大腦實現信號存貯、識別、聯想的生理結構模型(1)

大脑实现信号存贮、识别、联想的生理结构模型(1)

大脑实现信号存贮、识别、联想的生理模型犹如建筑模型,有了模型大家就可以针对模型而品头论足,发现模型存在的问题,然后再通过对模型的修改而使得模型更加完善。模型方法是研究大脑思维的一种非常有效的方法。模型中肯定会存在问题,甚至可以说模型就是为了让人们发现问题,你发现了问题并改正了问题,就可以使模型更加完善。

根据现有的实验证据及相关理论可设计出下面的大脑实现记忆的模型。

大脑实现信号存贮、识别、联想的生理结构模型(1)

注:上面圆点代表一个基本的记忆单位,一个记忆单位表示可以记忆一个刺激信号。一个记忆单位可能由一个神经元组成,也可能由右干个神经元组成。

在上述模型中,不同的感觉器官所接收到的刺激信号存贮到相应区域的大脑皮层中。例如,视觉刺激信号存贮于大脑中的视觉区域,听觉刺激信号存贮于大脑中的听觉区域。

我们已知的是不同的感觉器官同时接收的信号在大脑中会产生同时联想关系。空间与时间上接近的刺激信号在大脑中会产生接近联想关系。刚输入大脑中的信号会激活大脑中的存贮有相似信号的神经元。

针对上述记忆模型,如果定量地分析同时联想与接近联想是如何产生的,就会发现下述问题:例如。眼睛看到的文字“桃子”的记忆痕迹“A”与耳朵听到的 “桃子”的发音的记忆痕迹“B”之间是通过什么方式而产生联想关系的?如下图所示,视觉联络区与听觉联络区之间的距离有几厘米的距离,即记忆痕迹A与B的距离有可能达几厘米,对神经元而言,这几厘米已是非常遥远的距离。A与B之间要建立联想关系,必须有一种方式使得A与B相互联系起来。

大脑实现信号存贮、识别、联想的生理结构模型(1)


当前遇到的问题是A与B之间不可能是通过神经元而建立联系,因为这需要大量的神经元。大脑中的各个皮层区域会存贮数千万个以上的信号,而存贮在大脑中的各个区域中的信号之间会形成数百万以上的联想关系,存贮不同区域的刺激信号(或记忆痕迹)是通过何种方式而产生联想关系的?

通过定量的详细分析就会发现,不同区域的记忆痕迹之间的联想关系不可能是通过神经元这种有线的方式而建立,因为这需要消耗大量的神经元,这会远远地超过大脑中所拥有的神经元的数量。

现有的理论未明确说明一个刺激信号存贮在大脑中的哪个具体位置,也未明确说明是如何形成联想关系的。由于不可能是通过有线的方式而建立不同区域的记忆痕迹之间的联想关系,因此,为了解释大脑的联想关系,下面提出了一种解释大脑记忆的全新模型:

大脑实现信号存贮、识别、联想的生理结构模型(1)


上述模型是一个可以正常运行的模式,可以有效地解释大脑如何实现信号存贮、识别、联想,下面首先说明上述模型是如何运行的,然后再详细说明建立该模型的理论基础。

1、 大脑皮层中的神经元是实现记忆的物质基础。

2、 一个记忆单元存贮一个刺激信号。一个记忆单元有可能是一根神经元(或左右脑各用一根),或若干个神经元。

3、 大脑中的神经元所发出的电脉冲、化学物质只是控制信号,用于控制邻近的神经元的兴奋与抑制。神经元所出的电脉冲及化学物质不是神经元所存贮的刺激信号的信息。很多人都把神经元所出的电脉冲及化学物质当作是神经元所存贮的刺激信号的信息,这是错误的。

4、 感觉器官接收到信号后,通过神经纤维而传递到大脑中,信号传递到大脑皮层后把信号转化为无线信号,然后大脑中的神经元接收无线信号并存贮信号。(现有资料未说明大脑皮层中是否有传递神经纤维所发送的信号的线路、通道,也未说明神经纤维所传递的信号在传递到大脑皮层后是以何种方式而在大脑中进行传递。感觉器官需要通过很多个神经纤维来传递接收到的信号,例如视觉信号需要通过约200万根视神经纤维来传递。因此,大脑中的信号传递不可能是以有线方式而传递的,有线方式传递信号所需要的资源的数量非常庞大。若是有线传递信号,那么,神经元就必须与传递信号的线路有接触而且存在逻辑关系(犹如计算机内存存贮提取信息的方式),神经元也无法与如此众多的线路发生直接的联系。从计算机存贮数据的方式来推断,大脑不可能是以有线方式而在大脑中传递信号。)

5、 信号存贮到哪个或哪些个神经元中?信号存贮中什么位置由大脑随机决定,哪里的神经元处于兴奋状态,就由哪里的神经元接收并存贮信号。大脑会自动地控制大脑中有多少个神经元处于兴奋状态。大脑存贮、读取信号不需要地址(这与计算机完全不同,计算机存贮、读取数据需要有具体的地址)。大脑中未存贮过信号的神经元处于兴奋状态时就会接收信号并存贮信号。

6、 大脑中的神经元是通用的,同一处的神经元即可存贮视觉信号也可存贮听觉信号,也可存贮其它信号。也可以说,大脑并不是把不同的感觉器官所接收的信号存贮于不同的对应的神经元中。

7、 同一时间段(或空间接近)的各种感觉器官接收到的刺激信号存贮于大脑中彼此相互接触的神经元中,并产生联想关系(并不是不同的感觉器官所接收的信号存贮于不同区域中的神经元中)。

8、 大脑中的神经元通过无线的方式传递、接收信号。大脑中的已存贮刺激信号的神经元处于兴奋状态时就会发出无线信号,这种无线信号也会激活存贮有相似信号的神经元。

9、 使神经元兴奋的两种方式:一是相似的无线信号的刺激,二是周围邻近的、相互接触的神经元所发送过来的电脉冲或化学物质的激活。

10、 同时联想、接近联想的产生:大脑同一时间段内所接收的不同的感觉器官的刺激信号存贮在物理上相互接触的神经元中。这些神经元因是物理上相互接触,彼此之间就可以通过电脉冲、化学物质而相互激活,这就是联想。

11、 如何提取信号的方法、方式:一是外界的信号激活相似的信号,二是由联想而激活相应的信号,三是由大脑随机地决定,四是由大脑中兴奋的神经元所发出的无线信号而激活相似的信号。大脑在提取信号时不需要知道相应信号的存贮地址,这与计算机完全不同,计算机在提取数据时首先需要搞清楚相应的数据的存贮地址。

12、 神经元只能一次性地存贮信号而不是多次存贮信号。若神经元可以多次存贮信号,就会破坏原来产生的联想关系。

13、 大脑从靠近感觉器官的位置开始存贮信号。大脑中的神经元可分为两类,一类是已存贮信号的神经元,另一类是未存贮信号的神经元。靠近感觉器官位置的神经元是已存贮信号的神经元,远离感觉器官的位置是未存贮信号的神经元。

2019.12.6


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