《全球脑》02/生物神经系统的演化

没有一个难解的例子可以颠覆我的学说。
——达尔文《物种起源》

在大约5亿年前,地球上出现了动物。之后,随着动物的发展,其体内产生了神经细胞。不仅如此,这些细胞还组成了神经系统,使得动物能够具有更好的适应性。我们发现,事实正是这样。

蚊子可以寻找到人的皮肤,并轻盈地降落在上面,之后开始吸取人的血液。蟑螂悄悄地在房间内穿梭。当我们要捕捉时,它十分敏捷地逃脱了。蜜蜂会伏在花朵上采蜜,而不会在绿叶上寻找。这样它就不会饿肚子了。这些无脊椎动物之所有具有一定的生存能力,一个重要原因是其体内具有神经系统。这个独特的系统可以帮助人类的害虫对抗捕杀,进而能够顽强地生存下去,以致于我们不得不时刻注意控制其种群规模。正因为神经系统用处很大,所以在无脊椎动物体内,这个系统得以保留了下来,并且能够不断演化发展。

我们发现,在不同种类的无脊椎动物体内,其神经系统由简单到复杂,可以分为神经网、神经节、神经链、梯状神经系统以及大脑,等等。在巨大的生物圈中,即便生存环境极为复杂,这些神经系统仍然可以帮助无脊椎动物很好地适应环境。例如,水母能够适应海洋。与此同时,蝴蝶也能够适应陆地,而蚯蚓则能够适应地下土壤。当然,神经系统不仅有助于无脊椎动物适应环境,同时也有助于协调控制器官。例如,蜻蜓能够通过控制翅膀的震动来飞行,蜘蛛能够通过控制前进的方向来编织蛛网,而雌性苍蝇则能够通过控制生殖器的动作来排卵。

另外,除了以上提到的用处,神经系统还有一个用处,也就是能够帮助后代获得上一代的生存本能。其结果是,对无脊椎动物来说,无论是寻找食物还是繁殖后代,它们仿佛天生就会。当然,不仅无脊椎动物具有神经系统,脊椎动物同样具有这个系统,而且在功能上也更加完善。事实正是如此。

脊椎动物已具有非常完善的神经系统。在这个系统中,脑是它的核心部分。据维基百科上介绍,“脑是由称为神经元的神经细胞所组成的神经系统控制中心。它控制和协调行动、体内稳态(身体功能,例如心跳、血压、体温等)以及精神活动(例如认知、情感、记忆和学习)。”事实上,脊椎动物的脑就能控制身体各个器官的运作,其中就包括心脏的跳动。

现在,让我们设想一下,在黑暗的背景中,我们仅能看到各种动物的神经系统。它们看起来就像荧光物质,能够发出微弱的光芒。与此同时,其他器官和周围物体看起来都是透明的。在生机勃勃的生物圈中,所有动物都被千姿百态、大小各异的神经系统支配着。其结果是,它们能够做出各种各样的动作。它们看起来忙忙碌碌的,呈现出了一幅壮丽的自然景象。毫无疑问,正是神经系统驱动着各种动物,使它们可以生存繁衍下去。不仅如此,这个系统还为大自然增添了无穷的活力。另外,哺乳动物之所以看起来很聪明,也是因为具有了这个系统。

事实证明,哺乳动物已拥有一些类似人类的智力。正因为如此,人们才会饶有兴趣地测试哺乳动物的智力水平。例如,有的人经常训练狗做出主人要求的姿势,或者是取回主人抛出去的物品。与此同时,一些科学家则竭尽所能,希望能够发现人类以外的具有高级智能的动物。现在我们已经知道,黑猩猩和海豚就具有高级智能。其中,黑猩猩的脑与人脑在结构上大致相同,只是重量相对较轻,同时神经元之间的连接数也相对较少,所以相对而言,黑猩猩只有较低的智力水平。相反,人类就不同了。而人类之所以具有较高的智力水平,是因为人类具有发达的大脑。所以现在,就让我们来了解一下人类的大脑吧。不过在此之前,我们首先要从人类的神经系统谈起。

在人体中,神经系统包括脑、脊髓和神经三个部分。其中,脑和脊髓组成了中枢神经系统,而其他神经则组成了周围神经系统。令人惊讶的是,即便神经系统是人体中最复杂的组织,但是在重量上却仅占3%的人体体重。科学家们发现,神经系统主要是由神经元和神经胶质细胞组合而成。其中,神经胶质细胞的作用是,为神经元提供结构与营养。另外,在神经系统中,兴奋在神经细胞间传播,以达到传递和处理信息的目的。随之,神经系统就能够实现几大功能,分别是感觉功能、综合及指令功能以及运动功能。其中,中枢神经系统负责综合及指令功能,周围神经系统则负责感觉和运动功能。现在,让我们来看看人脑。

人脑主要是由大脑、小脑、脑干和间脑构成。同时,人脑又分为左右两个半球。我们看到,大脑表面布满了脑沟,以及沟与沟之间所夹的细长的脑回。如果把大脑切开的话,其断面就可以分为白质和灰白质。其中,大脑表层上的数厘米厚的灰白质部分,就是与人类智慧密切相关的组织,也就是我们常说的大脑皮质。这里聚集了大量的神经元。而在整个人脑中,则聚集了大约860亿个神经元。事实上,神经元不仅数量多,而且每个神经元和其他神经元之间的连接数量也很多,平均多达1 000个。这奠定了产生复杂智能活动的结构基础。其结果是,人脑能够产生在所有动物中综合水平最高的个体智能。

在一般情况下,成人的脑重量约为1—1.5公斤。不过,个体的智力水平与脑的重量没有必然联系,相反,却与它的使用程度有关。例如,音乐家在旋律方面表现出较高的智慧,是因为他的大脑经常处理这方面的信息。与此同时,在微观上,也导致与旋律相关的神经元间在数量上大为增加。同时,这些神经元之间的连接(突触)数量也大为提高。这意味着,与旋律相关的神经网络变发达了。其结果是,音乐家就能够更好地掌控旋律。这就像我们常说的,“脑越用越聪明。”

至此,在人类中产生了最高级的生物个体智能。当然,生物的智能不仅体现在个体身上,同时也体现在集体身上。随之,就导致了智能在集体方向上的演化。

* * *

据维基百科上介绍,“集体智慧(collective intelligence)是一种共享的或者群体的智能,以及集结众人的意见进而转化为决策的一种过程。它是从许多个体的合作与竞争中涌现出来的。集体智慧在细菌、动物、人类以及计算机网络中形成,并以多种形式的协商一致的决策模式出现。”从这个定义可以看出,动物具有集体智慧。通过经验我们知道,事实正是如此。

一般系统论的创立者路德维希·冯·贝塔朗菲(Ludwig von Bertalanffy)就曾这样描述蜜蜂的集体智慧:“蜜蜂在交配季节的婚飞中,在成群飞行中,在产生新皇后的过程中,整体决定了蜂窠中个体的活动,这种令人赞叹的整体的‘目的性’远远超过任何个体可能的预见。”

当然,不仅蜜蜂具有集体智慧,白蚁也具有集体智慧。我们知道,白蚁是以群体形式生存的昆虫。虽然其个体的智能水平较低,但是蚁群却能克服这个缺点。确切地说,在蚁群中,蚁后、雄蚁和工蚁可以组成一个大家庭。它们就能够一起去寻找食物。不仅如此,它们还能为繁衍后代、抵御外敌而一起努力。在这个过程中,它们不像螳螂那样独立行事。相反,它们能够分工明确,一起应对挑战。另外,白蚁的群体化生存,也使它们看上去比其他昆虫更有创造力。例如,它们能够建造非常复杂的巢穴。毫无疑问,这充分体现了白蚁的集体智慧。其实,在自然界里,广泛存在着类似的智能形式。例如,狼群和鱼群就具有集体智慧。

我们知道,一只狼很难捕获比自己体积大很多的食草动物,但是狼群却有这个能力。确切地说,几只狼可形成一个团队,能通过集体协作来完成捕获猎物的行动。这就说明,整个狼群比一只狼有更强大的事务处理能力,从而能够体现出更高级的智能。如果说狼群的集体智慧体现在捕猎上,那么,鱼群的集体智慧则体现在警觉能力上。事实证明,鱼群比一条鱼有更高的警觉能力。当周围环境突然发生变化时,最先发现的鱼会迅速改变前进方向,以逃避可能存在的危险。紧接着,整个鱼群也会跟着改变前进方向。其结果是,鱼群在躲避危险方面能够表现得更加敏捷,体现了更高的智能水平。

从以上例子我们不难得出结论,从整体上来说,生物群体所表现出的集体智能,要比个体智力高级。这就是所谓的集体智慧。为了进一步理解这个概念,让我们先来了解一下生物神经网络的定义。

据维基百科上介绍,“生物神经网络(biological neural networks)一般指生物的大脑神经元、细胞、突触等组成的网络,用于产生生物的意识,帮助生物进行思考和行动。”

了解了生物神经网络的定义后,现在,让我们总结一下生物集体智慧的一些基本特征:

  • 在生物群体中,个体已具有一定的信息交换和处理能力,可以当作为神经元
    • 借助于动作、声音和气味可以传递信息,而产生或感知这些信号的器官则可以当作神经网络的突触
    • 众多生物个体以群体形式生存,拥有集体意识,例如捕猎或放弃捕猎
    • 个体之间可以快速地传递、反馈和共享信息
    • 对信息的并行处理
    • 形成了比个体高级的智能系统
    • 产生了比个体高级的智能

在本节中,我们简单了解了生物智能的演化过程。同时,还了解了一个概念,也就是集体智慧。这样我们就可以清晰地看到,生物智能在两个方面获得了进步:在个体方面,形成了人脑这样的复杂神经系统,产生了个体智力;与此同时,在群体方面,形成了由一组生物个体组成的的集体,产生了集体智慧。毫无疑问,生物智能也可以称为自然智能。与之相对的是,机器智能也可以称为人工智能。既然我们已经了解了生物智能的演化过程,那么,下面,就让我们了解一下人工智能的是怎样发展的。

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