Dr. Granville Dharmawardena：脑和意识的量子力学机制

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Dr. Granville Dharmawardena：脑和意识的量子力学机制 - [拾零]
国际脑研究组织（IBRO）
国际脑研究项目讲座组项目
1999年12月9日，科伦坡

DR. GRANVILLE DHARMAWARDENA
UNIVERSITY OF COLOMBO
PO Box 1490, Colombo -03
Sri Lanka

心理学家们常常习惯地将心灵和肉体当作两个分离的实体来谈论，但是大多数都承认它们是密切地纠缠在一起的。然而没有人知道它们是如何纠缠的，或者有多密切。所以心身问题顽固地抵抗明确的解答。哲学家约翰·塞尔（加州大学伯克利校区的Mills讲座哲学教授）说，今天的哲学家们不愿意处理像人们一直在尝试理解人们与宇宙的关系这样大的一些问题。

所有这些都牵涉到难以琢磨的身心关系，而心又更广泛地涉及到脑心问题。脑心关系阻碍人们很长一段时间了。人们可以为此辩解说，直到最近这都没有被当作是科学研究的对象。

心理学和相关科学能够持续很多年或者根本无视脑或者最多将其当作一个黑箱，其操作结果可以在不涉及其内部成分的情况下被理解。

人脑无疑是宇宙中最复杂的器官。它是物理的和生物的。因此可以用科学研究它而不会受到哥德尔定理的干涉，哥德尔定理认为在数学体系中存在一些命题，它们是真的但却无法在这些体系中得到证明。

另一方面，意识既不是物理的也不是生物的。因此研究起来，它是更加难以捉摸的对象，哥德尔定理相关的考虑也许在此处将要发挥作用。理解脑和意识的尝试一直主要基于严格的牛顿经典科学并完全基于物质的领域。

虽然人类感觉的理解能力和牛顿科学的范围局限于三维空间，我们宇宙的范围却不局限于三维。我们宇宙中发生的许多自然现象超出了三维场景。因此假定脑和意识的运作机制仍然囚禁在牛顿的三维物质宇宙的疆界内是不可能的。

几百年来在牛顿的宇宙中理解脑心问题的各种努力，引入了许多分割和概念。这些分割和概念已经成为从现代科学的观点，特别是从量子力学的观点重新看待脑心问题的障碍了。

在经典科学领域中想要解决超越经典科学问题的智力杂耍不可能产生任何正确的答案。

要尝试解释人脑运作机制并发展可以解释所有实际观察资料的意识模型，首先必须要抛弃传统的垃圾，清理场地。还必须要列举观察到的所有脑和意识的特性，并保证开发的模型要能解释所有这一切。

大家一致公认意识的处所在人脑。我们可以附和这一概念。哲学家Colin McGinn（美国Rutgers大学哲学教授）提出了脑的属性P——借此属性，脑成为意识的基础；以及与此属性P相关的理论T，其完整地解释了意识状态对于脑状态的依赖性。他补充说，如果我们知道了T，那么我们就对心身问题有了一个建设性的解答。

考虑脑的特性P是合理的，但是在这个阶段不可能排斥这样的可能性，正如诺贝尔奖获得者John Eccles爵士所指出的那样，意识的范围可能并不局限于人脑的范围内。这尤其是因为我们和许多其他人的很多实际观察清楚地显示出，意识时常能够完全脱离肉体。因此，我们可以将我们的注意力集中在对三个因素的理解上，即意识的本质，使得意识在脑中运作的脑的特性以及解释脑的和意识像实际观察到那样行为的模型。

物质的脑在很长的时间内已经受到了经典和现代科学家们很多的注意。经典科学关于脑结构的说明及其运作的机制在医学和生物学教科书中很容易就能找到。脑包括大约1.3公斤的灰色物质,它是由几百亿叫做神经元的分化细胞组成，这些细胞具有类似电子计算机中晶体管电路的电子特性。像在晶体管电路中一样，这些细胞彼此连接起来，在脑中由几千万亿这样的“神经元-神经元”连接。像在晶体管电路中一样，电信号由去极化电脉冲通过神经元来传输。这些电脉冲由其他神经元中的脉冲所激发、调制或抑制，并被传递到其他的神经元。

然而也有差别。在晶体管电路中，电脉冲由电子的迁移以光速的一半高速运动跨越电路来传输，而在神经元中，电脉冲由比电子要重得多的离子以相比之下慢得多的、最高速度为每秒120米的移动来传输。这个速度太慢，不足以解释人类行动的速度。神经元之间的连接是通过生物化学的连接建立的，信号通过离子的释放从一个神经元经过这些连接传送到另一个神经元。在晶体管电路中所有的连接完全是电的。

脑在人体中（从等级的观点看）是最复杂和最重要的器官，并且它是能量贪婪的消费者，每单位物质所消耗的能量比其他人体器官多10倍。几分钟不能向脑提供能量就能导致脑的实质性损伤并最终导致死亡。在神经元中所表达的蛋白质的种类多达30,000。这比其他任何人体器官中都要多。

理解脑的结构和运作机制的重要性促使美国总统乔治·布什宣布90年代为脑的十年。EEG (Electro Encephelo Graph)是原先用于研究脑的机制的技术。三种新的技术，PET (Positron Emission Tomography)， MRI (Magnetic Resonance Imaging)和Magneto Encephelography在过去10年中出现用于研究脑的机制。结果是，我们今天对脑的功能的理解比之前的一、二十年提高了许多。

电脉冲以最高每秒120米的速度移动也许可以适合解释某些人体内的有意识的功能。但是显然不适合解释人类涉及到计算的行动和心灵。在计算机电路和脑细胞之间的相似性驱使脑研究者们构建脑的计算机模型。一开始他们尝试串行计算机，后来为了解释速度并行计算机也参与进来了。今天计算机模型主导了大多数的脑研究。

然而计算机模型在解释人类的速度方面比需要的要慢了许多个数量级。一位神经生理学家曾计算过，如果脑是标准的串行计算机或并行计算机，需要花费比宇宙年龄更多的时间才能完成仅仅一个知觉事件所需的全部计算量。但是如果脑是量子计算机，它会立刻尝试数据安排的所有可能的组合，并整合其经验。

许多研究脑心问题的研究者们继续持有一种先验的假定，即意识是一种突现的属性。他们把意识当作另外一种属性来看待，从脑中穿梭的几千万亿电脉冲中作为属性P的结果自然产生出来。按照这种假定，意识不过是由脑中底层微过程所导致的自然的生物现象，不很适合心灵和物质的传统范畴。然而基于我们和许多其他人所作的实际的观察，我们抛弃了这些假定，并将意识视为可以独立存在的非物质实体。

对于OBE（离体经验）和NDE（频死经验）的观察显示，在身体处于一种麻痹状态或休眠状态时，意识能够离体，从体外观察事件，然后重新回到脑中。在身体重新恢复正常后，人可以叙述他的意识在他的身体停止活动时从体外的位置所观察到和听到的内容。另外一些实验则显示了意识能够离开正在死亡的人，在周围漂浮观察事物和事件，后来正如Eccles指出的那样，将自身附着到一个未出生的胎儿上开始另一个人的新生。

因此，意识是一种可以独立存在的非物质实体，而非一种属性。意识不是自然突现的。它可以停留在人脑中，通过脑的属性P与人脑相互作用，从而控制人体。一旦属性P崩溃，意识就可以离开脑并进入一种独立的漂浮的存在。

意识的这种行为类似于电子进出原子的行为。电子是一种可以停留在原子中的量子实体，通过量子力学机制与（本身也是量子性质的）原子核周围的电磁场相互作用，只要它所占原子的量子状态含有的能量与该电子自身拥有的能量相匹配。一旦电子的能量不相配了，它就必须转换到另一个相配的状态，或者游离原子而成为一个自由电子。在这个案例中，使原子停留在电子内的属性，电子的本性以及相关的原子模型是众所周知的。所有这一些都是自然中的量子。

让我们来考虑意识的本质，脑的属性P以及可以满意地解决脑心问题的模型。

意识的本质

给意识下定义被认为是一个非常困难的问题。意识这个词有一个单一的意义呢，还是像“bank”和“palm”一样有两个意义？在我的母语（Sinhala）和梵文中，分别有两个含义独立的词与这个问题有关。梵文中的“Smruthi”和“Vignana”是两个独立的含义，而在英文中 “Consciousness”则是覆盖了这两个含义的共通的词。

意识的“Vignana”意思是指可以独立存在的非物质实体，通过属性P与脑相互作用。让我们用意识来指这种实体。意识的“Smruthi”意思是由上述实体与正常运作的脑和感觉器官相互作用所产生出来的一种状态。它是当一个人被麻痹后或头部被重击后所丧失的东西。让我们用“S-意识”来指这种状态。

量子力学家Danah Zohar将意识描述为包括全面的认识及有目的的反应能力的某种事物。以此描述，她接受了意识一词以上两种意义。Roger Penrose把这两种意义称为积极意识和消极的意识。

当一个人清醒时，关于周边环境的信息由其感觉器官提供给他／她的脑。大脑加工和计算这些由感觉器官向脑提供的每秒千百万比特的信息，并将加工所得的信息提供给意识。

通过这一程序，意识保持对环境的觉知，我们说此人对他／她的环境具有S-意识。当这一意识和环境的联系被阻断，意识不能觉知其环境中的事件，我们说此人S-无意识。已经发现，当一个刺激提供给被麻痹人的一个感觉器官时，脑对该刺激所作的处理反应就好象他／她没被麻痹一样。物理学家和药理学家 Susan Greenfield（Professor of Pharmacology at Oxford University，牛津大学药理学教授和伦敦Gresham College的物理学教授）指出迄今尚无一人能指出一个发生在清醒状态下但却不在麻痹者脑中存在的事件。

因此，当一个人处于S-无意识状态，属性P停顿而切断意识和脑的联系。

在这种状态下，意识能够离体，不靠感觉器官直接观察环境中的事件，将其保留在记忆中，并且在意识回到身体并重新建立其与脑的关系后能叙述所见到的内容，这些都是可能的。按照我们的观察，离体的意识具有视觉、听觉和嗅觉。

运用诸如PET和MRI之类的技术，已经显示，由感官从刺激中接受数据、将数据传输到脑、计算和处理数据并将处理过的数据转送给意识，可以通过对人进行催眠将以上这些程序进行颠覆。例如，一位催眠师向一位催眠对象暗示，他／她正在看着红灯，在脑中发生的以上所有过程，就好象对象真的在看着红灯一样。

一个人描述他／她的意识在处于离体状态时所观察到的或听到的能力，使我们相信记忆至少部分地是非物质的。


几十年前，David Bohm就曾指出过我们思维过程中的行为和量子进程中的行为之间的许多令人吃惊的相似性。例如，当思考一连串模糊想法时，集中注意力关注一个想法以便对它看得更清楚些，这一来却会改变原先的整个思路。正如海森堡测不准原理所支配的电子，在被观看和测量之后从来都不可能再和过去相同那样，被注意力特别提挈过的思考与之前的模糊沉思不一样了。被关注的思想具有一定的“位置”，就像电子的“波粒二象性”中偏向粒子的那一面，而模糊的思考具有“动量”，就像电子偏向波动的那一面。这是量子实体特有的属性。

量子体系本质上是统一的，我们的思维过程也是如此。David Bohm说，“思维过程和量子体系在他们不能被过度分析为分离元素这一点上相类似，因为，每一个元素的‘内在’性质不是一种在与其他元素分离和独立的情况下存在的属性，相反地而是一种部分地起源于它与其他元素关系的属性。”

Danah Zohar分析意识像量子一样的行为，得出结论说，意识按照量子力学的规律运作。

我们可以得出结论，意识是一种量子力学的实体，当属性P提供必要的量子力学基础，有利于意识与脑相互作用并在脑中运作，此时意识可以在人脑中定位。当属性P瓦解，意识飞离并开始漂浮。它至少可以带走部分记忆的内容。它具有获得视觉、听觉和嗅觉信息的能力，尽管事实上已没有感觉器官与之相连。

脑的属性P使得脑与意识可以相互作用

在大多数解决心身问题的尝试中，都假定了计算机可以用于模仿或者模拟脑中的心智及神经生物学变化过程，而这可以解释意识。Roger Penrose（牛津大学Rouse Ball数学教授）指出，量子力学和哥德尔定理使我们抛弃这些假定。

John Searle指出由神经元构成的脑知晓它所处理的内容，而通过建立模型模仿脑的某些活动的计算机则不知道其内部正在处理的内容。Penrose指出，脑中的物理活动的某些事物激发了觉知。这一方面超出了计算的范围。他还指出从不出错的事物不可能是智能的。从不出错的计算机不可能是智能。脑的计算机模型不能解释我们思维、知觉和感觉独特的不可分割性。

在大多数标准的脑模型中，心智据信是从脑中穿过数十亿神经元的不断穿梭的千万亿信号中涌现出来的。按照力学原理建构起来的脑不可能解释属性P，它可以通过与意识相互作用创造S-意识。

最近由英国南安普顿大学的一组物理学家完成的一些EEG实验证实了，思维过程本质上是量子化的。实验中，左脑和右脑在左脑单边承担工作任务时的反应行为被加以测量，而实验测试的则是测量行为本身所带来的影响。他们发现，测量左脑时，EEG改善了左脑的表现，而测量右脑时EEG干扰了右脑的表现。在另一实验中，发现测量左脑时，EEG使得右手的活动更加精确。

在解决（头）脑／心（智）问题中主要的障碍是“脑-心”如何将几百万分离的神经元活动捆在一起，形成一个知觉的整体经验。“我”或“自我”或我的世界的被感知到的整体性如何从一个由如此多的部分、几十亿神经元组成的系统中涌现出来？什么创造了思维程序的“单一性”和“综合性”？什么创造了个体性和“我”性或“自我”？什么创造了感觉、自由意志和创造性？

没有一个由彼此分离的相互作用的部分所组成的力学系统能够产生以上的内容。是脑中的什么结构创造了属性P，而后者保证我们可以达到量子的王国？

已经清楚了，要解释属性P，人们需要考虑宇宙中最有序和最一体化的结构。具有这两个特性——最有序和最一体化——的结构就是玻色-爱因斯坦凝聚态。

在经典科学中，我们可以发现的最有序的结构就是晶体。晶体是刚硬的，不可移动的结构。在玻色-爱因斯坦凝聚态中，量子特性允许既具有“流动”的秩序也具有高度的一体化。在玻色-爱因斯坦凝聚态中每一个粒子弥漫在所有的空间中，任何时候在任何容器中保持着凝聚态。它们许多的特性是相关的。它们像一个粒子一样整体地行为。凝聚态像单个粒子一样行动。在分离的部分之间不存在“噪声”或干涉。这就是为什么超流体和超导体具有其特殊无摩擦的性质而激光变得如此一致。超导体、超流体和激光是玻色-爱因斯坦凝聚态。激光束的光子重叠其边界，并像单个光子行动，而整个系统可以用一个单个的方程来描述。

超导体、超流体和激光是或者温度很低，或者能量很高的系统。超导体和超流体在其达到室温之间很早就松开了量子的一致性。在室温下，身体细胞中的量子一致性是由Herbert Frölich发现的。在此之前，物理学家Fritz Popp发现，生物组织在合适的能量层次上受到刺激时能放射微弱的辉光。

生物组织的细胞壁包含了无数的蛋白质和脂肪分子，它们是电极化的。当一个细胞处于静止状态时，这些偶极子相位不同，以杂乱偶然的方式排列。但是当它们受到刺激时，它们便剧烈地振荡或摇动并播散一个微弱的微波信号。Frölich发现，当流经细胞的能量达到一个临界的水平时，所有细胞壁分子偶极子整队并获得相同的相位。它们就像是突然协同起来似的一致振荡。这种涌现的量子场是玻色-爱因斯坦凝聚态，具有与任何量子场一样的整体特性。

Dana Zohar指出离子通道在神经元中振荡是量子现象，这种现象产生了Frölich所说的那种一致的电场。离子通道（蛋白质分子）排列在个别神经元的膜壁上，它们响应由于刺激而导致的电的波动而开合。它们就像门户一样，使钠、钾和其他离子得以通过。

它们的尺度随量子的波动与重叠而定。每一个通道在振荡时会产生一个微小的电场。当大量的离子通道（每一个神经元上有1千万个）受到刺激协同开合时，整个神经元发光或振荡，大规模的电场由此产生并贯穿整个神经元。某些神经元像领跑者。当领跑者神经元响应一个刺激振荡时，整个神经束与其一起振荡。神经生物学家发现，当一个人看见某一对象时，大脑皮层中所有与知觉对象有关的神经元，无论其在脑中处于什么位置，都跟着一起振荡。

Danah Zohar认为，原先的离子通道振荡是量子现象，正如在Frölich系统中一样，振荡产生了一个一致的量子电场。它是玻色-爱因斯坦凝聚态。如此大规模跨越整个脑的一致电场的存在，解释了完全不同的和相距遥远的神经元如何可以整合其信息来产生一个整体的图景。相当晚近获得的在明显分离的时空的粒子之间非局域性的量子关联存在的证据，能够帮助我们理解这些效应。

玻色-爱因斯坦凝聚态的关键特点是许多协助组成有序系统的部分不仅作为一个整体行动，而且它们变成一个整体。它们的特性融合并重叠，以至于它们完全丧失了其个体性。这是一种量子力学的特征。这样一种大规模的量子同步性存在于激光、超导体和超流体中，并能够对它们的特殊性质做出解释。只有这种量子相关的凝聚状态才能解释思维程序的不可分割的整体性。

脑的属性P，也就是非定位性量子的相互关联，或是玻色-爱因斯坦凝聚态，便具有上述表现行为。它从各种比特的信息中创造了统一性，将它们引向有意义的整体。千百万每时每刻从感觉器官接收到的感觉资料传送到脑的各种不同分区，并由脑的计算设备加工处理。意识通过P获得这种经过加工处理的信息，并创造了一种整体的情景。

正是所有处理过的信息比特整合成单一的整体创造了作为一个人的同一性、自我或“我”性。这里P是脑的一致的非局域量子关联，它是一种自然突现的属性。

脑-心和意识的模型

从上面的考虑可以提出一个三层次的脑——心和意识的模型，其中脑像三明治一样夹在身体和意识之间。这里脑-身联系是机械的，从经典科学角度的考虑很容易理解。身体和脑在爱因斯坦的空-时领域中运作，其中非局域性是受禁止的。

脑与意识的连接由属性P建立，该属性将脑与量子领域联系起来，而在后者中非局域性是可以运作的。意识是量子领域中可以独立存在的非物质实体。只要涌现出来的量子属性P有效，意识在脑中可以保持局域性，正如只要电子的能量与它所处的量子状态相匹配，量子实体的电子可以在原子中保持局域性一样。一旦属性P瓦解或者减弱，意识就可以离开脑并获得一种漂浮的存在，就像一个电子如果获得了超额的能量就离开原子并开始作为一个自由电子那样开始漂浮的存在。如果属性P重新建立，意识能够返回脑中。

这一模型解释了所有观察到的意识属性包括NDE、OBE和转世轮回。既然所有以非定位量子关联方式进行的信息传输都是瞬间的，它解释了人类行动的速度。它可以扩展以解释诸如心灵感应这样的现象。它解释了个体的同一性或者“我”性或自我。

References

1. The Mystery of Consciousness - John Searle, Granta Books, London - 1998.
2. The Human Brain - A Guided Tour - Susan Greenfield, Wiedenfield and Nicolson, London - 1997.
3. The Large, The Small and the Human Mind - Malcolm Longair - Cambridge University Press - 1999.
4. From Brains to Consciousness - Essays on the New Sciences of the Mind - Steven Rose - Penguin Books - 1998.
5. An Elementary Textbook of Psycho - Analysis - Charles Brenner, Doubleday Anchor Books - New York - 1957.
6. Psychology Today, An Introduction - J. Jay Braun and Darwyn E. Linder - Random House - New York - 1979.
7. Minds, Brains and Science - John Searle, Harvard University Press - 1997.
8. The Problem of Consciousness - Colin McGinn - Blackwell - 1996.
9. The Quantum Society - Mind, Physics and a New Social Vision - Danah Zohar and Ian Marshall, Flamingo - 1994.
10. Scientific Acceptability of Rebirth - Granville Dharmawardena - Foundation for Buddhist Research - Sri Lanka - 1998.
11. Many Lives Many Masters - Leslie Bryan Weiss - Translation by J. Wijesekera - Hitec Prints - 1998.
12. The Quantum Self - Danah Zohar, Flamingo - 1991.
13. The Astonishing Hypotheis - The Scientific Search for the Soul - Francis Crick - Simon and Schuster - 1995.
14. Shadows of the Mind - Roger Penrose - Vintage - 1995.
15. Frolich. H, " Evidence for Coherent Excitation in Biological Systems " - International Journal of Quantum Chemistry Vol. XXIII, 1983.

来源：神秘花园

【作者简介】DR. GRANVILLE DHARMAWARDENA

Granville Dharmawardena博士毕业于锡兰大学化学专业，后在英国剑桥大学取得博士学位，并在澳大利亚核技术学院、美国哈佛大学、法国原子能委员会研究中心接受短期培训。毕业后，Granville Dharmawardena博士任教于科伦坡大学，现任该大学放射性同位素中心主任。他曾历任科伦坡大学首席学生辅导员、科学院院长、代理副校长，也是斯里兰卡国家科学委员会理事会成员、斯里兰卡科学服务会会员，并曾长期担任斯里兰卡原子能管理局主席。另外，他还是斯里兰卡汽车工程研究所研究员，曾多次领导斯里兰卡政府代表团驻联合国及国际原子能机构。

原文出处：A QUANTUM MECHANICAL MODEL OF THE BRAIN AND CONSCIOUSNESS by Dr. Granville Dharmawardena

相关链接：

1　THE AESTHETICS OF EVOLUTIONARY SCIENCE by Professor Robert Pope and Mark Robinson
2　Scientific Acceptability of Rebirth by Dr. Granville Dharmawardena