论神经元再生现象的科学认识论意蕴，本文主要内容关键词为：神经元论文,认识论论文,意蕴论文,现象论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：B80-05 文献标识码：A 文章编号：1008-7095(2003)03-0061-04
1998年，瑞典科学家爱瑞克松(Eriksson)应用胸腺嘧啶脱氧核苷类似物5溴脱氧尿苷(5bromodeoxyuridine,BrdU)标记分裂细胞的方法，发现成年人脑中存在神经元再生现象，由此打破了成年人脑神经元作为终极细胞，不能再生的传统观点[1]。研究表明，年龄、种系、性别、遗传和饮食等诸多因素都可以影响成年人脑组织海马齿状回的神经元再生，缺血、缺氧、外伤等多种原因所导致的脑损伤可诱导成年人脑组织神经元再生的增加，神经元再生的增加被认为是脑组织损伤后的一种保护反应。这一医学发现不仅对于治疗脑神经疾病和恢复患者的脑认知能力具有重要的医学意义，而且对于在此之前以成年人脑神经元不可再生为医学基础的科学认识论带来了新的挑战。新生神经元具有什么样的功能？给我们的哲学观念、改造利用大脑、发展人工智能带来什么样的启示，新生神经元对人的认知是否具有影响以及具有何种影响呢？本文将对此略作探讨。
一
大脑研究的真正主题就是弄清楚由巨量而又复杂的神经元构成的超级系统何以会呈现智、情、意的高层次功能，使人们能够正确地认识大脑，有效地开发大脑，进而科学地认识自我和世界。神经元再生现象进一步确证了大脑的可塑性，说明我们不仅可以从外部环境入手，刺激脑内神经以塑造大脑，也可以从脑内部神经结构入手，诱导神经元再生来塑造开发大脑。
人脑的基础是有10[11]个神经元、10[14]个突触组成的庞大神经网络，神经元是特化的细胞类型，是神经系统功能的基本单元。大脑不同部位的神经元形态不同，反应特征迥异，由此产生不同的神经活动和功能。大脑和神经系统绝不是孤立地实施其功能，机体一旦诞生，便处于外部环境之中，通过感觉系统反映外部环境的变化，又对这些变化做出各种反应。因此，大脑功能的发展和成熟最终是机体与环境相互作用的结果，也就是说，脑是遗传和环境的共同产物，大脑具有一定的可塑性，这是毋庸置疑的。人们不断学习的过程，其实就是对大脑的不断塑造过程，神经元再生现象再一次确证了神经元的可变性与大脑的可塑性。
所谓大脑的可塑性，意指大脑可以被环境或经验所修饰，具有在外界环境和经验的作用下不断塑造其结构和功能的能力。在大脑的发育过程中，个体的基因遗传性与后天的环境和经验不断地相互作用。以往的研究成果认为，在关键期内，大脑的结构和功能特别容易为环境和经验所影响，关键期实际上也是脑可塑性最大的时期。因此，以往对大脑的可塑性研究和引导都是从外部环境着手，而且外部环境也的确在很大程度上影响了人的认知能力。早在1754年，法国哲学家康迪拉克曾描述过一个在熊群中生活的立陶宛男孩。这个男孩虽然具有健全的大脑，但当人们发现他时，他却没有任何理智，不会讲话，用四肢行走，只是在经过相当长的时间的训练后才学会讲话。著名的印度“狼孩”卡玛拉8岁时被一位牧师从狼窝中营救出来，她不具备语言能力，生活习性和狼一样。牧师虽然对卡马拉进行了精心培养，但卡玛拉的身心发展很迟缓。上述现象说明，熊孩和狼孩由于自幼离开了外部的人类社会环境，错过了身心发展的关键期，他们虽然具有健全的大脑，但他们的语言能力乃至智力已经不可逆转地被破坏了。
然而，即使在大脑发育成熟之后，其结构和功能也并非一成不变，而是保持着高度的可塑性。学习实际上就是这种可塑性的一种重要表现，可以说，要是发育成熟的大脑不存在可塑性，也就没有学习的可能。成人脑内神经元再生现象更是说明了这一点，因此，我们不仅要注重外部环境来塑造大脑，开发大脑，而且应该从内部基因因素来考虑大脑的可塑性，如果我们能更清楚地了解神经细胞的内部机理，通过深入研究大脑神经元的基因组成，在人脑中植入人工神经元而改善人脑的认知能力，或者通过内部诱发来促使神经细胞成长和再生，并通过内外结合来开发、利用和保护大脑，那么，我们在人类大脑的开发方面将实现新的突破。
事实上，塑造大脑是外部刺激和内部神经结构共同作用的结果。有一项实验证明，神经元胞质中存在大量的“尼氏体”，外部的刺激（输入信息）可以促成这些“尼氏体”合成出大量的蛋白质。这些蛋白质除一部分用作神经元自身的结构需要之外，更多的则是用作外输的分泌蛋白，大脑神经元合成出这么多分泌蛋白的作用是为了吸收、存贮与传递信息，实现大脑的整体意识功能。美国休斯顿贝勒医学院的乔治·安伽对大鼠进行避暗训练，结果在学会避暗的大鼠脑中发现了一种新生化学物质‘黑暗恐惧素’，这种大鼠通过学习而产生的化学物质是由15个氨基酸组成的蛋白质分子[2]。安伽实验证明，学习的结果在脑中会产生蛋白质分子，这个蛋白质分子正是脑对学习的“表达物”[3]。
人脑具有很大的可塑空间，而神经元在这一过程中起了关键性作用。神经元再生现象又从整体上更加确证了这一点。2000年诺贝尔医学奖得主坎德尔教授以海兔为实验模型，得出了神经元突触可塑性的结论[4]。坎德尔在实验中发现，不论短期记忆还是长期记忆都与突触和神经递质密切相关，均发生在神经细胞的突触部位，而神经递质起到激发作用，它释放得越多，学习和记忆的保护能力就越强。记忆产生和维持的结构基础是突触，促进形成记忆的是神经递质，而递质释放的关键在于离子通道的蛋白质磷酸化，这就是产生形成记忆的链环，他们都是神经元的构成结构。这些脑内部奥秘的揭示和神经元再生现象的发现，是我们距离从内部着手、内外结合上进一步开发和利用大脑的目标更近了一步。
二
人工智能的发展和人们对脑的工作原理的认识进程是彼此促进、相互借鉴的。神经元再生现象为人工智能的拓展提供了生理学基础，科学家们可以利用这一发现制造出更加高级的人工智能机器人，同时可以利用这种高智能的机器人来进一步探索人类思维的奥秘，实现人工智能与人类对大脑的解读在更高层次上互动。
我们知道，人工智能的实质是把人的某些神经生理智能赋予机器，让机器模拟代替人的某些思维功能。人脑的神经生理智能是指人认识客观事物并运用知识解决实际问题的能力，集中表现在反映客观事物深刻、正确、完全的程度上和运用知识解决实际问题的速度和质量上，往往通过观察、记忆、想象、思考、判断等表现出来。据统计，二战以来人类知识总量大约7～10年就增加一倍，出现了所谓知识爆炸现象，减轻和代替人脑工作的需求越来越迫切。但是由于生物进化是一个及其缓慢的过程，人脑的功能限制了人类的记忆容量和处理信息的能力，有许多工作在规定的时间内和个体生命周期内是无法完成的，而超过时限又失去了完成它的意义。为了有效减轻和代替人脑的繁重劳动，较高层次地发展人工智能便具有了非常重要的意义。
人脑是一个进化着的系统，人脑的进化也有着和电脑相同的两种进化方式，即“硬件”进化方式和“软件”进化方式。大脑的“硬件”进化方式是生物进化，据国外有关统计资料指出，现代人的脑平均重量仍在不断增长着。大脑软件的进化方式是人的知识结构的进化。考古学证明，从原始社会到现代社会，大脑的生理结构虽然也在变化，但这种变化毕竟是微小的，而现代人和原始人的智力水平已不可同日而语，关键在于对人的智力发展起决定作用的是知识进化，即通过学习和实践不断丰富人的知识结构。人工智能的发展将为人脑的非生物进化提供有益的可借鉴模式。计算机的中央处理器(CPU)就好比人的大脑，计算机的硬件及信号单元（电子脉冲信号）对应于人脑的神经结构及其单元（神经元）。我们不妨作一下人机对比：电脑的芯片坏了可以更新，现在医学又发现成人脑中的神经元损伤后可以再生，我们是否可以由此想象，有一天我们可以用人工神经元来替换损伤的脑神经细胞，或者通过人造神经元植入大脑以修复损作脑组织，为人体提供一个更加优化的“硬件”系统，来支撑人脑“软件”系统（知识结构）的更新发展。
计算机技术的发展和人们对脑的工作原理的认识进程是互相促进、相互借鉴的。英国科学家凯文·沃威克分别于1998年3月和2002年3月将一个3毫米宽的方形芯片植入他的左腕，使他的神经系统通过芯片线路与计算机相连，他大脑中的电子脉冲传到手臂，芯片就能读懂他们，4000英里外的电脑就能得到控制[5]。人类将通过调拨和增加遗传基因的复杂性和在脑中植入特殊芯片等直接干预人类思维生物学过程，通过智能手术来大幅度提高自身的心智能力。神经元再生现象的发现为人工智能的进一步发展提供了更为广阔的空间。人类在未来可以制造有数以千万计人工神经元构成的人造大脑——高级人工智能机器人，我们既可以利用它帮助人们完成一些高智能的劳动，又可以利用它来进一步探索人类思维的奥秘，实现人工智能与人类对大脑的解读在更高层次上的互动。
关于大脑和人工智能的问题，一直在科学界和哲学界争论不休。1997年4月，美国IBM公司的计算机“深蓝”战胜了国际象棋高手卡斯帕洛夫，使这一问题的争论更加激烈。那么，计算机到底是否具有思维能力？神经元再生现象无疑为此提供了有力的佐证，人脑的智力并非一成不变的，而是不断发展的，长期的进化过程已经赋予大脑特有的创新潜力。在当今世界，信息剧增，人脑已难于适时有效地处理信息，用机器减轻和代替人脑一部分智能活动的要求非常迫切，计算机在功能上也会在一定程度上接近大脑，在某些方面可能超过人脑，其创造性也会不断发展。但在整体上，特别是在创新性上，计算机对人脑是不可企及的。人工智能中“人机系统”（在前一段提到的）组成的新的认识主体，它确实在某些方面高于人的认识能力，“人机系统”的产生证明，世界上最复杂的有机物人脑与无机界之间不存在绝对分明的界限，它们之间存在同一性，它只是客观世界物质同一性的新形式。从进化论的角度，人工智能只能看作是生物进化和机器进化的统一。因此，计算机对于人类来说只能是工具，它永远不能代替人类思维，但它又是协助人类发展不可缺少的重要的高级智能工具。
三
长期以来，科学认识论一直是以神经结构的稳定性理念为基础的，许多理论都是建立在成人的神经细胞不可再生这一观念基础之上的。神经元再生现象的发现表明：人脑的神经结构是动态的，而不是静止不变的，从而又一次确证了人脑的物质属性，同时也为科学认识论的发展提供了更为广阔的生理学基础。
自古及今，哲学家们关于认识的来源和本质问题进行过长期的争论。比较有代表性的有两种观点：一是由亚里士多德提出，洛克进一步发展的“白板论”，肯定人的认识来源于后天的实践经验：二是由拍拉图建立，黑格尔完成的“模式论”，认为人的认识是有一定的内在模式决定的。脑损伤病人存在认知障碍，但损伤的神经元修复后可以恢复其认知能力。这就在客观上冲淡了“白板论”和“模式论”的长期争论，在二者之间建立了相互联系和转化的关系。也就是说，人的认识来源于后天的实践经验，同时也是有一定内在的健全物质模式为基础的：一方面，人的认识需要外界的信息输入：另一方面需要健全的物质模式对此进行加工处理，才能对外界客观世界进行正确的反映。
在马克思主义者看来，“思维是高度发展了的物质的属性，是在特定物质结构——人脑中以信息变化的方式对对象深层远区实现穿透性反应的、可派生出和可表现为高级意识活动的物质运动。”[6]人关于外界对象的统一性认识来自于人对外界对象和自身行为的“自觉注意”，人是在自身与自身相互关系的基础上来把握世界的，人的综合能力则是在长期的劳动中形成的，是以人的稳定的神经结构为基础的。神经元再生现象的发现，打破了这种稳定的神经结构基础，也就在一定程度上对以往的一些理论认识的建构基础提出了挑战。一方面，神经细胞就自身的物质属性来说，它与其他的有机物一样，在一定的条件下，具有更新修复能力：另一方面，作为大脑这一特殊功能区的物质构成，我们应该思考神经元再生这一医学新发现对于认识主体、主观世界的认识论意义。实验证明，脑损伤患者通过诱发神经元再生，修复大脑之后，认知能力具有承接性。我们由此可以看出，人脑的这种稳定的神经结构基础其实是一种动态的稳定，而不是一成不变的，这更加说明了人类意识是物质性的大脑所具有的属性。
人们对客观世界的认识与脑科学的进展息息相关，对大脑活动及其工作原理了解得越清楚，就越能准确把握主观与客观的关系。脑科学在近十年来取得了飞速的发展，各方面成果迭出，这些成果既改变着人类对脑和神经系统的认识，也深刻地影响着我们对认识主体和客观世界的认识。脑科学的新发现不断地粉碎陈旧的思维定势所设置的障碍，从而改变着我们对世界的看法，也推动着哲学观念的变革。同时，脑科学的发展和人脑奥秘的揭示，也为科学认识论提供着更为坚实的生理学依据。
收稿日期：2003-03-20
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