神经动力学:对介观脑动力学的探索

序
世事的起伏本来是波浪式的，
人们要是能趁着高潮一往直前，
一定可以功成名就；
要是不能把握时机，
就要终身蹭蹬，一事无成。
——威廉·莎士比亚：裘力斯·凯撒
第四幕第三场第217行①
仅仅4个世纪之前，欧洲科学家的思想还束缚在古希腊留传下来的静态世界观之中。芝诺
悖论(Zeno’s paradox)考虑了运动问题。这一悖论说的是，箭首先得飞过一半路程，再飞过余下路程的一半，再飞过余下一半的一半的一半，如此无限重复，那么箭怎么还能射中目标呢？与此成对照的是，中国科学家形成了富有远见和影响深远的动态世界观。这种世界观是用和西方相同的有关物质的唯物论概念来表述的，这些概念是土、空气、水和火，再加上木，而不是欧洲的以太②。和西方不同的是，中国科学家认为，存在能量流使世界生机勃勃，他们现在把这称之为“气”。
中国科学家对气的本质的认识，对他们建立关于周围世界和人是完整宇宙的不同方面的动态概念是至关紧要的。他们认为人的身体和精神的状态是通过气和周围世界之间的相互作用来决定的。古埃及医生建立了一套唯物主义的医学体系，其基础是认为由四种元素的不同组合形成四种体液，但这是一种静态的体系。他们认为疾病是由体液之间的不平衡引起的，通过放血或泄泻的方式除去多余的部分就可以治病。由于当时在西方没有更好的医学体系，所以这个体系延续了25个世纪之久而一直没有什么变化，直到上个世纪才为基于当时新出现的化学和生物学科学的新体系所代替。与此不同，中医认为医生可以通过按压、针刺和火炙穴位来控制经络中的动态的气，并由此创立了实用的针灸体系。针灸作为医疗实践中一种至今仍富有成效的方法，仍然在不断发展之中。
公元16世纪末，就在莎士比亚通过布鲁特斯(Brutus)之口说出前面那些话的时候，中国陷入沉睡，而欧洲则开始觉醒。以伽利略、开普勒、牛顿和莱布尼兹为首的科学家们通过研究星
星、太阳、月亮和海洋潮汐而深入到解决世界如何运动的基本问题。数学理论开始指导实验。微积分的发明解决了芝诺悖论，在微积分中，不断减小的距离区间是和不断减小的时间区间匹配起来的，因而它们的比值趋近于某个实数——速度。这些由新的数学和物理学所掀起的潮流迅速扩布到科学的几乎所有领域，其中包括生物学和社会科学，并导致产生新的工业和军事装
备。当时这一潮流使欧洲在全球占据主宰地位。
现在到了21世纪，那股地缘政治学潮流的高潮已经过去并且开始退潮。中国已经觉醒，中
国科学家开始取得他们在国际合作的广阔舞台上应有的位置，而国际合作一直是全球科学界
最引以为荣的传统。在所有的国家中，神经科学家在这个舞台上都占有突出的位置，这是因为，正如我们从神经科学的成就中所看到的那样，脑科学在以下诸方面都起着关键作用：搞清楚我们人类究竟是谁；如何得知我们关于脑和世界能知道些什么；这些知识如何对我们应用科学来影响、指导和控制世界事务(包括心理学、人类学、经济学以及医学一些领域中的研究)产生影响。
但是请稍安毋躁，还有别的一些潮流要讲，其中一个是微观细胞神经生物学的领域，另一
个是宏观脑成像的领域。在西方，从牛顿的“力”的概念演化而来的“能量”概念一直在这两个潮流中起着关键作用。在19世纪中叶之前，关于能量和动量守恒的热力学第一定律已经在物理学中稳固地建立了起来，并被推广到脑功能中去，认为沿着神经流动着“神经能”。这一观点可以和中国科学家关于流动着气的看法相比拟，只是完全采用了西方不变性的一套说法。这种不变性在当时几十年中构成了西方神经学、神经精神病学、精神分析的基础，但这种不变性很难捉摸，并最终被证明是不对的。这一失败毁坏了诸如精神分析和杰克逊神经学等思想学派的名声，这些学派的基础是神经能守恒。
与此成对照的是，细胞神经生物学发现了神经动作电位在神经元彼此通讯中所起的作用，
由此而取得了成功。人们一开始以为这些所谓的“单元”是以能量波的形式沿着轴突以有限的
速度传播，但是由于不满足守恒定律，上述概念就为动作电位是信息单元的思想所取代，也就
是说，动作电位是二进制数字。这一推论并不正确，因为动作电位序列是某种通过脉冲频率调
制进行能量传播的方式。虽然这种新的想法在脑科学中是不对的，却导致产生了神经网络和数
字计算机。这些装置已经为信息时代的国际社会提供了技术基础，这说明一种理论要有成果并
不一定非要正确不可。目前和细胞神经生物学同样的一股浪潮正在涌人分子神经生物学，分子
神经生物学认为DNA分予是由四种核苷酸编码而成的一串信息单位。现在神经物理学家和
神经遗传学家正致力于解释触发动作电位的量子机制，以及微观神经元通过释放量子分额的
神经递质化合物影响网络中神经元之间通讯的方式。某些大胆的科学家甚至提议把意识解释
为脑中量子相干的突现性质。
……