脑和意识的量子力学机制

脑和意识的量子力学机制

国际脑研究组织( IBRO )

国际脑研究项目讲座组项目

1999年12月9日，科伦坡

DR. GRANVILLE DHARMAWARDENA

科伦坡大学

PO Box 1490, Colombo -03

Sri Lanka.

心理学家们常常习惯地将心灵和肉体当作两个分离的实体来谈论，但是大多数都承认它们是密切地纠缠在一起的。然而没有人知道它们是如何纠缠的，或者有多密切。所以心身问题顽固地抵抗明确的解答。哲学家约翰·塞尔（加州大学伯克利校区的Mills讲座哲学教授）说，今天的哲学家们不愿意处理像人们一直在尝试理解人们与宇宙的关系这样大的一些问题。

所有这些都牵涉到难以琢磨的身心关系，而心又更广泛地涉及到脑心问题。脑心关系阻碍人们很长一段时间了。人们可以为此辩解说，直到最近这都没有被当作是科学研究的对象。

心理学和相关科学能够持续很多年或者根本无视脑或者最多将其当作一个黑箱，其操作结果可以在不涉及其内部成分的情况下被理解。

人脑无疑是宇宙中最复杂的器官。它是物理的和生物的。因此可以用科学研究来它而不会受到哥德尔定理的干涉，哥德尔定理认为在数学体系中存在一些命题，它们是真的但却无法在这些体系中得到证明。

另一方面，意识既不是物理的也不是生物的。因此研究起来，它是更加难以捉摸的对象，哥德尔定理相关的考虑也许在此处将要发挥作用。理解脑和意识的尝试一直主要基于严格的牛顿经典科学并完全基于物质的领域。

虽然人的感觉的理解能力和牛顿科学的范围局限于三维空间，我们宇宙的范围却不局限于三维。我们宇宙中发生的许多自然现象超出了三维场景。因此假定脑和意识的运作机制仍然囚禁在牛顿的三维物质宇宙的疆界内是不可能的。

几百年来在牛顿的宇宙中理解脑心问题的各种努力，引入了许多分割和概念。这些分割和概念已经成为从现代科学的观点，特别是从量子力学的观点重新看待脑心问题的障碍了。

在经典科学领域中想要解决超越经典科学问题的智力杂耍不可能产生任何正确的

答案。

要尝试解释人脑运作机制并发展可以解释所有实际观察资料的意识模型，首先必须要抛弃传统的垃圾，清理场地。还必须要列举观察到的所有脑和意识的特性，并保证开发的模型要能解释所有这一切。

大家一致公认意识的处所在人脑。我们可以附和这一概念。哲学家Colin McGinn （美国Rutgers大学哲学教授）引进了脑的特性P，借助于特性P脑是意识的基础，以及与特性P相关的理论T，完全解释了意识对于脑的状态的依赖性。他补充说，如果我们知道了T，那么我们就对心身问题有了一个建设性的解答。

考虑脑的特性P是合理的，但是在这个阶段不可能排斥这样的可能性，正如诺贝尔奖获得者John Eccles爵士所指出的那样，意识的范围可能并不局限于人脑的范围内。这尤其是因为我们和许多其他人的很多实际观察清楚地显示出，意识时常能够完全脱离肉体。因此，我们可以我们的注意力集中在对三个因素的理解上，即意识的本质，使得意识在脑中运作的脑的特性以及解释脑的和意识像实际观察到那样行为的模型。

物质的脑在很长的时间内已经受到了经典和现代科学家们很多的注意。经典科学关于脑的结构的说明和运作的机制在医学和生物学教科书中很容易就能找到。脑包括大约1.3公斤的灰色物质,它是由几百亿叫做神经元的分化细胞组成，这些细胞具有类似电子计算机中晶体管电路的电子特性.。像在晶体管电路中一样，这些细胞彼此连接起来，

在脑中由几千万亿这样的神经元-神经元连接。像在晶体管电路中一样，电信号由去极

化电脉冲通过神经元来传输。这些电脉冲由其他神经元中的脉冲所激发、调制或抑制，并被传递到其他的神经元。

然而也有差别。在晶体管电路中，电脉冲由电子的迁移以光速的一半高速运动跨越电路来传输，而在神经元中，电脉冲由比电子要重得多的离子以相比之下慢得多每秒最多120米的速度的移动来传输。这个速度太慢不足以解释人类行动的速度。神经元之间的连接是通过生物化学的连接建立的，信号通过离子的释放从一个神经元经过这些连接传送到另一个神经元。在晶体管电路中所有的连接完全是电的。

脑在人体中（从等级的观点看）是最复杂和最重要的器官，并且它是能量贪婪的消费者，每单位物质所消耗的能量比其他人体器官多10倍。几分钟不能向脑提供能量就

能导致脑的实质性损伤并最终导致死亡。在神经元中所表达的蛋白质的种类多达30，000。这比其他任何人体器官中都要多。

理解脑的结构和运作机制的重要性促使美国总统乔治·布什宣布90年代为脑的十年。EEG(Electro Encephelo Graph)是原先用于研究脑的机制的技术。三种新的技术，

PET(Positron Emission Tomography)，MRI(Magnetic Resonance Imaging)和Magneto Encephelography在过去10年中出现用于研究脑的机制。结果是，我们今天对脑的功

能的理解比之前的一、二十年提高了许多。

电脉冲以最高每秒120米的速度移动也许可以适合解释某些人体内的有意识的功能。但是显然不适合解释人类涉及到计算的行动和心灵。在计算机电路和脑细胞之间的

相似性驱使脑研究者们构建脑的计算机模型。一开始他们尝试串行计算机，后来为了解释速度并行计算机也参与进来了。今天计算机模型主导了大多数的脑研究。

然而计算机模型在解释人类的速度方面比需要的要慢了许多个数量级。一位神经生理学家曾计算过，如果脑是标准的串行计算机或并行计算机，需要花费比宇宙年龄更多的时间才能完成仅仅一个知觉事件所需的全部计算量。但是如果脑是量子计算机，它会立刻试所安排的数字的各种可能的组合，并整合其经验。

许多研究脑心问题的研究者们继续持有一种先验的假定，即意识是一种突现的属性。他们把意识当作另外一种属性来看待，从脑中穿梭的几千万亿电脉冲中作为属性P的结果涌现出来。按照这种假定，意识不过是由脑中底层微过程所导致的自然的生物现象，不很适合心灵和物质的传统范畴。然而基于我们和许多其他人所作的实际的观察，我们抛弃了这些假定，并将意识视为可以独立存在的非物质实体

对于OBE（离体经验）和NDE（频死经验）的观察显示，在身体处于一种麻痹状态或无活动状态时意识能够离体，从体外观察事件，后来重新回到脑中。在身体重新恢复正常后，人可以叙述他的意识在他的身体停止活动的状态时从体外的位置所观察到和听到的内容。其他的实验显示了意识能够离开正在死亡的人，在周围漂浮观察事物和事件，后来正如Eccles指出的那样，将自身附着到一个未出生的婴儿开始另一个人的新生。

因此，意识是一种可以独立存在的非物质实体，而非一种属性。意识不是涌现。它可以停留在人脑中，并与人脑相互作用通过脑的属性P，从而控制人体。一旦属性P崩溃，意识就可以离开脑并进入一种独立的漂浮的存在。

意识的这种行为类似于电子进出原子的行为。电子是一种可以停留在原子中量子实体，通过量子力学机制与围绕着原子核的电磁场相互作用，它本身是量子性质的，只要原子的量子状态所获得的能量电子所拥有的能量相匹配。一旦电子的能量不相配了，它就转换到了另一个相配的状态或者开始离开作为一个自由电子。在这个案例中，在原子中电子停留在的属性，电子的本性以及相关的原子模型是众所周知的。所有这一些都是自然中的量子。

让我们来考虑意识的本性，脑的属性P以及可以满意地解决脑心问题的模型。

意识的本质

给意识下定义被认为是一个非常困难的问题。意识这个词是有一个单一的意义，还是像“bank”和“palm”一样有两个意义？在我的母语（Sinhala）和梵文中，有两个分别的词与这个问题有关。梵文中的“Smruthi”和“Vignana”有两个分别的意义，而在英文中“Consciousness”是覆盖了这些意思的共通的词。

意识的“Vignana”意思是指可以独立存在的非物质实体，通过属性P与脑相互作用。让我们用意识来指这种实体。意识的“Smruthi”意思是由上述实体与正常运作的脑和感

觉器官相互作用所产生出来的一种状态。它是当一个人被麻痹后或头部被重击后所丧失的东西。让我们用“S-意识”来指这种状态。