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大脑如何思维?揭秘思维背后的神经机制与认知过程。

这是一个非常棒的问题,也是神经科学、心理学和哲学领域最核心的谜题之一。大脑的思维是一个由数十亿个神经元通过电化学信号进行复杂、动态、并行的网络活动过程

大脑如何思维?揭秘思维背后的神经机制与认知过程。-图1

我们可以把大脑的思维过程想象成一座极其繁忙、信息流动不息的“城市”,下面,我将从几个层面来拆解这个过程:

基础建筑单元:神经元与突触

要理解思维,首先要了解它的“硬件”。

  1. 神经元:这是大脑的基本信息处理单元,人脑大约有860亿个神经元,每个神经元都像一个微型的处理器,有三个主要部分:

    • 树突:像天线一样接收来自其他神经元的信号。
    • 细胞体:处理接收到的信号,决定是否“放电”(产生动作电位)。
    • 轴突:像电缆一样将信号传递出去。
  2. 突触:这是神经元之间的连接点,也是信息传递的关键,一个神经元通过突触与成千上万个其他神经元相连,当神经元放电时,会释放神经递质(如多巴胺、血清素等化学物质),跨越突触间隙,作用于下一个神经元的树突,从而传递信息。

思维的本质,就是这些神经元在不同时间、不同组合下放电的模式。 不同的思维活动(比如看一个苹果、回忆童年、解一道数学题)对应着不同的神经元网络激活模式。


思维的核心机制:神经网络如何工作

单个神经元的作用有限,但当它们连接成巨大的网络时,就产生了神奇的力量。

  1. 并行分布式处理: 大脑的思维不是像计算机那样一条一条地执行指令,而是并行的,当你看到一个红色的苹果时,负责“红色”的视觉神经元、“圆形”的形状神经元、“水果”的概念神经元、“苹果”的记忆神经元会同时被激活,这种大规模的并行处理让大脑能够快速、综合地处理信息。

  2. 神经可塑性: 这是学习和记忆的基石。“用进废退”是大脑的基本原则,当你学习新东西或反复思考某个问题时,相关的神经元之间的突触连接会被加强,这个加强的过程被称为“长时程增强作用”(LTP),反之,不常用的连接则会减弱甚至消失,这就是为什么“熟能生巧”,也是为什么长期记忆能够形成。

  3. 反馈与预测: 现代神经科学认为,大脑不是一个被动接收信息的器官,而是一个“预测机器”,它会不断地根据过去的经验建立对世界的模型,并时刻做出预测,当感官输入(比如你看到的东西)与大脑的预测不一致时,大脑就会产生一个“预测误差”信号,这个信号会驱动大脑更新模型,并让你产生惊讶、好奇等情绪,这个过程是“自上而下”(基于经验和期望)和“自下而上”(基于感官输入)信息不断交互、校准的结果。


思维的不同层次与过程

思维不是单一的活动,它包含了多种不同的过程,这些过程协同工作:

  1. 感知:这是思维的入口,你的眼睛、耳朵等感官将外部世界的信息转化为神经信号,大脑对这些信号进行初步处理,让你能够“看到”颜色、“听到”声音,但请注意,你感知到的世界并不是客观世界本身,而是大脑构建的“现实”

  2. 注意:大脑每秒接收的信息量是巨大的,但意识只能处理其中一小部分,注意就像一个聚光灯,它选择性地将“光”打在某个信息上,忽略其他信息,这个选择过程由大脑的前额叶皮层等区域主导。

  3. 记忆:记忆不是像录像机一样回放过去,而是一个重构的过程,当你回忆时,大脑会重新激活与那段记忆相关的神经元网络,并根据当前的状态进行微调和补充,记忆可以被改变,这也是为什么目击证人的证词有时并不可靠。

  4. 语言:语言是思维的载体和外壳,它将抽象的思维转化为可以交流和记录的符号,大脑中有专门处理语言的区域(如布罗卡区和韦尼克区),但语言能力也依赖于广泛的神经网络支持。

  5. 推理与决策:这是更高级的思维活动,大脑会整合来自不同脑区的信息(记忆、情感、感知等),进行权衡、比较,最终做出判断或决定,这个过程涉及前额叶皮层的高度参与,它就像公司的CEO,负责制定长期规划和做出复杂决策。

  6. 情感与动机:传统观念认为情感和理性是对立的,但现代科学发现它们密不可分,情感系统(如杏仁核)为我们的思维提供了价值和动机,没有情感,我们将无法做出任何决定(午餐吃什么”),情感就像一个导航系统,告诉我们什么是重要的,什么是应该趋近或回避的。


一个生动的比喻:城市交响乐团

为了更好地理解,我们可以把大脑的思维比作一场大型交响乐团的演出:

  • 神经元:是每一位乐手(小提琴手、鼓手、号手等)。
  • 大脑区域:是不同的乐器组(弦乐组、管乐组、打击乐组)。
  • 思维活动:是一首乐曲(比如贝多芬的《命运交响曲》)。
  • 感官输入:是乐谱。
  • 意识:是听众的体验。

当演奏开始时:

  • 乐手们(神经元)根据乐谱(感官信息)和指挥的暗示(内部指令)开始演奏。
  • 他们不是孤立地演奏,而是相互倾听、相互配合(并行分布式处理)。
  • 长期合作的乐手之间配合更加默契(神经可塑性)。
  • 整个乐团共同创造出一首宏大、和谐、充满情感的乐曲(思维和意识)。
  • 任何一位乐手的失误或某个乐器的声音过强,都会影响整体的和谐(注意和情感调节)。

大脑的思维是一个多层次、动态、并行的生物电化学过程,它不是一个中央处理器在执行程序,而是由无数个神经元组成的网络,通过不断调整连接强度(学习和记忆),结合自上而下的预测和自下而上的感知,最终涌现出意识、情感、推理等高级认知功能。

尽管我们已经取得了巨大进步,但大脑如何从这些物理活动中产生主观的“我”和“我的思想”,这个被称为“意识的难题”仍然是科学界最大的挑战之一,我们知道了“如何”运作,但对“为何”会产生主观体验,知之甚少。

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