皇帝新脑-第58章
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而且有些记忆理论和我在前面指出的不同，这些理论依赖于不同种类可能涉及的化学物质。头脑状态肯定以一般方式受头脑其他部分产生而存在的化学物质（譬如荷尔蒙）的影响。神经化学的整个问题是复杂的，提供涵盖所有有关方面的可靠而精细的电脑模拟将是非常困难的。并行电脑和意识的“一性”
许多人显然持这种意见，认为发展并行电脑是建立具有人脑功能的机器之关键。我们在下面简略地考虑这种目前流行的观念。并行电脑，和串行电脑相对比，能独立进行非常大数量分开的计算，而这些大体上独立运算的结果，断断续续地合并在一起，对整体计算作出贡献。建造这类型电脑的主要动机来自于模仿神经系统的运行，因为头脑不同部分的确似乎具有进行分开而独立计算的功能（例如，在视觉皮层处理视觉信息）。在这里必须说明两点。首先，并行和串行电脑在原则上没有什么不同。事实上两者皆为图灵机（参阅第二章52页）。不同处只在于整个计算的效率或速度。有些类型的计算用并行组织的确更有效率，但并不总是这样。第二点，至少我自己的意见是，并行经典计算不可能掌握我们意识思维的关键。意识思维的一个显著特征是它的“一性”（至少当一个人处于正常心理状态，而且不是“头脑分裂”手术的患者时！），这和同时进行大量独立活动成显明对比。
类似“你怎么能期望我同时想两件事情呢？”的抱怨乃是司空见惯的事。一个人的意识究竟能同时进行许多不同的思考吗？也许有人能同时进行一些思考，但是与其说像是同时、有意识地、独立地实际思考不同的题目，不如说像是在这些题目之间跳来跳去。如果一个人在意识中完全独立地想两件事，甚至那怕是在短暂的时间里，则就似乎具有两个分开的意识。而对于正常人而言，所能体验到的是一个单独的意识，该意识可以模糊地知悉许多事，但是在任一个时刻只能集中于一件特定的事情。
当然，我们这里所说的“一件事”的含义一点也不清楚。在下一章我们将在彭加莱和莫扎特灵感中遇到一些“单独思想”的非常显著的例子。但是，为了辨识一个人在任何时刻都可能有非常复杂的意识，我们不必舍近求远。例如，想象一个人决定晚饭要吃什么。这样一个意识思维之中牵涉到大量信息，而且要用相当长的言语才能完全描述清楚。
对我来说，这种意识认知的“一性”似乎和并行电脑图像相去甚远。
另一方面，那个图像也许更合适作为头脑无意识行为的模型。不同的独立动作――散步、扣钮扣、呼吸或者甚至讲话可同时多多少少自动地进行，人们不必在意识上感觉到任何动作在进行！
另一方面，我认为在意识的“一性”和量子平行主义之间可以想见具有某种关系。我们记得量子理论中，在量子程度上允许不同选择在线性叠加中共存！这样子，一个单独的量子态在原则上可由大量不同的、而且同时发生的活动组成。这就是所谓的量子平行主义。我们很快就要考虑“量子电脑”的理论观念，这样的量子平行主义在原则上可用于同时进行大量的计算。如果意识的“心理状态”在某种形式上和量子态同类，那么思维中某种形式的 “一性”或整体性对量子电脑就比对普通并行电脑更为适合。这个观念中有一些方面引人注意，我在下一章再回到这上面来。但是在认真接纳这个思想之前，我们必须提出以下问题，就是量子效应究竟和头脑活动有何相关。量子力学在头脑活动中有作用吗？
上面有关神经活动的讨论全部都是经典的。除了迄今必须提起的一些物理现象，其基础的机制必须包含一部分量子力学的因素以外 （例如离子，以及它们的单位电荷、钠和钾门、决定神经讯号开关特性确定的化学势、神经传导物的化学作用）。真正量子力学控制在某些关键处还有更清楚的作用吗？如果上一章结尾的讨论不是无的放矢的话，结论似乎是肯定的。
事实上，至少在一个明显的地方，单量子水平的作用对于神经活动很重要，这就是视网膜。（我们记得视网膜事实上是头脑的一部分！）以蟾蜍做的实验显示，在适当条件下，一颗单独光子打到已适应黑暗的视网膜上就足以触发一个宏观的神经讯号（贝勒、兰姆和邱1979）。这也适用于人眼（赫希特、施劳尔和皮莲逊1941），但是在此情况下还存在额外的压抑这种弱信号的机制，使得它们不会由于太多的视觉“噪音”而混淆了感觉到的视像。为了能使已适应黑暗的人实际上得知光子的来临，大约需要七颗光子的组合的信号。尽管如此，对单光子敏感的细胞的确存在于人类的视网膜中。
既然在人体中存在单量子的情况下就能触发的神经元，寻找人脑主要部分何处能发现这类细胞就是很合理的了，据我所知，对此还未找到证据。所有考察过的细胞类型都有一个临界值，要激发该细胞就得需要大量的量子。然而人们猜测，在头脑的某一深处可望找到对单量子灵敏的细胞。如果证明情形的确如此，则量子力学对头脑活动的意义就非常重大。
即便如此，在这里量子力学还不显得非常有用。这是由于量子只是一种用来激发信号的手段。没有得到量子特有的干涉效应。我们从这些得到的，最多似乎只是确定一个神经元是否会激发，这很难看出对我们有多大用处。然而，这里牵涉到的问题不是那么简单。让我们重新考虑视网膜。假定从一半镀银的一面镜子反射来一颗光子到达视网膜。它的状态涉及以下状况的复线性叠加：光子打到视网膜细胞和光子没打到视网膜细胞，譬如穿过窗户飞到空中去（参阅图6。17第292页）。到达它可以打到视网膜的时刻，只要量子理论的线性规则U（也就是薛定谔态矢量演化，参阅287页）成立，则我们就能得到有神经讯号和没有神经讯号的复线性叠加。当它作用到主体的意识上时，两个不同选择中只有一个被感知发生，这时另一个量子步骤R（态矢量减缩，参见287页）应该起了作用。（我在此不理会多世界观点，它本身有许多问题！参阅341页。）连同上一章结尾触及的考虑，我们应该问，讯号的通过是否扰动了足够的物质，达到那一章的单引力子水平。虽然把光子能量转变成实在讯号中的物质运动时，视网膜的放大效应真是令人印象深刻――运动质量的放大也许达到1020倍――但这个质量仍比普郎克质量mp小许多数量级（譬如大约为108）。然而，一个神经讯号在它周围产生了可以探测得到变化的电场（一个以神经为轴，沿着神经运动的圆环形电场）。这场会显著地扰动周围环境，单引力子标准在这些环境中可容易地达到。这样，按照我提出的观点，R 过程在我们感知或没有感知闪光之前早就已经进行过了。由此观之，我们的意识对于态矢量缩减不是必要的！量子电脑如果我们猜测在头脑深处对单量子敏感的神经元会有重要的作用，我们就想知道他们会有什么效应。首先我将讨论德义奇的量子电脑概念（还参阅第四章168页），然后看看是否和这里的讨论有相关之处。
正如前面指出的，其基本概念是利用量子平行主义。根据这个原理，两个完全不同的事情应当被认为在量子线性叠加中同时发生。正如光子被半面镀银的镜子反射，同时光子又穿过镜子或者是通过两个缝隙中的每一个。对于量子电脑，这两个叠加的不同情况就是两个不同的计算。我们对两个计算的答案不感兴趣，而是对利用从这对叠加抽取出的部分资料感兴趣。最后，当两个计算都完成时，对这些计算进行适当的“观察”以得到必须的答案9。仪器用这种同时进行两个计算的办法来节约时间！迄今这个方法并没获得什么重大好处，这是因为可以想见利用一对分开并行的经典电脑（或一台单独的经典并行电脑）比用量子电脑更直截了当得多。然而，量子电脑可能要到需要非常大量的（也许是无限大的数目）并行计算时才会有真正的好处。我们对个别计算的答案不感兴趣，而对所有答案适当的组合感兴趣。量子电脑的建造在细节上会涉及量子形式的逻辑门，其输出为应用在输入上某个“么正运算”的结果。这是U 作用的一种情形，而电脑所有的运行就是U 过程进行到最后阶段，直到最后的“观察行为”R 为止。
根据德义奇的分析，量子电脑不能用来进行非算法的运算（也就是超越图灵机功能的事）。但是在非常巧妙的设计情形下，在复杂性理论意义来说（参阅162页），它能比标准的图灵机获得更大的速度。对于这么杰出的设想，目前的结果仍有点令人失望，但是这有点言之过早。量子电脑和包含极多数目单量子敏感神经元的头脑，两者行为会有如何关系呢？这个类比的主要的问题是量子效应在“噪音”中很快就消失了――头脑太“热”不能在足够长的时间内维持量子相干性（就是通常可以用U 的连续作用有效地描述的行为）。以我的术语，这表明连续达到单引力子的水平，使得R 作用持续不断地进行，其间穿插着U 演化。
我们期望量子力学对了解头脑有所帮助，但目前看来希望并不大。也许我们注定只是电脑而已！我个人不这么认为。但是如果我们要找到答案，就必须要更深入地思考。超越量子理论？
我希望能回到这本书的基本论题上来。我们的世界图像是由经典和量子理论的法则所制约的，就现在所理解的这些法则而言，这图像足以描述头脑和精神吗？对我们头脑“通常”的量子描述一定存在一种困惑，因为“观察”行为被当成解释传统量子理论的要素。是不是只要思维或知觉一旦进入意识，“头脑”就被认为在“自我观察”？量子力学如何顾及这一点并应用到整个头脑，传统理论没有提供我们明确的法则。我曾试图为R作用提供一个和意识完全无关的判据（“单引力子水平”），如果类似的判据能发展成完全连贯的理论，那就出现一个用量子描述头脑的方法，比迄今存在的描述都更清楚明白。
然而，我相信不仅在我们试图描述头脑行为时才引起这些基本问题，数字电脑本身的作用必须依赖量子效应。依我的看法，这些效应并没有完全摆脱量子理论根本的困难。这种“必须的”量子依赖性是什么呢？为了理解量子力学在数字电脑中的作用，我们首先必须问，如何使完全经典的物体能像数字电脑那样行为。我们在
第五章考虑了弗列得钦―托弗里经典
的“撞球电脑”（参阅197页）；但是我们还注意到这个理论“仪器”有赖于某种理想化，这种理想化回避了经典系统中固有的不稳定性问题。这个不稳定性问题可在相空间中被描述成随着时间演化的弥散（第209页图5。14），导致经典仪器运作的准确性几乎不可避免地连续损失。能终止这种准确性降级的最终是量子力学，现代电子电脑分立态的存在是必须的（譬如以数字0和1来编码），这使得电脑处于此态或彼态一清二楚。这是电脑操作的“数字”性质的要素。这种分立性最终有赖于量子力学。 （我们还记得能级、谱频率、自旋等等的量子分立性，参阅第六章。）甚至老的机械计算仪器也依赖于不同零件的坚固性，而坚固性实际上也有赖于量子理论的分立性10。但是，不仅从U 的作用才能得到量子的分立性。其实，薛定谔方程在防止不想要的弥散和“精度损失”方面比经典物理方程更糟！根据U 的时间演化， 一个单粒子原先空间定位的波函数会散开到越来越广的范围去 （参阅289页）。如果不是R 的作用时时发生的话，更复杂系统有时也遭受到这种不合情理的无定域性（回忆薛定谔猫的例子！）。（例如，原子之分立态具有确定的能量、动量和总角动量。一般“散开”的态是这种分立态的叠加。正是R 的作用在某阶段使原子实际“成为”这些分立态之一。）
我认为，经典力学不能解释我们思考的方式。如果没有一些根本改变使R 成为“实在”过程，连量子力学也不能解释。也许连电脑的数字行为都需要对U 和R 之间相互关系有更深入的理解。至少我们知道电脑（由于我们的设计！）的行为是算法的，而且我们不想采用任何物理定律中推想出来的非算法行为。但是，我坚持头脑及思维的情形是非常不同的。在（意识）思考过程中包含非算法的要素是说得通的。我在下一章将探讨我相信有这种要素的理由，以及猜测究竟是什么了不起的物理效应构成影响头脑行为的“意识”。
注 释1．在一次英国广播公司的演讲；见霍奇（1983）419页。2．第一次这类实验是对猫进行的（参考梅厄和斯帕雷1953）。有关头脑分裂实验的进一步情形，见斯帕雷（1966），伽桑尼伽（1970），马凯（1987）。
3．关于视觉皮层功能研究的可读文献，见胡帕勒（1988）。
4．见胡帕勒（1988）221页。更早的实验曾记录到只对一只手的图像有感应的细胞。5．现在已确立的理论认为神经系统由分开的个别细胞（即神经元）组成，它是由伟大的西班牙神经解剖学家拉蒙？卡雅勒在1900年左右大力倡导。
6．事实上，所有的逻辑门都可仅仅由“～”和“＆”构成（甚至只要从一个运算～（A＆B）就够了）。7．事实上，利用逻辑门比利用
第二章内详细考察的图灵机更接近于制造电子电脑。那一章强调图灵方式是基于理论上的原因。杰出的匈牙利/美国数学家约翰？冯？诺依曼和阿伦？图灵的研究对实际电脑的发展的贡献可谓旗鼓相当。
8．这些比较在许多方面是误导的。电脑中绝大多数晶体管和“记忆”
而不是和逻辑运算有关。而且，电脑记忆总是可以从外界在本质上无限地扩展。随着平行运算的增加，比现在正常情形下更�
