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一、左右腦分工與合作兩級模型
人類大腦的左右兩半球在處理外界聲音信號時是有分工的：通常左腦在理解聽覺語言信號語義時占優(yōu)勢，而右腦在理解音樂信號時占優(yōu)勢。但究竟是什么因素決定左右腦的分工，學術(shù)界長期形成了兩個完全不同的假說：聲學假說認為，決定大腦半球優(yōu)勢的因素是聽覺信號所具有的聲學屬性，與信號的功能無關(guān)；功能假說則認為，決定大腦半球優(yōu)勢的因素是聽覺信號的功能，與信號所具有的聲學屬性無關(guān)。兩種假說之間的爭論相持不下，并且其中的任何一個假說都不能解釋所有的實驗數(shù)據(jù)。
　　中國科大生命科學學院陳林教授課題組等，通過對母語為漢語的人群如何感知漢語聲調(diào)的深入研究，利用既類似音樂又同時攜帶語義的漢語聲調(diào)作為刺激信號來研究大腦的早期聽覺認知過程，巧妙地解決了兩種假說之間的爭論：聲學假說在早期的注意前認知階段是成立的，而功能假說則在后期的注意認知階段是成立的。根據(jù)實驗結(jié)果，證明在聲音進入耳朵后約200毫秒的早期認知階段，漢語聲調(diào)主要靠大腦的右半球來分析處理，就像處理音樂一樣。先前報道的相關(guān)研究工作未能夠通過分階段觀測大腦聽覺認知處理過程來研究這個問題；研究同時提示，說漢語的中國人比說英語的西方人更頻繁地使用右腦。這便提出了一個兩級聽覺認知模型，將聲學假說和功能假說統(tǒng)一起來。根據(jù)這個模型，在注意前階段，右腦依據(jù)聽覺輸入的聲學特性而成為處理漢語聲調(diào)的優(yōu)勢半球；只有到了注意階段，左腦才依據(jù)聽覺輸入的語義功能而成為處理漢語聲調(diào)的優(yōu)勢半球。

二、腦力思維二電機假說
在我們1966年提出“腦力思維二電機假說”之前，早知道科學界有人類大腦是左右兩半球結(jié)構(gòu)的認識。但根據(jù)神經(jīng)回路和大腦整體學說來表達的意識現(xiàn)象，是基于神圣的或物理--化學的因素之上的；從生物進化發(fā)展來看，還可以說人腦是一分為三。如美國馬里蘭州的一位腦專家發(fā)現(xiàn)，人腦是由三種不同功能的腦子構(gòu)成的：在小腦有一個細小的原始片段，是從爬行動物腦子遺傳下來的，稱之為R-復(fù)合體，跟人類的一些兇暴、下意識等行為有關(guān)；在中腦有一個從早期哺乳動物那兒遺傳下來的"緣腦"，是控制人類感情、家庭觀念等行為的部分；在大腦有一個發(fā)展水平最高的"新大腦皮質(zhì)"，是寓藏想象力、辨別力等高級智能活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。這不僅在高等靈長類動物如鼠猴身上作實驗得到證實，而且在一些天然病變，如癲癇病發(fā)作患者身上有時也能看到。如常表現(xiàn)出好斗行為，卻又忘掉已經(jīng)學會的搏斗方式，而本能地采取各種低等動物的不平衡和揮動雙臂的斗爭姿勢。這是因為損害了腦高級功能和低級功能之間的傳遞系統(tǒng)，于是就成了類似僅僅只有R-復(fù)合體的原始腦。
那么腦力思維假說的二電機與人類大腦的左右兩半球是對應(yīng)？是類比？
是又不是。因為腦力思維二電機假說不是說人腦里真的有兩臺電機；也不是說兩半球就類似兩臺電機的截然劃分。它的觀點是：人腦這個最重要地方的思維活動，是由兩個類似的精神泵控制工作的，這如象兩部微型交流伺服電動機，它們將輸入的生理信息轉(zhuǎn)而執(zhí)行對人體黑箱的指揮和控制。其次，人腦這兩個思維電機并不是連續(xù)而是交替地進行工作；即其中的一部在運轉(zhuǎn)，另一部只對此進行監(jiān)護收錄，而到一定時刻或遇新的刺激，監(jiān)護的那部立即運轉(zhuǎn)而前一部又改為監(jiān)護收錄。這樣人腦里因同時存在正副兩本記錄，就大大便利于對信息的整理儲存和校核、檢索。
啟發(fā)我們提出“腦力思維二電機假說”的，最早是自然全息：
1、1965至1966年，我們在武漢鋼鐵公司的軋鋼廠看到，為了及時排除故障，軋鋼車間拖動軋鋼的大型要害設(shè)備，配有兩臺電機。這使我們聯(lián)系到法國曾擁有的四艘世界最大的超級油船，它們的鍋爐、發(fā)動機、螺旋槳、方向舵和電氣系統(tǒng)都是成雙的，目的也是為大海航行中不論出現(xiàn)任何事故不致遭受毀壞。
2、這種聯(lián)系延伸到人的大腦這個重要器官，我們知道人的鼻循環(huán)現(xiàn)象，在正常呼吸時，是輪流地使用左右鼻孔。用右鼻孔呼吸時，大腦容易興奮，神經(jīng)處于緊張狀態(tài)；而在輕松、安寧時，則常用左鼻孔進行呼吸。
3、又如有人發(fā)現(xiàn)，馬或鳥類，可以在睡覺的時候，睜一只眼閉一只眼，大腦的一個半球睡眠而另一個半球卻保持清醒。還有海豚、海豹和海牛等海生哺乳動物，也具有"腦單半球慢波睡眠"的功能，使它們有睡眠狀態(tài)之中仍能時不時地浮上水面呼吸。我們認為，這項發(fā)現(xiàn)結(jié)合“腦力思維二電機假說”，有助于對人的"夢游癥"和催眠術(shù)的部分解釋：在催眠術(shù)中，可以觀察到一個被施以催眠術(shù)的人，當他的枕骨區(qū)受到刺激后，同警覺性和評判能力相關(guān)的大腦前區(qū)的活動就減弱了：而發(fā)生在特定人群身上的"夢游癥"，則是患者腦力思維二電機自動控制短時失調(diào)，出現(xiàn)一部滯留醒覺而另一部分仍在夢鄉(xiāng)，以及工作的那部分還具有類圈的多旋狀態(tài)等多種因素造成的。
4、在大學里，我們學的《電工學》中有關(guān)交流伺服電動機的知識，使我們把腦力思維的動力看作伺服電動機；在實習工廠我們參與制造單晶硅爐和生產(chǎn)單晶硅，要用到多部小型交流伺服電動機，使我們切身體會到它們之間有分工又有合作的重要性和階段共軛的匹配性。
在自然全息的啟發(fā)下，我們常常做這樣一類簡單實驗：我們使兩只手同時作向下按的相同動作，并注意大腦里的感覺，你會發(fā)現(xiàn)意識的位置是在不斷地交換。又如，我們表達一個早已清楚的概念，無意中還是把某處說錯了；但過后又能意識，或者在別人提示下，也能意識；我們認為這就是由于人腦的兩個思維電機記錄的不一樣，校正時能互相補充而有利于得到更正。

三、腦力思維二電機假說的證明
腦力思維二電機假說跟兩半球在功能上有一定分工并不相矛盾，只說明對兩部思維電機作的同類記錄，是規(guī)定了各自的處理權(quán)限的。這在"裂腦人"身上更容易得到說明。
例如，只切斷兩半球之間聯(lián)系的白質(zhì)橋--胼胝體，大腦兩個半球還能在很大程度上相互獨立。這種情況就破壞了兩個腦力電機正常的有序交替或同步而會產(chǎn)生相互干擾；為此各自只得執(zhí)行早先約定的分工。如讓這種裂腦人左手握住一把鑰匙，并在事先用幕布擋住他的眼睛，不讓他看見左手握的是什么。由于大腦兩半球的聯(lián)系已被切斷，所以，盡管他右腦的思維電機已接受到左手傳來的感覺信號作有記錄。但是它不能把記錄副本送給管說話功能的左腦思維電機。由于左腦思維電機沒有記錄，也無從資料可查，因而問它左手拿的是什么，他只會茫然不知。
如果是只有半個腦袋的裂腦人，這種不存在交替或同步的情況，決定于單獨留下的腦力電機功能恢復(fù)的強度，如果它的耐力能擔負兩個完好的腦力電機的任務(wù)，那么它有可能跟沒有腦損傷的人差異不大。
人腦思維二電機交替使用，不但提高了大腦的工作效率，而且有利于減少人體黑箱對信息能的泄漏。我們可以想象：一部電機帶動一個鼓風泵與兩部電機帶動兩個鼓風泵同時向一個布袋里送氣，哪種泄氣量大一些呢？當然是后一種兩個電機使之同時送氣的情況。因此這種象兩部電機交替工作的情況，也可以看成是大腦思維活動的模型。
上世紀七十年代后，國內(nèi)外報道的很多事實，都能證明腦力思維二電機假說是有依據(jù)的。
1、美國加利福尼亞大學斯佩里教授，通過精心設(shè)計的種種嚴密而精細的實驗，對裂腦人進行了仔細的觀察和研究，發(fā)現(xiàn)大腦兩個半球在功能上有明顯的分工：左半球同抽象思維、象征性關(guān)系和對細節(jié)的邏輯分析有關(guān)；它具有言語的、概念的、分析的、連續(xù)的和計算的能力。右半球則與知覺和空間有關(guān)，它具有對音樂、圖形、整體性映象和幾何空間的鑒別能力。左、右半球既各司其職，又協(xié)同互補。也就是說，人腦好比兩套不同類型的信息加工控制系統(tǒng)；裂腦人能用言語報出左半球獲得的信息，但不能用言語報出單由右半球得到的任何信息，因而提出裂腦人有兩個精神的主張。因為斯佩里的實驗揭示了：我們過去認為是不能讀寫、智力遲鈍的，甚至某些權(quán)威認為是無意識的所謂從屬的或次要的右半球，被發(fā)現(xiàn)事實上在執(zhí)行某些智力任務(wù)時是較高級的大腦之中一員。
2、腦力思維二電機假說在半腦人身上，得到證實。1981年《科學畫報》上報道：1958年上海醫(yī)務(wù)工作者為一位七歲時患了"嬰兒腦性偏癱"的姑娘切除了大腦右半球，以后23年中盡管只剩下大腦左半球，卻也具有大腦右半球的功能。在美國，一位切除了半邊左腦的21歲的婦女，竟也恢復(fù)了由左腦支配的功能。1982年《生命》雜志創(chuàng)刊號上報道：昆明一位患癲癇病的16歲的男孩，切除了大腦右半球已有15年，能在造紙廠當倉庫保管員，科學家們測驗和檢查了他，發(fā)現(xiàn)他神志正常，右腦半球的有些功能在他身上并未消失。這使人想到國際上對斯佩里實驗的一種解釋：腦連合存在時，左側(cè)損害的作用是阻止未受損害的右半球內(nèi)實際存在的但受到抑制的潛在性功能的表現(xiàn)，只有當未受損傷的右半球從與它構(gòu)成整體的，來自損害的半球的破壞性、抑制性影響中釋放出來，如腦連合部切開時，它自己的存留的功能才能成為有效的。
3、然而所有的這一切，也引來一些爭論。有些科學家認為，一切人都不是一個統(tǒng)一體，而是兩個人的混合物；一切正常人都有兩個精神，都是兩個"人"。有的則認為，裂腦人不僅有兩個精神，而且是兩個人。腦力思維二電機假說并不和實驗相矛盾的解釋是：
A、腦力思維二電機假說，實質(zhì)體現(xiàn)出一種合二而一的循環(huán)，例如拿猴子做存在腦循環(huán)的實驗，切斷它的腦連合部，訓(xùn)練每一只眼分別執(zhí)行特定的任務(wù)。當兩眼被訓(xùn)練于執(zhí)行矛盾的任務(wù)，并且將兩眼都打開時，那么猴子便交替地進行活動，兩側(cè)半球象是有禮貌地輪流起作用。這自然是存在著沖突和混淆的危險。為了避免，在正常聯(lián)系的情況下，也還得讓一側(cè)大腦半球占優(yōu)勢。如人類幾乎都是左側(cè)，這就是大多數(shù)人是右利的由來。
B、腦力思維二電機假說對分工論，持約定說，這得到在語言上不能過分強調(diào)兩半球分工的實驗的支持。神經(jīng)學家們認為，如果沒有以"語言--思維"為最高表現(xiàn)形態(tài)和核心成分的人腦的意識反映機能作為最主要的推動力，猿的腦髓也不可能轉(zhuǎn)變?yōu)槿说哪X髓。日本科學家角田直延證實，語言對大腦的影響超過大腦對語言的影響。他通過實驗發(fā)現(xiàn)，日本人的邏輯思維與情感反應(yīng)并不象西方人那樣分給不同的兩半腦，而是被塞入與語言半腦相同的左側(cè)。據(jù)他分析，日本人的大腦功能的不同，既不是遺傳也不是文化熏陶，而是日本的語言特色所造成的。
C、這就是我們開篇說的，來自中國科技大學等處的研究人員發(fā)現(xiàn)的一個一分為二的兩級認知模型：世界上的語言可以分做非聲調(diào)語言與聲調(diào)語言兩大類，歐美各國的語言屬于前一類。東方的語言包括普通話，客家話，廣東話，與菲洲有些地方的語言屬于后面這類。聲調(diào)語言是指在發(fā)出一個語音時依聲調(diào)的高低，長短等就構(gòu)成出不同語義的語言。這種依照聲調(diào)傳遞不同信息的方法利用功能性MRI或者正電子斷層掃描技術(shù)揭示了母語者左腦中的變化過程——這主要是通過測量包括聽力過程關(guān)注階段在內(nèi)的短暫性集中神經(jīng)事件來完成的。研究人員證明了在關(guān)注前階段，對于聲調(diào)語言系中字調(diào)變化的早期聽覺過程實際上是側(cè)向于右半球大腦的，中國科技大學的陳林教授，曾通過對漢語聲調(diào)感受的研究，證明早期聽覺信號處理中大腦半球優(yōu)勢主要依賴于聽覺信號聲學特性。在實驗過程中，研究人員對中文普通話母語者不斷發(fā)出一個有意義的聽覺詞語——一致的元音，以及字調(diào)變化或詞首變化這種間斷的奧德勃(odd-ball)模式刺激方式制造一個對比來獲得詞義上的改變。研究人員發(fā)現(xiàn)，利用失匹配負波的整個頭部電子記錄，這種字調(diào)對比會引起一個關(guān)注前反應(yīng)，而且在右半球比左半球反應(yīng)強烈。這就說明，如果在字調(diào)變化和一致聲調(diào)之間有一個明顯的聽力特征，那么這種相反的偏側(cè)性模式就表明大腦半球?qū)τ谘葜v前聽力提示的依賴性是由處理流中的一個語義表現(xiàn)法描繪的。
大腦是一個裝有外部宇宙模型、詞匯和想象力的內(nèi)部宇宙。自身"我"只是大腦產(chǎn)生的唯一圖象。當人睡著時，這個"我"就消失，但大腦仍然在忙于制造"我"之外的圖象。對于處在自然、社會、思維三大領(lǐng)域交界面的特殊對象--腦的研究，如果我們今天仍按傳統(tǒng)的觀點去考慮；那末，隨著整個科學技術(shù)的發(fā)展，就將會遇到一系列困難。