資源描述：
《人腦智能產(chǎn)生的非線性機制_腦混沌與腦自組織》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第14卷,第4期科學(xué)技術(shù)與辯證法Vol.14,No.41997年8月Science,TechnologyandDialecticsAug.,1997·自然科學(xué)中的哲學(xué)問題·人腦智能產(chǎn)生的非線性機制X——腦混沌與腦自組織陳忠李金琳章琪內(nèi)容提要人腦智能系統(tǒng)是世界上最復(fù)雜、功能最強的信息系統(tǒng),人腦智能的出現(xiàn)是人腦中非線性相干的結(jié)果?；煦绾妥越M織是人腦智能系統(tǒng)的兩種基本運動形式。腦混沌為發(fā)散性思維提供了基礎(chǔ),而腦中的自組織則使思維具有有序性和條理性,并產(chǎn)生特定的思維模式。人腦中的混沌和自組織是分層次的,上一層次為下一層次提供條件和環(huán)境,
2、并對它起調(diào)節(jié)控制作用,使其在布滿吸引域的問題空間中進行搜索選擇,由此完成信息的加工和處理。人腦中的有序活動對外表現(xiàn)為人所獨有的智能。關(guān)鍵詞智能系統(tǒng)混沌自組織問題空間思維模式引言人腦的結(jié)構(gòu)是世界上最復(fù)雜的結(jié)構(gòu),人腦的智能是世界上最奇妙的功能。為了搞清人腦的結(jié)構(gòu)和功能,人們已經(jīng)進行了長期艱苦的探索。甚至每當科學(xué)史上提出一種新的理論時,人們就試圖用它來解釋和研究人腦。本世紀下葉以來,系統(tǒng)科學(xué)、非線性科學(xué)發(fā)展迅速,為研究復(fù)雜系統(tǒng)提供了有力的武器。其中對混沌、分形和自組織的研究更激動人心。人們自然想到用這些新武器來攻克大腦的奧秘。近年的研
3、究發(fā)現(xiàn),正常思維活動的腦電圖竟然是混沌的,而且測定了腦電圖的分形維數(shù)和各種復(fù)雜度,并揭示了它們與思維、意識、樂感、氣[1]功等之間存在某些聯(lián)系,這預(yù)示著非線性系統(tǒng)理論在大腦研究中有著廣闊的前景。但是,大腦極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與功能使我們不得不謹慎從事,眼前的成功離搞清人腦的秘密還有很長的距離,僅僅把腦的活動與混沌、自組織、吸引子等聯(lián)系起來還不足以說明太多的問題,搞清它們的內(nèi)在聯(lián)系、運行規(guī)律和機制才是關(guān)鍵所在。一人腦中的混沌混沌現(xiàn)象是非線性系統(tǒng)的一種典型現(xiàn)象,它的最大特點是對初始條件具有極大的敏感性。它給人的印象是混亂和不穩(wěn)定。如果這樣
4、的現(xiàn)象在流體運動(如氣象)、經(jīng)濟行為(如股票)中被發(fā)現(xiàn),這是不足為怪的。但是,人們發(fā)現(xiàn),一個正常思維人的腦電圖卻也是混沌的,而一個病態(tài)人腦(如一個正在發(fā)癲癇病時的腦)的腦電波則呈現(xiàn)規(guī)則的周期性。為了進一步搞清腦電圖與腦功能間的關(guān)系,一些研究者測定出了不同情況下的腦電圖的分形維數(shù)和Kolmogonov復(fù)雜度,以及相應(yīng)的Liyapunov指數(shù)。他們將腦的活動分為四種典型的狀態(tài):準備回答問題時的狀態(tài);正在問題求解時的狀態(tài);休息放松時的狀態(tài);深度入睡時的狀態(tài)。實驗表明:在第一種狀[2]態(tài)時分形維數(shù)、指數(shù)、復(fù)雜度都較高,第二種時最高,第三
5、種時較低,第四種時最低。這說明正常思維的腦電X本文受上海市高校自然科學(xué)基礎(chǔ)研究基金資助?！?2·圖不僅是混純的,而且思維活動越“激烈”越緊張,腦電圖的混沌程度和復(fù)雜程度也越高。怎樣解釋這些實驗結(jié)果?怎樣把正常思維的有序性、條理性和混沌聯(lián)系起來呢?我們認為:1.人腦中混沌運動是“正?！毙袨椤７蔷€性現(xiàn)象廣泛存在于自然界和人類社會以及思維領(lǐng)域。不難證明,任何一個包括三個或三個以上“成員”的系統(tǒng)中,非線性相干都是不可避免的。從控制論的角度講也是如此,只要系統(tǒng)內(nèi)外存在反饋回路,就必然出現(xiàn)非線性。而反饋最基本的含義就是“相互作用”。相互作用
6、是無處不在的。但是,嚴格地講,存在非線性相干的系統(tǒng)并不一定就作為非線性系統(tǒng)來研究。大量非線性效應(yīng)可以忽略的系統(tǒng)人們?nèi)园淳€性系統(tǒng)來處理。科學(xué)意義上的非線性系統(tǒng)是指一類非線性作用在其中起主導(dǎo)作用的特殊系統(tǒng),在這類系統(tǒng)中的反饋和非線性相干需達到一強度,非線性作用原則上不能被忽略或簡化為線性作用。人腦智能系統(tǒng)就是這樣的非線性系統(tǒng)。1224從組成來看,它包含了大約10個神經(jīng)元,每個神經(jīng)元又與10～10個神經(jīng)元相聯(lián)系,每對相互作用的神經(jīng)元又都會受到其他神經(jīng)元的影響,從而產(chǎn)生大量的“三體問題”和“群體問題”?？梢姶竽X中存在非線性相干機制是十分
7、“自然”的。從行為上看,非線性系統(tǒng)在行為上存在許多不同于線性系統(tǒng)的特殊表現(xiàn)。按照美國LosAlamos國家實驗室非線性科學(xué)中心主任D.K.Campbell1987年的說法,非線性現(xiàn)象有三大“范例”:擬序結(jié)構(gòu)和孤立子,確定性混沌和分形,復(fù)雜的圖形和圖象。擬序結(jié)構(gòu)反映了驚人的有序性;混沌說明了奇妙的無序性;復(fù)雜圖形代表了兩者間的巨大斗爭。1990年Campbell又將“范例”補充為四個:將自適應(yīng)、自復(fù)制、自組織、自學(xué)習(xí)也包括了[3]進去。這一補充就把把非線性現(xiàn)象擴充到了生命和社會的廣闊領(lǐng)域,從而使大腦的結(jié)構(gòu)與行為“自然地”進入了非線
8、性科學(xué)研究的范疇,并且成為其中最引人注目的課題。在非線性現(xiàn)象的四大范例中,混沌和分形是目前研究得最多,也最有成效的。它們在自然界和人類社會中存在的普遍性早已被大量實例所說明。引言中提到的研究結(jié)果從實驗上表明不僅具有混沌、分形、自組織等典型的非線性效應(yīng),而且這些效
