的作用，最终要在所支配器官上反映出来。当这种作用持续（高频）、强烈时，将引起相应器官发生一定的变化。神经代理具有反作用性。

神经代理是脑的一部分，脑的任何活动都要影响到神经代理。同时，神经代理又反映了所支配器官的状况，而后者是机体的一部分。因此，神经代理是生理、心理联系的桥梁，是生理、心理相互影响的基础。

机体的绝大多数器官是有神经代理的。其中，与生命有直接关系的生命器官的神经代理的集合，构成生命组。

生命组中各生命器官的神经代理不是独立的，而是直接或间接地联系在一起，形成一个相互配合的整体工作。其工作（运行）的特征是：神经代理间既能依次激活，又能顺序抑制，循环往复，周而复始。和神经代理一样，生命组同样具有稳定性和反作用性的特点。

生命组是在心脏的驱动下工作的。其运行既反映了各生命器官的状态，又反映了器官间的配合关系，是机体生命活动的标志。由于各神经代理的状态、彼此间连接关系以及脑的电状态的多样性，生命组的运行有多种形式，是波动的，存在一个运行范围。在没有各种干扰的情况下，运行状态主要由生命器官确定，为生命组的最佳运行状态。这种状态的实现，是脑在发育过程中布局所遵循的一个重要原则。

生命组的运行也要受脑其余部分电状态的影响，结果是运行偏离了最佳状态。此时，生命组具有的稳定性（神经代理间存在的制约关系），不仅能保证生命组的运行，而且能消除这种影响，使运行回归最佳状态。

生命组具有的这种特性，在脑的一般工作机制、脑的信息加工工作机制等方面，具有重要作用。

生命组的稳定性，并不是一成不变的。器官生长、衰老、运动等变化，脑其余部分的重组，都要通过神经代理的传入部分传入神经代理，引起生命组发生相应的变化。生命组运行的最佳状态发生变化，最终结果是在新条件下，形成了新的最佳状态。

2. 系统性原理

脑是一个复杂的生物系统，不仅自身是一个有多部分组成的整体，是一个系统，而且还是更大系统——机体（分为脑和身体）系统的重要组成部分。

脑在结构上的这种层次性特点，要在功能方面反映出来：机体的各种功能，都是脑和其它器官密切配合、协同工作的结果，其中脑发挥着重要作用。脑在机体功能中的作用，即为脑功能；同样，脑功能也是各组成部分配合工作的结果，表现为脑的整体电状态。脑正是通过电状态发挥作用的。

脑的电状态通过相应的效应器要在机体上表现出来，决定和影响着机体的状态。由于机体的不同器官（含腺体）、系统受脑不同部分（区域）的支配，故不同的电状态，在机体上的表现是不同的，脑的具体功能自然也不同。

脑的电状态，与多种因素有关。在刺激相同的情况下，不仅与脑和身体形成的机体系统有关，又取决于脑结构和脑内各组成部分的电状态和相互作用。

脑通过周围神经系统等途径，与机体其它器官、系统建立了直接或间接的双向联系，构成了相互影响、综合平衡的机体系统：由于感受器的转换，脑能实时感知、接收并汇聚多模态的感觉信号，直接影响脑的电状态；能对这些适时感知的信息与脑所携带（含记忆）的信息一起进行加工、处理，形成新的电状态；发出各种指令，通过效应器，协调机体各器官、系统。

由于脑的作用，机体不仅实现了各器官、系统的配合、协调，成为了一个有机的整体；而且各种内、外环境信息，突破了种种时空限制，共存于脑中并按一定的规律得到合理的加工，使机体与所处、所经历的环境在信息层面上成为一个和谐的整体。

身体和脑一起组成的机体系统，为脑工作提供了一个良好的生理环境。不仅确定了脑的基础电状态，而且使状态的稳定性得到基本的保证。

脑的电状态，还与脑的网络结构和脑中所有神经组织细胞的电特性有关，其数量是无穷的。脑中的神经元以突触的方式，彼此直接、间接地连在一起，形成一个复杂的立体神经网络，而神经胶质细胞散落在其中。在这个网络中，由于内、外连接关系（脑区间，脑与感受器、效应器间）的不同、神经元类型的不同以及突触传输的单向性、神经冲动“全或无”的产生特性等，形成多个不同的部分和脑区。

脑的这些组成部分不是独立的，它们既分工又合作，是形成一个整体工作并完成各种任务的，彼此间以电特性的方式相互影响，是一个系统。对成熟脑来讲，各组成部分及脑区对特定的刺激，有比较稳定的电响应；由于彼此间存在复杂的相互影响，其电状态是两种因素的整合。电状态不同的组成部分及脑区，分别具有不同功能。它们进一步整合，形成各种脑功能，构成脑的不同电状态。

这是一个不均质的网络：不同部位的神经元在同样的刺激下，呈现出不同的电特性。网络中任何一个细胞电特性的改变，既要受脑的整体电状态的影响，又要影响脑的整体电状态。

脑是在现有网络状态的基础上，以神经冲动为媒介工作的，结果是脑的电状态发生了改变。一般来讲，在没有内、外干扰的情况下，脑的电状态是稳定的，保证了生命组按常态运行。脑一旦受到干扰，随即进入一种不稳定状态，生命组的运行也偏离了常态。在一定范围时，生命组在生命器官的作用下能回归常态，形成新的稳定的电状态。

来源不同的神经信号，分别进入脑的不同部位，对脑的电状态的影响是不同的。即使相同来源的神经信号，由于信号强度和脑微观结构的不同，形成的电状态也是不同的。

脑的电状态决定了脑功能以及机体功能。这些功能，无论是基本的生理功能还是高级的认知功能，无论是意识状态还是无意识状态，都是脑电状态在机体上的表现。它们是一体的，是相互联系、互相影响的；是共存的，而不是独立的。知、情、意等心理现象，是脑状态在不同方面的表现。

猜想2.1  整体（对应）性猜想

机体的状态是多种多样的，但没有一种器官的具体表现是完全独立的。同一时刻，不同器官的表现虽然不同，但都是脑的整体电状态的表达。它们之间是有内在联系的，是相互制约的，具有整体性。

作为机体的重要组成部分，脑与机体其余器官、系统间存在着密切的联系，参与了机体的各项功能。脑和机体的这种联系，在脑的电状态和机体水平的表现之间建立起一种整体间的对应关系，即脑的一种电状态与机体的一组整体表现即机体状态相对应：

一方面，脑的电状态主要通过两种途径（脑与有关器官、系统的生理联系而影响机体状态的方式或通过脑区间整合而感觉的方式以及两种方式同时发挥作用）在机体上分门别类地得到表达，构成各种机体水平的表现。前者是看不见、摸不着的，是隐性的；而后者则是可测量、可观察、可体会的，是显性的。另一方面，机体水平的任何表现，不仅包括各种具体行为和思维，也包括人格、信念、价值观、推理和决策等，都是由一定的脑的电状态及其变化引起的，构成了机体水平表现的神经机制。

机体水平的表现主要有：

a.机体各种可测量的生理参数；

b.机体可观察的各种行为（含语言）；

c.可体验的各种心理活动。

从以上的分析中可以看出，脑功能是不同于机体功能的。脑功能是特定脑状态在机体功能中的作用，需要效应器转换。同样的脑状态，效应器不同，机体的功能也是不同的。在脑的电状态与机体水平的表现之间，存在着对应关系。

需要注意的是，机体水平的表现是多样的，特别还有一些无意识水平的表现。综合考虑外显的各种表现才能全面地反映脑状态。

猜想2.2  相关性猜想

在脑神经网络中，不存在孤立的神经元。任意两个神经元之间都存在着相互影响，特别是在神经元激活时，表现更为显着。

神经元间的影响，主要体现在电特性上，如场电位的变化、神经冲动的产生、兴奋的扩散等方面。这种影响可以是兴奋的，也可以是抑制的。影响的大小取决于彼此的连接关系（有无直接联系，间接联系时的间接程度）、空间位置及距离、神经元的种类等。任一神经元所受的影响，是该神经元所受各种影响的总和。脑区间的影响是脑区中所有神经元相互间影响的总体描述。

一般来讲，生命组始终是处于活动状态的，对其它神经元构成持续影响。其余处于活动状态的脑结构的影响也是明显的。脑是一个整体，在稳定的情况下，脑内神经元间的相互影响是平衡的，是有利于生命组的运行的。

神经元间的相互影响，直接关系到所影响神经元的激活。一个神经元在一定刺激的作用下能否激活，除神经元类型外，主要是根据该神经元所受的影响确定的。兴奋性影响大于抑制性影响时，易于激活；否则，不宜激活。在特定情况下，有些神经元能在另一些神经元的影响下直接激活。如在目标导向行为中，前额叶皮层中表征目标导向的神经元的激活，将直接激活感觉区有关神经元。

神经元间的相互影响，使脑在不同时、空条件下对同一刺激有了不同的反映，这是各种偏好的生理基础。

有直接联系的神经元之间，除上述影响更显著外，还存在神经冲动的传递。

猜想2.3  扩散性猜想

脑中神经元兴奋后，兴奋以神经冲动的形式在全脑范围内选择性地传递给下游神经元。这一过程是持续进行的，直到产生效应或不能激活其它神经元为止，也就是兴奋能量不足以引起新的兴奋。

兴奋的扩散不是随意进行的，需要一定的扩散路径。对于一个熟悉的刺激，这一路径是相对稳定的。而对于一个新刺激，扩散路径是在生命组和脑的其余结构，特别是激活部分的引导下逐渐形成的。

就认知活动而言，引起神经元兴奋的情况有两种：一是内外环境刺激的直接作用，二是由于脑活性的改变引起记忆信息的激活。无论哪种情况，都是改变了脑的电状态。这种改变，要影响脑其余部分和结构，特别是生命组的运行。

一般情况下，影响是负面的。此时，如果存在这样一些神经元，其电特性的改变更有利于其它脑结构，特别是生命组按常态运行，那么，兴奋将由已兴奋神经元扩散到这些神经元上。其中，与已兴奋神经元有直接联系的下游神经元更敏感，是优先扩散的对象。这是扩散的主要形式。

随着兴奋的扩散，神经元之间的联系将发生一定的改变，将逐步形成一条与特定刺激相互对应的扩散路径。如果兴奋能量不足以到达效应神经元，兴奋将引起路径中最后一个神经元发生某种变化，并最终消失。

如果不存在这样一些神经元，兴奋神经元将直接影响其它脑结构和生命组的运行，引起后者做出一定的调整，以适应这种变化，并最终完成扩散。

实际上扩散路径的形成是十分复杂的。这是因为同时兴奋的神经元是一个集团，集团中每个神经元产生的神经冲动又可传给多个下游神经元，而一个下游神经元可接收多个上游神经元传来的神经冲动。一个神经元最终能否兴奋，取决于接收的刺激总和是否大于阈值。

神经元先整合后分散的特点，往往形成上游神经元集团中的一部分神经元对下游神经元集团的一部分，即多对多的扩散路径，从一个神经元到另一个神经元之间点对点的扩散是很少的。扩散路径的这一特点，是信息分布储存的基础。

在兴奋的扩散过程中，神经冲动经过的神经元将发生一些变化：一是易化了有关神经元，使之变的易于激活，一旦条件成熟（脑活性的变化等导致神经元间的相互影响），这些神经元将自动激活，产生新的神经冲动；二是改变了神经元之间的突触强度和突触度，使后续的扩散变得容易了。总之，兴奋的扩散是造成脑可塑性的一个重要基础。

猜想2.4  特异性猜想

脑不是一个均质网络。脑的不同组成部分（包括专门性核团），或同一部分的不同区域，具有不同的电特性和脑区功能，在不同的脑功能中发挥作用。

任一脑功能，都是多个脑区协调活动的结果。在这些脑区中，对大部分功能来讲，存在一个关键脑区，这个脑区的损伤，意味着这一功能的消失；其余的则是辅助脑区，它们协助关键脑区工作，其损伤只是影响功能的发挥。

任一脑区，能在多项功能中发挥作用。对某种功能来讲是关键脑区，对其它功能来讲则是辅助脑区。

作为机体的重要组成器官，脑在机体的各项功能中都发挥着重要作用。只是不同的功能，脑的电状态不同，活动脑区不同，一起工作的机体其余器官不同。

脑的基本生理功能和高级认知功能的关键脑区基本是明确的。负责认知功能的大脑皮层，不同脑区的功能也是不同的。这些脑区功能是局域性的，不同于综合性的脑功能。

从中可以看出，脑区功能是不同于脑功能的，脑区功能是区域性、单一性的，不一定能在机体水平上表现出来；脑功能是多个脑区活动的整合，是综合性的，不存在某功能的单一脑区。

综合考虑猜想2.2和2.4，脑功能既是整体性的，又是定位性的，是整体基础上的定位。这是因为任一功能的实现，是离不开特定脑区特别是关键脑区的兴奋，是定位性的。而关键脑区的兴奋，是在一定脑状态的基础上发生的，兴奋程度受脑整体状态的影响。脑正是在整体状态的基础上完成各种具体任务、实现多种功能的。同时，一项功能的实现，离不开多个脑区的活动，是多个相关脑区协调活动的整合。

3.活动性原理

脑的活动性，是脑兴奋程度的总体描述，由脑中所有激活神经元（含神经元类型）及其在脑中所处的位置确定。一定的活动性，是脑工作的基础。活动性不同（包括强度和分布两个方面），能激活的神经元及其分布是不同的，能实现的功能也是不同的。

脑的活动性和机体的状态密切相关，两者是相互影响的，最终形成一种稳定，即一定范围的活动性与一种机体状态相对应。

脑的活动性依从无到有、从低到高的次序，可以分为四个档次，分别对应一定的机体状态。具体为：

Ⅰ类活动性，即死亡状态。脑中没有神经元处于兴奋状态，所有神经元都是静息的，整个机体处于死亡状态；

Ⅱ类活动性，即睡眠状态。主要是生命组神经元保持一定水平（维持生命）的兴奋，整个机体处于睡眠状态；

Ⅲ类活动性，即清醒状态。除生命组以外，还有由生命组激活的一些神经元一起兴奋，整个机体处于清醒状态；

Ⅳ类活动性，即工作状态。在Ⅲ类活动性的基础上，有关皮层神经元也有激活，完成高级的认知功能，机体进入工作状态。

脑的活动性是不断变化的。一方面，变化围绕机体睡眠——清醒状态的循环进行，是一个动态的过程。任一时刻的活动性，是由上一时刻的活动性和影响活动性变化因素的总和决定的。

影响活动性的因素有多种，如生命组的活性、生化环境、生活习惯及其它脑结构的状态等，这些因素可分为有利于和不利于活动性两类。它们在不同的机体状态时有不同的变化趋势，如睡眠时，有利的因素增加较快；而在清醒时，不利的因素增加较快。当有利的因素占优时，脑的活动性增加；反之，活动性减少。

当脑的活动性不足以维持清醒状态时，脑和机体进入睡眠状态。此时，如果不利于活动性的因素仍然处于优势，活动性将进一步降低，直到机体死亡。

当机体处于清醒状态时，脑和机体开始警觉，此时，在刺激或记忆的基础上形成意图，进入工作状态。

另一方面，脑的活动性受激活脑区的影响。

脑的活动性是由基础活动性和动态活动性构成的。基础活动性由生命组提供，相对稳定；动态活动性主要由脑中只需生命组就能兴奋的神经结构提供，在一生中是不断增加的。

从经验可知，不同脑区的神经元，激活条件是不同的。有的只需生命组的作用就能激活；有的需要生命组和刺激的共同作用；有的介于两者之间，即：开始时需要生命组和刺激的共同作用，一定激活次数后，只需生命组作用就能激活。无论哪种情况，神经元的激活都要受脑活动性的影响。在其它条件相同的情况下，脑或脑区的活动性越高，其中的神经元就越容易激活。

参与脑动态活动性的主要神经结构，是以生命组为核心、依神经结构与生命组和感觉器官连接的密切程度和输入信息的频率逐步扩展的，直到整个脑。新的神经结构的激活和运行，提高了脑的活动性，对生命组的运行有促进作用。

脑的活动性是有结构的，即活动性在不同的脑区的分布是不均衡的。脑活动性的这种多样性，对脑功能的发挥是有影响的：不同的时空条件，脑的活动性结构是不同的，同样的输入，输出也不同。

4.集团性原理

有皮层神经元参与的认知活动，是脑的高级功能，是脑主要的信息加工工作。

参与认知活动的皮层神经元，不仅数量众多，而且彼此间联系复杂。但这些神经元不是独立活动的，而是组成一个神经元集团发挥作用的。集团中的神经元联系密切，能相互激发，共同表征一定的信息。认知任务就是通过众多神经元集团按一定规则形成、变换、重组等运动完成的，相关集团是根据任务需要在集团化脑的基础上组织起来的。

神经元集团有基本型和衍生型两种。基本型是在外界刺激的直接作用下在感觉皮层中形成的，衍生型则是以基本型为基础，在任务信息的引导下形成的，存在于感觉皮层或其它皮层中。

神经元集团不是先天就有的神经结构，而是在先天脑结构的基础上，皮层中能在较短时间间隔内相继激活或有共同反应特性的神经元在后天经集团化后激活形成的。

集团化是指在相关神经元间建立横向联系，使这些神经元能够协调、有序激活，作为一个整体活动。神经元间先天的横向联系是很少的，绝大部分是后天逐步形成的。如基本型神经元集团就是后天在外界刺激作用下形成的。开始时，需要高强度的刺激，随着刺激次数的增加，神经元间的连接逐渐多了起来，连接强度也增加了，刺激强度就不需要那么高了。横向联系一旦建立，即集团化后，神经元间就能相互激发，不仅易化了神经元的兴奋，低强度的刺激就能使之激活，还能使这些神经元几乎在瞬间协调活动。

所谓横向连接，是指集团内神经元间的连接，其作用是易化集团中的神经元并协调激活；而纵向连接，存在于集团之间，使集团间能序惯激活。相比之下，横向连接是后天形成的，是不稳定的，需要及时巩固。在得不到及时巩固或存在干扰的情况下，集团可能不能形成，功能可能不能正常发挥。

集团化后的脑，将保持先天的脑结构，回归静息状态。一旦有适当的刺激，相应的神经元集团将激活。集团形成后，作为一个整体，具有明显的功能性边界；没有刺激或刺激强度不足时，集团不能形成，边界也不会存在。

脑的集团化，是一个永无终结的过程，只有水平问题，没有完成之说。集团化工作可以在新生脑的基础上进行，也可以在已经一定集团化的脑基础上进行。无论哪种情况，刺激的特点都要在集团中反映出来。相似刺激所形成的神经元集团，有一些共同的组成和横向连接，一个神经元可以是多个神经元集团的组成，究竟属于哪个集团，依其余神经元的激活而定。

神经元集团具有以下特点：

⑴层次性

脑的集团化，实质上是脑微观结构的复杂化，主要发生在大脑皮层。

皮层的不同部位与感受器的连接是不同的，有的是直接连接，有的是间接连接。按连接方式，可将皮层分为不同层次（有直接连接关系的皮层层次较低）。

神经元集团可在不同的皮层层次上形成，高层次集团是在低一层次集团的基础上顺序产生的。这些集团虽然有一定的内在联系，但所在的皮层是不同的，是不同的集团，具有明显的层次性。依次为：刺激——基本型集团——衍生型集团——高一级衍生型集团……

一个低层次集团可以产生多个高层次集团，每个集团反映低层次集团的不同方面。高层次集团可以单独激活，也可以和其它集团同时激活。同一层次具有相同刺激响应的集团全部协调激活时，效果与相应低层次集团激活的效果是一样的。

基本型集团形成过程是这样的：

清醒时，各种感受器能自动感受环境中存在的适宜刺激，并把这种刺激转换为神经冲动沿特异性神经通路传到脑，引起感觉皮层相应神经元的同步激活，形成了刺激的基本型神经元集团。随着刺激时间（频率）和强度的增加，基本型集团持续作用于高层次皮层。由于皮层间存在的联系，能在高层次皮层中形成多个衍生型神经元集团，反映刺激的不同方面；理论上，这个过程会一直进行下去，逐级形成层次不同的集团。

从中可以推断，随着皮层层次的增加，形成的集团组成规模（神经元数量）却在变小，而集团的数量却会增多。虽然形成的难度越来越大，但对刺激特征的编码越来越精细，抽象性越来越高，激活却越来越容易。

集团的层次性，一定程度上反映了脑的认知水平。集团的层次越多且越易形成的，智力水平越高。人和动物、动物的进化水平在这个问题上是有明显区别的。

⑵信息性

神经元集团，特别是基本型，是在刺激的直接驱动下形成的。集团规模及成员间横向联系的强度、方式等，都体现了刺激的特点，具有信息性。对于衍生型神经元集团，情况也是这样。个别具体虽然不能全面体现刺激的特点，还是反映出刺激的某些方面。

神经元集团编码的信息总体来讲有二类，即编码各种外在存在物的状态及变化规律的信息和机体需要完成任务的指令性信息。前者是完成任务的出发点，即完成任务的材料；后者则明确了具体的任务目标。

指令信息可以直接来源于外界的指示（如母亲让孩子去关好窗户）和机体的生理信号（如饥饿等），也可以来源于由环境信号或脑的活动性增加而激发的记忆（如早上去上班等）。两类信息在脑工作中的作用是不同的。

脑的集团化和神经元集团的激活，是一个渐进的过程。由于横向联系的存在，刺激可以是低强度的。首先是个别神经元，继而是部分神经元，最后是整个集团。随着集团中激活的神经元数量的增加，集团编码的信息也逐步清晰、准确起来。当刺激强度不能激活所有神经元时，编码的信息只能部分、模糊地表达，象没有调好焦距的照片，是一种信息倾向。

⑶重组性

神经元集团除由刺激驱动形成外，还可以通过衍生型集团的重组产生。

神经元集团中的神经元是靠彼此间的横向联系而成为一个整体的，组成集团的神经元不同，集团也不同。

横向联系是后天形成的，不是很稳定。虽然有年龄、皮层层次、形成时的环境差异等，总体上容易受其它神经元（脑结构）电特性的影响，特别是在高层次的集团中。在完成任务特别是目标引导任务的过程中，激活的高层次集团中，全体或部分神经元可与集团外其它神经元或其它神经元集团中全体或部分神经元进行重新组合，形成新的神经元集团。

新的集团是在具有一定集团化水平脑的基础上形成的，与刺激没有直接关系，不存在相应的刺激和基本集团。但新集团具有各组成部分原有刺激的某些特征，是这些特征，如A刺激的某些特征与B刺激某些特征的综合。

重组发生在高层次皮层中。集团一旦形成，可向更高层次皮层发展，形成新的衍生集团，直到任务完成。

从这一原理中我们可以看出：

神经信号是不同于神经信息的，神经信号仅仅是单个神经元发出的神经冲动，而神经信息则是由神经元集团中所有神经元发出的神经冲动的集合实现的；当一个神经元集团只能部分激活时，编码的信息不能完全表达，但具有了一定的信息倾向。正是这种倾向的存在，与该集团有关的任务也变得容易起来。启动效应就是这种情况，也是自然、社会环境对认知影响的神经基础。

5.整合性原理

脑在体工作时，当兴奋神经元的数量达到一定规模、兴奋达到一定强度时，这些神经元在形成一个兴奋神经网络的同时，还会形成一个虚拟的信息整合体。这个整合体是由众多神经元的兴奋整合而成，是这些神经元参与的多个神经元集团所携带的信息的综合体现，具有信息意义，是意识觉知的基础。我们的觉知能力及觉知到的东西，是这个虚拟整合体达到一定条件时表现出来的特性及整合体的有关部分，而不是神经活动本身。

单一神经元是不携带任何信息的，信息是由相关神经元集团携带的。集团中的任一神经元都对集团所携带信息有所贡献。当集团的全部神经元不能同时激活或激活强度不够时，集团所携带的具体信息得不到明确表达，形成的整合体也是不完整的，但具有了一定的信息倾向。这些不完整的整合体能相互叠加、彼此融合，分别作为组成成分，共同形成一个信息整合体。

这个整合体不同于神经网络，是与网络并存的一种虚拟存在，不单独占据空间。整合体依赖于神经活动，其形成是有一定条件的。当脑的活动性不足时，整合体不能形成，也谈不上存在。

猜想5.1 意识机制猜想

脑是以神经冲动为媒介进行工作的。兴奋神经元在发放神经冲动的同时，产生相应的电磁场。由于神经元在体的因素，产生的电磁场可以相互叠加、彼此融合，共同形成一个场整合体。当兴奋神经元中既有生命组神经元又有集团化后的皮层神经元且两者的兴奋达到一定强度时，场整合体具有了信息意义，成为信息整合体，而这个信息整合体则表现出意识的特性，意识形成了。此时的信息整合体，也成为了意识整合体，这是自我意识的基础。当兴奋神经元中含有携带信息的完整的神经元集团且达到一定强度时，其携带的信息将以高密度的形式体现在整合体中。这些高密度部分，对整合体构成干扰，是意识的内容。

由此可见：

⑴意识是生命特有的（信息整合体中要有生命组神经元），没有生命是不可能产生意识的。计算机等没有生命的信息系统是不会有意识的；

⑵意识的产生，需要脑经历一定的集团化。没有足够的集团化水平，是不会产生意识的。如婴儿是没有意识的；

⑶意识的产生，需要脑在体工作。脑离体后，是不能进行整合的，整合体不能形成，也就不能产生意识；

⑷意识是以自我意识为基础的，自我意识则是意识主观性的本质。

信息整合体的基础是电磁场，理论上对所有神经元的电特性都有影响，包括产生信息整合体的神经元。只是当兴奋神经元数量较少且强度不足时，这种影响微乎其微，可以忽略不计。在信息整合体达到意识水平时，影响就显著了，表现为意识的反作用。影响方式有易化和抑制相应的神经活动两种，具体方式，取决于意识的内容和所受影响神经元之间的信息联系。

意识整合体不是一种永恒的存在，需要一定的条件。条件达不到要求时，意识整合体不能形成。这与意识飘忽不定的特点是一致的（意识“就是那个随着觉醒而来又随着无梦睡眠或者昏迷、深度麻醉乃至死亡而去的东西”）。

信息整合体是由兴奋神经元整合产生的，是一个整体，每个神经元都有自己的贡献。少数神经元是不能产生的，这与意识的不可分割性是一致的。

信息整合体由兴奋的神经元产生，理论上是可测量的。在技术手段还做不到的情况下，只能靠机体体会。这与意识的主观性、私密性是一致的。

第二部分  脑的信息加工工作机制简介

脑工作有两个方面，一是生命的维持和机体状态的调节，二是信息加工。

信息加工是脑在一定活动性的基础上进行的。无论是脑的活性强度还是活性分布，活动性不同，能完成的工作是不同的。

脑的基础活动性是由生命组提供的，随生命组一起激活的脑区，增加了脑的活性。不同的种族、不同的个体、不同的时空条件，脑的活性是不同的，直接影响信息加工。

生命组是在心脏的驱动下工作的，其运行状态主要由所支配生命器官的状态及配合关系、激活的脑区确定，存在一定的运行波动范围和一个最佳运行状态。它们是生命组运行的维持力量。在不受干扰时，生命组以最佳状态运行。

信息加工是从接收内外环境刺激开始的。清醒时，环境刺激经相应感受器转化为神经冲动阵列后，沿特异的神经通路传向脑，激活脑中相应的神经元，改变了脑的电状态，干扰、影响了脑的活动特别是生命组的运行。

脑的电状态改变后，围绕生命组运行的最佳状态，出现了维持和干扰两种力量。两者的作用截然相反，有下列几种情况：

当干扰力量大于维持力量且作用时间较长时，直接破坏了生命组的运行，生命结束。如吓死了；

当干扰力量短暂地大于维持力量时，生命组暂时中止运行，一段时间后得到恢复。如休克等；

当两种力量势均力敌且干扰力量长时间存在时，生命组的最佳运行状态被迫发生改变。如性情的变化；

普遍情况是干扰力量小于维持力量时，生命组在偏离最佳状态的情况下运行，并逐步回归最佳状态。

最后一种情况，主要是由于生命组具有稳定性实现的。具体地讲，处于活动状态的脑区特别是生命组，对兴奋存在一定的影响，能引导兴奋向影响生命组运行小的方向扩散，直到产生效应或不能扩散为止，完成任务。

由此可见，信息加工工作，是脑在一定活动性的基础上，从接收周围神经系统传来的神经冲动开始，通过兴奋在生命组引导下扩散，到产生效应为止的三个阶段，构成脑信息加工工作的基本过程。

实际的信息加工，是一个十分复杂的过程。这是因为同时兴奋的神经元是分布在多个脑区的多个神经元，综合扩散路径要达到最佳。

脑接收神经冲动后，如果仅仅是少数神经元兴奋或兴奋的神经元不能整合成有意义的神经信息时，兴奋的神经元仅仅作为神经信号的载体，脑就是对神经信号进行处理。这是人脑和动物脑、人脑基本的生理功能和高级的认知功能所共有的工作机制，是脑的基本工作机制

如果环境刺激兴奋的神经元位于皮层，且能整合成有意义的神经信息，相当于脑对神经信息进行处理。在扩散过程中，兴奋的神经元集团将根据任务需要，有可能解构、重组，构成脑的认知工作机制。

神经信息具有层次性，层次越高，抽象程度越高，进化水平也高。这是人脑和动物脑、高级动物脑和低级动物脑的区别所在。