在我们的脑袋中有一个控制我们动作并使我们了解周围世界的非常了不起的结构。正如阿伦?图灵有一回说过1，它和一碗凉粥再相像不过了！非常难以想象，具有如此平淡无奇外观的东西怎么能创造这么多的奇迹。
然而，更周密的考察揭示，头脑的结构极其错综复杂（图9.1）。盘旋在顶上的（最像粥样的）巨大部分称为大脑。它很清楚从中间分成左边和右边两个大脑半球。它的前面和后面不那么清楚分成了额叶和三片其他的叶：顶叶、颞叶和视叶。再下去，头脑后面小很多而有点像球形――或像两团羊毛球――的部分是小脑。里面深处藏在大脑下面有些奇怪而显得很复杂的不同结构：桥脑和髓质（包括我们以后要关心的网状形成），它们由脑干、丘脑、下视丘、海马、胼胝体和其他许多命名奇怪的古怪构造组成。人类感到最为骄傲的即是大脑，不仅因为它是人脑中最大的部分，而且作为整体而言，人的大脑在比例上比其他任何动物的都大。（人的小脑也比大多数其他动物的大）。大脑和小脑具有比较薄的灰色物质外表面，以及具有白色物质的更大的内部区域。人们把这些灰色物质的区域分别称为大脑皮层和小脑皮层。灰色物质正是实行不同种类计算任务的地方，而白色物质是由很长的神经纤维所组成，负责从头脑中一个部分传递信号到另一部分。
图9.1人脑：上、边、下、剖视图。
大脑皮层不同的部位和非常特别的功能相关联。视觉皮层处于视叶内，在大脑的正后方，它与图像的接收和解释有关。至少对人类而言，大自然会选择这个区域来解释从头部正前方的眼睛传来的信号是很奇怪的！但是，大自然还有比这更古怪的行为。正如大脑的右半球几乎完全关联身体左边，而大脑的左半球关联身体的右半部分。这样，实质上所有的神经在进入或离开大脑时都要从一边穿到另一边。对于视觉皮层的情形，右边并不和左眼相关，而是和两只眼睛的左边视野相关。类似，左边的视觉皮层和两只眼睛的右边视野相关。这表明，从每只眼睛视网膜的右边来的信号必须进入右边的视觉皮层 （记住视网膜上的影像是上下颠倒的），而从每只眼睛的视网膜左边来的信号必须进入左边的视觉皮层（见图9.2）。这样在右边的视觉皮层中形成了一个左边视野的一个界限清楚的映射，而在左边视觉皮层中形成了右边视野的另一个映射。图9.2两只眼睛的左边视场被映射到右边的视觉皮层上去，而右边视场被映射到左边的视觉皮层上去。 （下视图； 注意视网膜中的像是颠倒的。）从耳朵来的信号又是以这种古怪方式穿越到大脑的相反一边。右边的听觉皮层（为右边颞颥叶的一部分）主要是处理在左边接收到的声音，而左边的听觉皮层处理从右边来的声音。嗅觉似乎是这个一般规则的例外情形。位于大脑前面的右边嗅觉皮层（位于额叶内――对感觉区域而言，这很特殊）主要是应付来自右鼻孔的气味，而左边的是处理左鼻孔的气味。触觉和称之为触觉皮层的顶叶区域相关。这个区域刚好发生于额叶和顶叶分开的地方。在身体表面和触觉皮层的区域之间有一种非常特别的对应。有时按照所谓的“触觉侏儒”的图示法来表示这一种对应，也就是如图9.3中沿着触觉皮层躺着的变形人体。右边触觉皮层处理左边的身体，而左边的处理右边的身体。在额叶和顶叶的交界处正前方，有一个称为运动皮层的额叶对应区域。这和激发身体不同部位的动作有关，在身体不同的肌肉和运动皮层的不同区域之间又有一个非常特别的对应。我们用一个“运动侏儒”来描绘这一种对应，正如图9.4所表示的那样。右边的运动皮层控制身体的左边，而左边的运动皮层控制右边。
图9.3“触觉侏儒”图解额叶和顶叶分界后面的大脑部分，它和身体不同部位的触觉有最直接的相关。图9.4“运动侏儒”图解额叶和顶叶分界前面的大脑部分，它最直接激发身体不同部位的动作。刚才提到的大脑皮层的区域（视觉的、听觉的、嗅觉的、触觉的和运动的）被称作首位的，这是由于它们和大脑的输入和输出有最直接的关联。和这些首位区域邻近的是大脑皮层第二位区域，它处理更微妙更复杂的抽象感觉（见图9.5）。从视觉、听觉和触觉皮层接收到的感觉信息在相关的第二位区域加工，而第二位运动区域和预想的动作相关，这些动作由首位运动皮层翻译成实际肌肉运动更特定的指令。（由于嗅觉皮层的行为不同，我们又对其所知甚少，所以先不予考虑。）大脑皮层的其余区域称作第三位区域（或缔合皮层）。头脑最抽象最复杂的活动大多在这些第三位区域进行。在一定程度上，头脑正是在这些区域，连同它们的周围，使不同感觉区域来的信息以非常复杂的方式相互交流并接受分析，留下记忆，建立外界的图像，构想并衡量一般计划以及理解和表达语言。
图9.5大脑作用的大致划分。外部的感觉数据进入首位的感觉区域，在第二位和第三位的感觉区域逐步加工到越来越复杂的程度，转移到第三位的运动区域，最后改善成为在首位运动区域的特殊的动作指令。
语言是特别有趣的，这是由于它通常被认为是人类智慧所特有的能力。很古怪的是（至少在绝大多数用右手的人和大部分用左手的人），语言中心主要是在头脑的左边。主要的区域是伯洛卡区域，这是处于额叶的后下部， 还有另一区称作温尼克区域， 它处于颞颥叶的后上部 （见图9.6）。
伯洛卡区域是用来形成句子，而温尼克区域是理解语言；损害伯洛卡区域会减少讲话能力，但不影响理解；而损害温尼克区域，则讲话仍然流利而没有什么内容。称作弓状纤维束的神经束把这两个区域连接起来。当它受到损坏时，理解力没有受到伤害而且言语仍然流利，但是不能把所理解到的讲出来。
图9.6通常只在左边：温尼克区域和理解语言有关，而伯洛卡区域和表达语言有关。我们现在对大脑的作用有了一个非常粗略的图像。头脑的输入来自于视觉、听觉、味觉和其他的信号，这些信号首先要在大脑的首位部分，主要是后叶片（顶叶、颞叶和枕叶）记录下来。头脑的输出表现于激发身体的动作，主要由大脑额叶的主要部分完成。在它们之间进行了某些加工过程。一般来讲，大脑活动是从后叶的首位部分开始，当分析输入数据时，就进入到第二位部分；然后当这些数据被完全理解时，就进入了后叶的第三位部分（也就是语言在温尼克区域被理解）。弓状纤维束，也就是上面提及的神经纤维束，但现在是在头脑的两边，把这处理过的信息带到额叶，在额叶的第三位区域形成一般行动的计划（例如，在伯洛卡区域形成语言）。这些一般的行动计划在第二位运动区域被翻译成关于身体运作更明确的概念，并且头脑的活动最后转到首位运动皮层，在那里信号最终被发送到身体不同组的肌肉去（而且经常一下子送到好几组肌肉去）。呈现在我们面前的似乎是一台超等计算仪器的图像。强人工智能支持者（参阅第一章等）会坚持道，我们在这里有了一台算式电脑的极致范例，实质上就等于是图灵机。该电脑有输入（如同图灵机左边的输入磁带）和输出（如同机器右边的输出磁带），以及在中间实行各种复杂的计算。当然，头脑还能独立进行特殊感觉输入以外的活动。这在人们思维、计算或对过去的回忆沉思时发生。对于强人工智能的支持者而言，这些头脑的活动只不过是进一步的算式活动。只要这种内部活动达到足够复杂的程度，则他们就可以设想引起了“知觉”的现象。然而，我们不应该太快接受现成的解释。上面所表述大脑活动的一般图像只不过是非常粗糙的图像。首先，甚至连视觉接受也不像我在上面表述的那么一清二楚。人们发现，皮层中有几个不同的（虽然是更小的）区域进行视野的映射，这显然是带有其他不同的目的。（我们视觉的知觉似乎和它们不同。） 似乎还有其他辅助的感觉和运动区域分散在大脑皮层 （例如，后叶中不同的点可引起眼睛的运动）。我在上面的描述中，甚至没有提到头脑中大脑以外其他部分的作用。例如，小脑的作用是什么？显然它是负责身体的准确定位和控制，身体动作的时机、平衡和精巧。想象舞蹈家熟练的艺术、职业网球运动员轻松的准确性，赛车者闪电般的控制以及音乐家或画家手的自如动作；再想象羚羊优美的跳跃和猫的躲藏。没有小脑就不可能有这样的准确性，所有动作都会变得笨拙。事情似乎是这样的，当一个人在学习新技巧（例如学走路或学开车）时，刚开始对于每一个动作都要仔细想好，大脑起着控制作用；但是一旦掌握了技巧而成为“第二天性”，小脑就取代了它。而且，人们对这种经验都很熟悉，如果一个人在想已经掌握的技巧中的一个动作，则他的容易控制会暂时失去。在想动作时似乎涉及重新引进大脑的控制，虽然在此以后获得动作的灵活性，但现时熟练和精确的小脑作用却损失了。这种描述无疑过于简单，不过使我们对小脑的作用有些大概的了解 。
在我早先描述大脑作用时，没有提到头脑其他部分是误导的。例如，海马在记录长期（永久）记忆时有着不可或缺的作用。实际的记忆被储存在大脑皮层的某处（也许同时在许多处）。头脑可以用其他方式保持短期的印象；它可保留印象若干分钟甚至几个小时 （也许把它们 “记在心里”）。但是为了使这种印象在不再受注意时还能被回忆起，就必须以永恒的方式存在那儿，正是这个原因海马非常重要。（损害海马会导致可怕的后果，一旦新的记忆不再引起病人的注意，即不再保留。）胼胝体是左右两个大脑半球相互通讯的地方。（我们在后面将会看到把胼胝体切除后的严重后果。）下视丘是快乐、愤怒、害怕、沮丧和渴望的情感所在处，而且它传递情感在精神和身体方面的发泄。在下视丘和大脑不同部分之间存在连续流通的信号。丘脑的作用是重要的加工中心和转换站，它把从外面世界来的许多神经输入传到大脑皮层。 网状形成负责头脑整体或不同部位一般状态的警戒和知觉。还有许多神经线路连接这些以及许多其他极其重要的区域。上面的叙述只提供了头脑一些重要部分的样品。在结束这一节之前，我应该对于头脑的整体组织再讲一些，它的不同部分被分类成三个区域，从脊柱开始往上，按顺序是后脑（或菱脑）、中脑和前脑。人们可以在早期发育的胚胎中找到这三个区域，在脊柱的上端按照这个顺序成为三个肿胀出现。最顶点的那个即是正在发育的前脑，发芽成两个球状的肿胀，一边一个，后来它们变成大脑的两半球。完全发育好的前脑包括头脑许多重要部分，不仅是大脑，还有胼胝体、丘脑、上视丘、海马以及许多其他部分。小脑是后脑的一部份。网状形成在中脑和后脑各有一部分。在进化发展的意义上，前脑是“最新的”，而后脑是“最古老的”。
――时间度规本身的“量子起伏”变得这么大，以至于通常光滑的空间――时间连续性的观念不再有效。
（量子起伏是海森堡不确定性原理的一个推论――参阅285页。）我这个简要的速写虽然在多方面是不足够的，希望仍能给读者一点人脑像什么样子和一般情形下它做什么的印象。迄今，我几乎还未触及意识的中心问题。让我们在下面讨论这个问题。意识栖息在何处？
有关头脑的状态和意识现象的关系，人们表达了许多不同的观点。对于具有这么明显重要性的现象只有极少的共识。然而，下面这一点是很清楚的，即头脑的所有部分不是同等地牵涉到意识的呈现。例如上面所暗示的，小脑似乎比大脑更可被视为一台“自动机”。仿佛小脑控制的动作几乎是不必思考就自动进行的。人们能够有意识地决定从一处走到另一处，但他不会时时想到为控制运动所必须详细计划的肌肉动作。对无意识的反射行为亦是如此，譬如把自己的手从热火炉上移开的动作，可能根本不是由头脑而是由脊柱上部分传递的。人们至少从这些很容易推理出，意识现象和大脑的作用比和小脑或脊髓的作用更有关系。
另一方面，十分不清楚的是，大脑是否总能发觉自己的活动呢？例如我在上面所描述的，人们在正常行走时，并不意识到自己肌肉和四肢的细节活动。这种活动的控制主要来自于小脑（头脑的其他部分和脊髓予以帮助），大脑的首位运动区域似乎也参予控制。此外，首位感觉区域也是一样：例如，人们可能不知道走路的时候在脚底的压力变化，但是触觉皮层的相应区域仍然继续受到刺激。杰出的美国―加拿大神经外科医生怀尔德?彭费尔德（大部分人脑运动和感觉区域内的精细映射是他在1940和1950年代间做出的）论断说，一个人的知觉不只和大脑活动相关联。基于对许多有意识的病人进行脑手术的经验，他提出，主要由丘脑和中脑组成被他称为上脑干的区域（参阅彭费尔德和雅斯帕1947），在相当意义上应被视为是“意识所在处”，尽管他在心里曾经属意于网状形成作为“意识所在处”。彭费尔德断言，上脑干和大脑处于联络状态， 只要脑干的这个区域和大脑皮层的适当区域 （也就是和任何具体感觉、思维、记忆相关的特别区域）处于直接联络的状态，或者那时候动作被有意识地发觉或唤起，则“意识知觉”或“有意识的意志行为”就会产生。他指出，例如，当他刺激病人引起右臂动作的运动皮层的区域（而且右臂的确会动作），这不会使病人想要运动其右臂。（的确，病人甚至可能伸出其左臂去阻止右臂的动作，正如在彼得?塞勒著名的斯特任奇拉夫博士的电影描写中那样！）彭费尔德指出，动作的欲望也许和丘脑的关系比和大脑皮层的关系更大。他的观点认为意识是上脑干活动的呈现，但是除此以外必须还要有东西被意识。这样，不仅是脑干，而且此时正和上脑干联络的大脑皮层的某些部位都被涉及，它们的活动代表了意识的主体（感觉印象或记忆）或客体（意志行为）。
其他神经生理学家还指出，特别是网状形成可能被认为是意识的“所在处”，如果这样的处所的确存在的话。网状形成毕竟是负责头脑一般的警觉状态（马鲁奇和马贡1949）。如果它受到损害，其后果就是变成无意识。只要头脑处于清醒的意识状态，那网状形成便是活跃的；如果头脑不处于这种状态， 网状形成就不活跃。 在网状形成的活动和人们通常认为 “意识的”状态之间的确有种清楚的关联。然而，情况由于以下事实变得复杂起来。在梦境里，在当时人们确实晓得自己在做梦的这个意义上讲是“知觉的”。然而，这时在正常情况下网状形成的活跃部分仿佛不处于活跃状态。要把意识这样的荣耀地位归于网状形成的人还要忧虑一件事，用演化的术语讲，它是头脑中非常古老的部分。如果成为有意识的全部所需只是一个活跃的网状形成，那么青蛙、蜥蜴甚至鳕鱼都是有意识的！我个人认为上面这论断不是很有说服力。我们有何证据说蜥蜴和鳕鱼不具备某种低程度的意识呢？我们有什么权利像一些人那样宣称，人类是我们行星上仅有的被赐予“知觉”的实际能力的居民呢？在地球生物中，难道我们是惟一可能“有意识”的吗？我表示怀疑。虽然青蛙和蜥蜴，特别是鳕鱼，在我凝视着它们时，它们并没使我十分确信“那里有某一个生灵”也在看着我。但是当我看到狗或猫，尤其是动物园的猩猩和猴子在看着我时，我有很深的“意识存在”的印象。我不要求它们像我这样感觉，甚至也不要求它们感觉有多少深度。 我不坚持它们在任何强烈意义上是 “自我知觉的” （尽管我猜想自我知觉的某一因素能够存在①）。我所坚持的是，它们有时候至少有感觉！至于做梦的状态，我自己愿意接受的是，存在某种形式的知觉，但是它被认定为低水平的。如果部分网状形成以某种方式单独负责知觉，那么它们必须是活跃的，即使在做梦状态时其活跃的程度很低。
另一种观点（奥基费1985）仿佛认为，海马的行为和意识状态的关系更大。正如我早先评论的，海马对于长久记忆的记录十分重要。有理由可以认为，永久记忆记录和意识相关联。如果真如此，则海马在意识知觉的现象中的确起了主要的作用。还有人坚持大脑皮层本身负责知觉。由于大脑是人的骄傲（虽然海豚的大脑也一样大！）而且和智力关系最密切相关的心理活动似乎是由大脑执行，那么这里肯定是人的灵魂栖息之所！这正是有些人，譬如强人工智能者观点的结论。如果“知觉”只是算法之复杂性的一个特征，或者说算式的“深度”或“微妙程度”，那么按照强人工智能的观点，由大脑皮层进行的复杂算法使该区域具有显示意识能力的呼声最高。很多哲学家和心理学家似乎认为，人类意识是和人类语言密切相关。
因而，正是多亏了我们的语言能力，人类才能得到微妙的思考能力。它正是人性的标志以及我们灵魂的表现。按照这种观点，正是语言把我们和其它动物区别开来，并提供我们剥夺它们自由以及肆意捕杀它们的借口。正① 有人会（正确地）争论道，观测的结果不足以清楚支持我主张的宇宙中存在黑洞而不存在白洞的观点。但我的论证基本上是理论性的。黑洞而不是白洞和热力学第二定律相协调！（当然，人们可以直截了当地假设第二定律以及白洞的不存在；但我们试图更深入探究第二定律的起源。）是语言允许我们用哲理推究并描述我们所感觉的，这样我们可以使别人信服，我们知悉我们的客观世界和自我。正是从这一种观点出发，我们的语言被当作我们具有意识的关键因素。现在，我们必须想起我们的语言中心（对绝大多数的人）正好在我们头脑的左边（伯洛卡和温尼克区域）。刚刚表述的观点仿佛意味着，意识只和左边而不和右边大脑皮层相关联！的确，这似乎是很多神经生理学家的看法（特别是约翰?埃克勒斯1973），虽然对于我这个门外汉来说，这观点确实非常古怪，我将会解释其理由。头脑分裂实验我将提到和这些相关的许多奇异的观察，在这些试验中病人 （或动物）的胼胝体完全被割除，使得大脑皮层的两个半球不能互相联络。在人的情况下2，切除胼胝体是作为治疗手术来进行的，人们发现这是对受癫痫症之苦特别严重的病人有效的处方。罗杰?斯帕雷和他的助手在对这些病人动手术后进行了许多心理学试验。他们是这样进行的，左边和右边的视界受到完全分开的刺激，这样左半球只接受放在右边的视觉信息，而右半球只接受，到左边的。如果用铅笔的画片在右边闪动，同时用杯子的画片在左边闪动，则病人会说“那是一只铅笔”，因为只有铅笔而不是杯子被显然有语言能力的那一半头脑所感知。然而，左手会选一只盘子，而不是一张纸，去和杯子作适当的相配。左手在右半球的控制之下，右半球虽然不能讲话，却能实现某些相当复杂的人类特有的动作。的确有人建议过，认为几何思维（尤其是三维的）还有音乐通常主要是在右半球内进行的，这样就和左边的言语和分析能力相平衡。右边头脑能理解普通的名词或基本句子，并能进行非常简单的算术。
这些头脑分裂实验中最令人吃惊的是，头脑两边仿佛实际上像两个独立的个人那样行为。每一半可分别与实验者联络。由于右半球缺乏口语的能力，它比左半球的联络更为困难，并处于更原始的程度。病人大脑的一半可和另一半以简单的方式联络，例如看着由另一半控制的手臂运动，或者听到指令的声音（像是盘子的碰撞声）。但是，即使是两边之间这么原始的联络也可由仔细控制实验室条件而消除。模糊的情绪仍可由一边传到另一边，然而这可能是由于那些没分开的部位（譬如下视丘）仍然与两边处于联络状态。人们忍不住会问这样的问题：在我们同一身体里是否居住有两个分别意识的个体呢？这个问题曾是许多争议的主题。有人会坚持说肯定“是”的，而其他人宣称两边都不能成为单独存在的。有人会争论道，对于两边能够有共同的情绪这个事实，可证明只含有一个单体。然而，另一种观点认为，只有左边半球代表了有意识的个体，而右边为一台自动机。认为语言是意识主要部分的人相信这一点。确实，只有左半球能令人信服地对口头问话“你有意识吗？”答复“是的！”而对右半球，正如一条狗、一只猫或一只黑猩猩，会困难得甚至不能解释组成这个问题的词，也不能够正确地口头回答。
然而，这个问题不能就这么轻易地放过。道纳尔德?威尔逊和他的合作者（威尔逊等1977；伽桑尼伽，列多克斯和威尔逊1977）在一个更新近而引人注意的实验中考察一位代号“P.S.”的病人。在分裂手术后，只有左半球能讲话，但是两个半球都能理解语言；右半球后来也学会讲话；两个半球很明显地都是意识的。而且，由于它们有不同的爱好和需求，所以显得有各自的意识。例如，左半球描述说它希望成为制图员，而右半球希望成为赛车手！我本人根本不相信普遍的断言，认为平常人类语言于思维和意识是必须的。（我将在下一章指出我的一些理由。）所以，我和那些大致相信头脑分裂病人的两半各具有独立意识的人立场相同。P.S.的例子强烈地暗示，至少在这一种特殊情形下，两半的确都是有意识的。依我的意见，在这一方面P.S.和其他人的真正差别是他的右边意识能实际使其他人相信它的存在！如果我们接受P.S.的确具有两个独立的精神，则就面临着令人惊异的情景。假定，每一分裂头脑的病人在手术之前只具有单独的意识；但在此之后就有了两个意识！这原先单独的意识被某种方式分叉了。我们还记得在第一章28页假想的旅行家，他把自己交给一台远距运送机，忽然醒过来时发现所谓“实在的”自我已到达金星。在那里，他的意识的分叉仿佛会导出佯谬。因为我们会问，“他的意识流‘实际上’是沿着什么途径？”如果你是这旅行家，哪一个被归结成“你”？远距运送机可当成科学幻想而不再予以考虑，但是在P.S.的情形下，我们的处境非常相似，而这是实在发生的！ 哪个P.S的意识是手术前的P.S.？无疑许多哲学家会将此问题斥为无稽。这是由于没有决定这个争论的有效办法。每一个半球都在分享施行手术前的意识之记忆，并且无疑两者都会宣称是原来的那个人。这虽令人惊异，但本身并非佯谬。尽管如此，还有一些令人困惑的问题未被解决。
如果两个意识后来又被合并在一起，则困惑就更恶化了。现代技术要把胼胝体单独切断的神经接在一起仿佛是天方夜谭。但是人们可以摹想，在开初时改用一种比实际切除神经纤维更温和的办法。也许这些纤维可被暂时冷冻，或用某种药麻痹。我不知道这类实验是否做过，但是我认为在不太久的将来将会变成可行的。可以设想，在胼胝体重新激发后，结果只会有一个意识。想象这一个意识就是你本人！对于你在过去某一时刻曾经有过两个显著不同的各自的“自我”将作何感想呢？盲 视头脑分裂实验似乎至少指出，“意识”的“栖息处”不必是唯一的。但是还有其他实验暗示，大脑皮层的某些部分比其他部位与意识有更密切的关联。其中一种和盲视现象有关。视觉皮层某个区域的损害会引起相应视野的盲视。如果一个对象放在那个区域的视野，那个对象就不会被感知。
相当于那个视觉区域发生了盲视，然而，一些古怪的发现指出（参阅魏斯克朗茨1987），事情并非这么简单。一位名叫“D.B.”的病人有些视觉皮层必须被除去，这使他在视野特定区域内看不见任何东西。然而，当把某物放在这个区域并要D.B.去猜是什么东西时 （通常像一个十字或圆形标志或是以某一角度倾斜的线段），他几乎可百分之一百地猜中！这个“猜测”的准确度甚至使D.B.本人都感到惊讶！他仍然坚持说，自己不能感知放在该区域的任何东西。①由视网膜接受到的影像还在视觉皮层以外的某些头脑区域加工，一个较不清楚的区域是下部颞叶。 D.B.应该是基于在下部颞叶得到的信息作 “猜测”。在刺激这些区域时不能直接有意识地知觉任何东西，但是信息在哪儿，只有从D.B.“猜测”的正确性中得以显现。实际上在经过一些训练后，D.B.能够得到这些区域有限量的实际知觉。
所有这些似乎表明，大脑皮层的某些地方（例如视觉“皮层”）比其他地方和意识知觉更有关联。但是，其他一些区域经过训练后，显然能进入直接知觉的范畴。
① 奇怪的是，大脑的“交叉行为”不适于小脑。这样，小脑的右半主要是控制身体的右边，而左半控制身体的左边。视觉皮层的信息加工在如何处理接收到的信息方面，人们对视觉皮层比头脑中的任何其他部分都理解得更好；人们为了说明这个作用曾提出了不同的模型3。事实上，有些视觉信息的处理在到达视觉皮层之前就在视网膜本身进行。（视网膜实际上被当成头脑的一部分！）一些最先暗示视觉皮层如何处理信息的实验中有一个为大卫?胡帕勒和托斯腾?温塞尔赢得1981年的诺贝尔奖。他们能在实验中显示猫的视觉皮层某些细胞对视野中具有特定斜率的线产生反应。而其他附近的细胞对不同斜率的线产生反应。什么东西具有这个角度通常没有关系。它可以是从亮处到暗处的或从暗处到亮处的边界线，或仅仅是亮的背景中一条黑线。进行考察的特殊细胞已经把“斜率”这一特征抽象化了。而其他细胞对特定的颜色或对每只眼睛接收到的差别产生感应并由此感知所得到的深度。随着距离首位接受区域越来越远，我们发现细胞对我们所看见的东西越来越细微部分敏感。例如，当我们看图9.7时就会发觉一个完全的三角形图像；而在图上并没有画出形成三角形的线，它是由推断而来的。人们实际上发现视觉皮层（所谓第二位视觉皮层）中的细胞能记录这些推断出的直线位置！在本世纪七十年代初叶，文献记载宣称4，发现猴子视觉皮层有一个细胞，只有当一个脸的像被记录在视网膜时才反应。在这种信息的基础上，人们提出了“祖母细胞假设”。根据这种假设，头脑中存在某种细胞，它只有当头脑主人的祖母进入房间才反应！的确，最近有人发现某种细胞只对特殊的词有反应。也许这正进一步支持祖母细胞假设！
图9.7你能看到一个放置在另一个三角形上面的，并被一个圆环嵌住白三角形吗？虽然白三角形的边界没有完全画出来，但是头脑中有些细胞对这些看不见的、却可感知的直线有反应。
关于头脑中进行的处理过程，肯定有极多尚待研究的地方。对这些高等头脑中心如何实行其功能所知甚少。现在让我们放下这个问题，而转去注意头脑中实际产生这些奇异功能的细胞。神经讯号如何工作？
头脑（以及脊柱和视网膜）所有处理过程都是由称作神经元的多功能体细胞完成的5。让我们看看神经元是什么样子。我在图9.8中画出了一个神经元的图。它有一个苞状的主体，或有点像星形，通常比较像萝卜，这主体称为躯体，其中包含有细胞核。一根很长的神经纤维从躯体的一端延伸出来。相对于一个单独的微细胞而言，神经纤维有时的确非常长（以人类而言通常达几厘米），它称作轴突。细胞的输出信号就是沿着轴突这根“导线”传送。从轴突可发芽出许多小的分枝，它要分枝好几回。在这些形成的神经纤维终端可找到所谓的小突触结。躯体的另一端通常向四面八方往外分枝， 这就是树状的树突。 输入资料正是沿着树突进入躯体。 （在树突之间偶然也会出现突触结，叫做树状树突的突触。由于它们的复杂性超过其重要性，我将在讨论中省略。）
图9.8 一个神经元（通常比所标的要相对地长非常多）。不同类型的神经元在表细节上的变化非常巨大。图9.9突触：一个神经元和另一个神经元之间的结。
作为一个自足的单元，神经元用细胞膜把躯体、轴突、突触结、树突和所有一切都包围起来。为了使信号从一个神经元传到另一个，它们必须设法“越过之间的隙碍”。这是在叫做突触的交结处完成。一个神经元的突触结附到另一神经元的某一点上，不是在它的躯体本身就是在它的一个树突上（见图9.9）。实际上，在突触结和它所附上的躯体或树突之间有一非常窄称为突触裂的缝隙（图9.10）。信号从一个神经元传达到另一个时必须穿越过它。
图9.10 突触的放大细节。神经传递物的化学物质流穿越过一个狭窄的缝隙。当信号沿着神经纤维传递并穿过突触裂时采取什么形式呢？是什么引起下一个神经元去发射信号呢？从我这个局外人看来，大自然实际采取的步骤真是非同寻常――简直使人着迷！人们也许会认为信号只不过像沿着导线的电流，但是它比这要复杂得多。一根神经纤维基本上是一个圆柱管，装有普通盐（氯化钠）和氯化钾（主要是后者）的混合溶液，这样在管子里有钠、钾和氯离子（图9.11）。在外面也有离子，但是其成份比例不同，外部的钠离子比钾离子多。神经处于静态时，管子内带负电荷（也就是氯离子比钠离子加钾离子的总和还多――我们记得钠离子和钾离子是带正电的，而氯离子是带负电的），而在外头是带正电荷（也就是钠和钾比氯多）。构成圆柱表面的细胞膜有点“漏洞”，所以离子有移动穿越过它并中和电荷差的倾向。为了补充以及维持里头过量负电荷，一个“新陈代谢泵”缓慢地把钠离子通过周围的膜向外输送回去。这作用同时可维持内部钾比钠的数量更多。还有另一个新陈代谢泵（稍微小一些）把钾从外头输送到里面去，所以对内部的钾过量有贡献（虽然它的作用和保持电荷不平衡相反）。图9.11神经纤维的图解。 在静态下内部的氯离子量超过钠和钾离子的量，所以带负电；而外头刚好相反，所以带正电。内外的钠/钾平衡也不一样，在里面钾多一些，而外头的钠多一些。
一个信号是沿着神经纤维移动的一个区域，其中具有相反的电荷不平衡（也就是现在内部是正的，外部是负的）（图9.12）。想象有人位于神经纤维上这种反向带电区域之前方。当这个区域靠近时，它的电场在细胞膜上打开了称为钠门的小“门”；这允许钠离子从外面往里面流回去（由电力和因浓度差引起的压力，亦即“渗透压”的结合效应）。结果使内部带正电而外部带负电。这些发生过后，构成信号的反转电荷区域即到达我们的位置。它现在促使另外一个小“门”（钾门）打开，这门允许钾离子从里面往外面流回去，这样开始恢复内部超量的负电荷。信号现在就通过了！最后，随着信号再次远离而去，泵缓慢而坚决的行为再次把钠离子赶到外面去，而把钾离子赶到里面去。这就恢复了神经纤维的静态，并为下一个信号作好准备。
图9.12一个神经信号是沿着纤维运动的相反带电区域。在它的前头，钠门打开让钠往里流；在它的后头，钾门打开让钾往外流。新陈代谢泵的作用是恢复原状。
值得注意的是，信号就是由一个沿着纤维移动的相反带电区域所构成。实际的物质（也就是离子）移动得非常小，只是在细胞膜两边穿进穿出！
这种古怪奇异的机制显然极其有效。不管是脊椎动物还是无脊椎动物都普遍利用它。但是脊椎动物有个更完善的设施，也就是神经纤维由称为髓鞘质的白色脂肪物质绝缘层所包围。（正是髓鞘质层使头脑的“白色物质”呈现其颜色。）这种绝缘使神经信号能不衰减并以高达每秒120米的相当的速度（在“转换站”之间）行进。
当一个信号到达一个突触结时，它会发射出称为神经传导物的化学物质。这种物质从它的一些树突或躯体本身的某一点通过突触裂移动到另外的神经元去。有些神经元具有一种突触结，它会发射出神经传导化学物质，趋向于促进下一个神经元躯体去“激发”，也就是开始一个沿着它的轴突传出去的新信号。这种突触称作兴奋突触。另外有一种倾向于阻碍下一个神经元激发称作抑制突触。在任何时刻要把活跃的兴奋突触这效应全部加起来，并减去活跃的抑制突触的效应，如果净值达到某一临界值，则下一个神经元就会被激发。（兴奋突触引起下一个神经元里外之间预期的正电位差，而抑制突触引起预期的负电位差。这些电位差适当地加在一起。当附在轴突处的电位差达到临界水准时神经元就被激发，使得钾跑出来的速度不至于快到能恢复平衡。）电脑模型神经传导的一个重要特点是其（大部分）信号完全是“全有或全无”
的现象。信号强度不变化：它要么有要么没有。这使得神经系统的行为具有类似数字电脑的特点。事实上，大量互相联结的神经元其行为与具有导线和逻辑门（下面还要讲到）的数字电脑内部作用有很多相似处。在原则上用电脑模拟特定神经元系统的行为并不困难。有一个问题就自然产生了：这是不是意味着，不管头脑的线路细节是什么样子，总是可以用电脑的功能来模拟？为了使这个比较更清楚，我应该讲清楚究竟什么是逻辑门。在一台电脑中，我们也有所谓“全有或全无”的情形。导线不是有电流脉冲，就是没有电流脉冲。在有电流脉冲时强度总是相同的。由于每件事都被非常准确地计时，没有脉冲亦是个明确的讯号，并会被电脑“注意到”。实际上，在我们使用术语“逻辑门”时，我们隐含用脉冲有和无分别来表示“真”
或“伪”。这真伪与实际的真理和谬误毫无关系；只不过借以了解通常用的术语而已。让我们还把“真”（脉冲存在）写为数字“l”，“伪”（没有脉冲）写为“0”，而且正如在第四章那样，可以用“＆”当作“并且”（这个“陈述”表示两者都是“真”的，也就是两个论断都为1时，其答案为1），“Ⅴ”表示“或者”（这“表明”两者之一或两者都为“真”时答案为1，也就是唯有两个论断都为0时答案为0），“T”表示“意味着”（也就是ATB表示“如果A是真的，那么B是真的”，这和“或者A是伪的，或者B是真的”相等），“?”表示“如果并且如果”（两者皆“真”或两者皆“伪”），以及 “～”表示“非” （如果“伪”的话为“真”，如果“真”的话为“伪”）。人们可把这些不同的逻辑运算列成所谓“真值表”：A B A BA B A B& ( ) ( )
( ) ( )： ∨ ：： ：
0 00 10 11 11 10 11 00 1T ?
在每种情形下A标记行数（也就是A=0表示第一行，A=1表示第二行），类似地B标记列数。例如A=0，B=1表示每一个表右上方的值，而在第三表上ATB得到1。（作为实际逻辑的例子：断言“如果我在睡觉，那么我就快乐”肯定是可证实的；在特殊情形下，即如果我刚好醒着而且快乐时，肯定被无趣地证实。）最后，“非”逻辑门的效应简单地是～0=1和～1=0。这些是逻辑门的基本类型。还有一些其他类型，但是所有那些都可由刚才提到的类型组合而成6。现在，我们可否在原则上用神经元的联结建造一台电脑呢？我将指出，甚至从我们前面刚讨论过的神经元激发的非常原始的考虑而言，这的确是可能的。让我们看看如何在原则上用神经元的联结建造逻辑门。我们需要一些数字编码的新方法，因为讯号不存在时不能触发任何东西。让我们 （完全随意地）用双脉冲表示1 （或 “真”），而单脉冲表示0 （或 “伪”），并且采取一个简单的方案，就是激发神经元的临界值总是刚好两个同时发生的兴奋脉冲。很容易建立一个“与”门（也就是“＆”）。正如图9.13所示，我们可取两根输入神经纤维作为输出神经元上的仅有一对突触结的终端。（如果两者都是双脉冲，则第一次脉冲和第二次脉冲都达到所需要的两倍脉冲的临界值，如果有一根只有一次脉冲，则两根中只有一根达到临界值。我假定脉冲被非常仔细地计时，而且在双脉冲的情形，为了确定起见，用这双脉冲中的第一次计时。）建造一个“非”门（也就是“～”）
要更复杂一些，图 9.14画出了一种办法。输入讯号沿着一根分成两个分枝的轴突进来。有一分枝走迂回的路径，其长度使讯号延迟的时间正好等于双脉冲两次脉冲间隔的时间。然后两根轴突又重新分叉，这两根轴突各有一根分支终结于一个抑制神经元上，但是从延迟分支来的又分裂成直接和迂回的路径各一条。在单脉冲输入时，这个神经元的输出是没有，而在双脉冲输入时，（在延迟的位置上）就有一个双脉冲。携带这一输出的轴突分叉成三个分枝，所有分枝都以抑制突触结终止于最后一个兴奋神经元上。原先分叉的轴突余下的两部分，每一根再分成两根，所有四根分枝以兴奋突触结终止于最后这个神经元上。读者也许愿意去检查，这最后的兴奋神经元是否提供了所必须的“非”输出（也就是如果输入是单脉冲则输出为双脉冲，输入若是双脉冲则输出为单脉冲）。（这一方案仿佛过于复杂，但是我已经尽力而为了！）读者可以自己消遣，为上面其他逻辑门提供直接的“神经元”构造。
图9.13 一个“与”门。在右边的“神经元模型”中，只有当输入达到单脉冲强度的两倍时，神经元才被激发。图9.14 一个“非”门。在此“神经元模型”中（至少）双倍强度的输入又是激发神经元所必需的。当然，这些显明的例子不能认真当做头脑真正详细行为的模型。我只想指出，我在上面给出的神经元激发模型和电子电脑构造之间具有本质上等价的逻辑。容易看出一台电脑可以模拟任何这类神经元相互联结的模型；而上述的详细构造表明以下这个事实，即神经系统反过来可以模拟一台电脑，并因此能像一台（普遍的）图灵机那样行为。虽然在第二章讨论图灵机时并没有用到“逻辑门”7，而事实上如果我们要去模拟一台一般的图灵机，需要比逻辑门更多的东西。假定我们允许自己用巨大却有限的神经元贮库去近似一台图灵机的无限磁带，这样做并没有牵涉到新的原则问题。这似乎是在论断，头脑和电脑本质上是等价的！
但在我们过于轻率地下这个结论之前，应该考虑神经行为和现代电脑行为之间各种可能有意义的差异。首先，把激发神经描述成全有或全无的现象是有些过于简化。那现象是指沿着轴突移动的单脉冲。但事实上，当一个神经元“激发”时，它发射出一整串距离很近的脉冲。甚至在神经元不激发时，它也发射脉冲，只是以很慢的速率而已。当它激发时，是连续脉冲的频率极大地提高。神经元激发还有随机的一面。同样的刺激不总产生同样的结果。此外，头脑行为并不需要电子电脑电流所需要的那么准确的计时；必须指出，神经元动作的最快速率为每秒一千次，比最快速的电子线路慢很多，大约慢10-6倍。还有，尽管我们现在知道头脑（在诞生时）联结的方式比五十年前我们以为的方式更为精密，它不像电子电脑中非常准确的接线，神经元的实际连接仍有很多随机性和重复性。上面的大部分好像是说，在比较头脑和电脑时头脑处于不利地位。但是头脑还有其他有利的因素。逻辑门只有很少的输入输出导线（譬如最多三至四根），而神经元可以有大量的突触附在上面。（一个极端的例子，称为普奇涅细胞的小脑神经元大约有80，000个兴奋突触末端。）还有，头脑中神经元的总数甚至超过最大电脑的晶体管总数――头脑中可能有1011个，而电脑中大约“只”有109个！当然，电脑中的数目将来很可能增加8。而且，头脑细胞数目之大主要来自在小脑中发现的极大数目的小颗粒细胞――大约共有三百亿（3×1010）个。如果我们相信仅仅是由于神经元的巨大数目就能使我们得到意识经验，而现代电脑不能具有意识，那么我们必须寻求更多理由来说明为何小脑行为显得完全无意识，而大脑跟意识有关，大脑神经元数目仅是小脑的两倍（大约为7×1010），其密度也更小得多。头脑可塑性在大脑行为和电脑行为之间还有其他不同之处。这就是与所谓头脑的可塑性有关。依我看来，其重要性超过迄今所提到的一切。认为大脑只是用导线连结起来固定的神经元组合，在实际上是不成立的。神经元之间的相互连结不像上述电脑模型中那样固定，它会随着时间不断改变。我不是说轴突或树突的位置会改变。大部分复杂的“接线”在人一出生就建立了大致轮廓。我是指不同神经元的突触结实际发生联络的地方。这些经常发生在叫做树突柱的地方，那是树突上非常微小的突起，和突触结的接触可发生在这里（见图9.15）。这里所谓“接触”不表示碰触，而是留下距离刚好大约四万分之一毫米的狭缝（突触裂）。现在按照一定的条件下，这些树突柱能缩小离开并且断开接触。或者它们（或新的）能长出并产生新的接触。这样，如果我们认为头脑中神经元连接实际上构成了一台电脑，那它就是一台能够一直随时变化的电脑！图9.15突触结和树突柱。树突柱的长大和缩小很容易影响结的效果。
