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人腦像什麼?

 

  人類自從有了意識後,一直在努力嚐試瞭解自然及自身,在開始時,人類將自身和自然現象做某種類比,譬如「人有男女」就像「天有日月」,後來人類又將自身和自己所發明的器物、制度做某種類比,譬如「人就像機器」、「大腦就像時鐘」、「眼睛就像照相機」、「大腦結構就像政府組織」、「腦神經間的連繫就像電話交換台」、「大腦就像電腦」等等。

 

  但這些類比似乎都難以說明人類自身——特別是那個讓人產生種種心智活動的大腦到底是怎麼一回事,即使將所有的類比都加起來,也無法道盡腦的真相,「全體」依然大於「部分之總和」。

 

大腦功能分區說的質疑

 

  現在我們就先拿跟本文較有關係的兩個類比——「大腦結構就像政府組織」及「眼睛就像照相機」來稍加討論。

 

  「大腦就像政府組織」也就是「腦功能分區說」,過去的科學家根據腦傷及腦病變患者所失去的功能,而規劃出類似「政府組織」的腦「結構圖」,在這個「結構圖」裡,每一部位的腦組織都「各有所司」,有的負責聽覺、有的負責記憶、有的負責思考,而且也有高級中樞(中央政府)、低級中樞(地方政府)之分。

 

  這個類比看起來相當合理,但慢慢的卻出現一些漏洞。神經生理學家拉西里(K.Lashley)訓練老鼠走迷宮,在牠們熟習之後,切除牠們的大腦皮質,在一半以上的大腦皮質都被切除後,這些老鼠仍然記得如何走迷宮,只是會偶而出現一些無關緊要的錯誤。較複雜的迷宮,這些老鼠走得較慢一點,但還是可以走。事實上,拉西里發現,這些老鼠走迷宮的「效率」跟牠們所保留下來的大腦皮質比例成正比。

 

  老鼠走迷宮,涉及學習與記憶。照傳統「腦功能分區說」,這些學習和記憶應貯存在腦中某個或數個「特定區」,當這些「特定區」被切除後,這些學習和記憶應該「消失掉」才對。但拉西里的實驗顯示,不管是左切右切、橫切縱切,切掉一半以上的大腦皮質,老鼠依然記得走迷宮的技能,所謂「學習中樞」或「記憶中樞」到底在腦中的那裡呢?

 

  拉西里根據他的實驗結果推論老鼠學習走迷官後所獲得的記憶,很可能是「瀰漫在整個腦中」。

 

眼睛不是照相機

 

  接下來,我們看「眼睛就像照相機」這個類比。十九世紀末,英國出現一位令人聞風喪膽的「開膛手傑克」,連續殺人而且留書向警方挑釁,但警方一直一籌莫展。有一回,蘇格蘭警場異想天開地用照相機拍攝一名被謀殺婦人的眼睛特寫。警方認為,「眼睛就像照相機」,被謀殺婦人在死前一定和「開膛手傑克」照過面,那麼傑克的影像應該會留在這位婦人的眼睛裡(就像照相底片感光一樣)。

 

  現代人也許會覺得這些英國警探的頭腦也不過爾爾,但在照相機剛發明不久,大家驚攝於它的魔力時,可能只有相當「聰明」的人才會有這種類比。

 

  現在我們知道,拿照相機來和眼睛做類比,實失之粗陋,照相機所攝得的是二度空間的平面影像,而我們眼睛所看到的卻是三度空間的立體影像,「二度空間」和「三度空間」的差距何異天壤之別?

 

全像攝影術的登場

 

  在《星際大戰》這部有名的科幻電影裡,麗伊亞公主透過某種特殊的儀器,又栩栩如生地出現在眾人面前。但麗伊亞公主已死了幾百年,不過大家在眼前所看到的「麗伊亞影像」跟真的完全一樣,是三度空間的,大家所看到的就跟平日看到旁邊活生生的人完全一樣。

 

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  這是一種特殊攝影所帶來的驚人現象,它就叫做「全像攝影」(holography)。《星際大戰》也並非在癡人說夢,發明「全像攝影」的科學家蓋伯(D.Gabor)即因他的此一重大突破而榮獲 一九七一年的諾貝爾物理獎。

 

  「全像攝影」和傳統的「光攝影」可以說完全不一樣。「光攝影」是利用自然光或燈光為媒介,而陽光或燈光是由波長不等的電磁波所組成,日光經過三稜鏡即會分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種不同波長的光譜,就是這個原因。而光攝影底片上所記錄的乃是日光或燈光自物體反射而出後,撞擊底片表面上所留下的光波振幅(也就是強度、明暗)。

 

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   「全像攝影」所用的卻是有著單一波長的光,譬如雷射光。有著單一波長的雷射光束,先經過一面局部不透明的鏡子,結果部分雷射光反射出來,照在物體上,又反射而撞擊全像感光板,這部分的光束稱為「控制光」,另一部分穿透半透明鏡子的雷射光繼續直行,經過另一鏡子的反射,也撞擊在全像感光板上,此稱為「參考光」。

 

  「控制光」和「參考光」的「相」(phase)不同,結果在全像感光板上形成一種干擾型態」。也就是說,在全像感光板上所記錄的並非原來物體的影像,而只是一些環狀及線狀糾葛的紋路。

 

  我們用肉眼只能看到糾葛的線條,根本不知道它是什麼,但奇妙的是,若用原來的雷射光照射此一感光板,我們的眼睛就會看到一個栩栩如生的、有著三度空間的物體,就像那個東西真的放在你眼前一樣,難以區別真假。在《星際大戰》裡所出現的麗伊亞公主影像,即是這種影像。

 

一中有全,大小齊一

 

  更妙的是,我們若將這塊全像感光板切割成無數小片,用雷射光照射單一的小片感光片,所看到的仍是那個東西的「全像」,而非「局部圖」,只是那個「全像」看起來比較模糊而已。「全像攝影」的名稱就是從這裡來的。

 

  如果說「光攝影」記錄的是光波的振幅,那麼「全像攝影」記錄的則是光波的「相」,而「波相」是沒有絕對大小的,就拿我們所熟知的波浪來說,太平洋裡兩個巨浪所形成的「相」跟你家洗澡盆裡兩個小波所形成的「相」在程度上是「一樣」的。世俗觀念裡的「大」與「小」,在這裡變成了「齊一」。

 

全像攝影式的心靈

 

  腦神經生理學家普里布蘭認為,「人類的心靈就像全像攝影」。這個新的類比可以解釋很多本來難以理解的心智功能。

 

  譬如前面拉西里走迷宮的老鼠,如果人有一個「全像攝影式的心靈」的話,那麼整個的腦就像一個「全像感光板」,從學習中所得到的訊息以「神經波紋」的型態貯存在整個腦中,當一個神經衝動興起(電波),「撞擊」一個神經叢甚至單一的神經細胞時,那一個訊息(記憶)的「全像」就會被我們的意識所捕捉,而像雷射光撞擊一小片「全像感光板」所呈現的立體影像一樣。

 

  同樣的,切除大部分的大腦皮質,不會使這個訊息消失,而只會減少它的「清晰度」。

 

記憶的另一個謎

 

  我們也可以用它來解釋有關記憶的另一些現象。譬如我們看到某個人,但卻記不起他的名字,怎麼想都想不出來,但這並不表示他的名字永遠從我們腦中消失了,因為常常是過了一段時間後,你會「忽然」想起他的名字,它好像一下子「跳」出來 一樣。

 

  在「全像攝影」裡,貯存於感光板上的訊息,只有用與原來相同波長及角度的雷射光照射時,才會呈現它的影像。因此,當你忽然想起本來遺忘已久的人或事時,可能是當時你腦中產生了某一特殊波長的電波(神經衝動),撞擊到神經細胞的分子所致。

 

意識流與雙重人格

 

  一立方公分的全像感光板可以貯存約一百億個這種全像「密碼」,層層交疊。科學家可以在同一塊感光板上貯存不同物體的全像,譬如先以雷射光拍攝一座孔子雕像,然後再以同一雷射光及同一感光板拍攝一座蘇格拉底雕像,只是角度稍微不同而已,這兩座雕像的「干擾型態」交疊在感光板上,我們根本看不出什麼。但當我們以同一雷射光照射感光板,並稍微轉動感光板(變換它的角度),那麼出現在我們眼前的就一下子是「孔子」,一下子是「蘇格拉底」,像走馬燈一樣,非常有趣。

 

  這種現象跟我們平常所說的「意識流」非常類似。我們的心思流變不居,一下子想起青年時代的戀人,一下子想起昨天的暴雨,另一下子又想起公司的會議,這跟「轉動」感光板的角度非常類似,當我們的意識採取「不同角度」時,我們就捕捉到貯存於神經細胞中的「不同訊息」。

 

  我們甚至可以用此來解釋「多重人格」,多重人格者在不同的人格狀態下具有不同的觀念、記憶、行為、智力、甚至不同的「誘發波」(EP),這可能是在A人格狀態中,以A波長及(或)A角度去撞擊神經細胞,而在B人格狀態中,則以B波長及(或)B角度去撞擊神經細胞所致。

 

夢的舞台

 

  「全像攝影」也可「製造」不可能同時存在的景像,方法是同時以數道雷射光去拍攝不同的物體,而記錄在同一塊感光板上,只要找出正確的角度,則我們可以讓在現實世界裡不可能同時存在的兩種景物「一齊亮相」﹕譬如讓你出現在「一代歌后」的影片裡。

 

  這跟我們每天晚上所作的「夢」非常類似,在夢中,我們會出現在古代或外國,或出現種種不可思議的「組合」,但它們是那樣的逼真,那樣的栩栩如生,使我們百思不得其解。這個怪異而多采的「夢的舞台」,也許就是「全像攝影的舞台」。

 

幾千年的老問題

 

  近一、二十年來,以「全像攝影」來類比「腦」或「心靈」,是一項熱門的科學活動,雖然其間還有許多細節難以釐清,但透過這種類比似乎解決了不少迷團。從科學發展的歷史觀之,我們有理由相信,「全像攝影式的心靈」也許亦非人類問了幾千年的老問題:「心靈是什麼?」之終極答案,但多一個答案總比少一個答案好。

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