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一项更有趣的实验阐明了感知之谜：我们如何将世界整合到我们的思维中，并毫不费力地将不同的感觉整合成连贯的整体。一些神经疾病患者无法做到这些，从而导致奇怪的病症，就像奥利佛·萨克斯（Oliver Sacks）的著作《错把妻子当作帽子的丈夫》的书名所描述的那样。这名丈夫能够认出妻子的眼睛、鼻子、嘴巴以及她面部的其他部位，但无法将各部分整合到一起，看到一张完整的脸。对他来说，认出一张脸是一项几乎不可能完成的任务，这需要意识全部的力量，而我们大多数人都是在不知不觉中做到这点的。问题是，当一张脸被识别为一张脸，而不是不相关部分的集合时，我们的大脑中发生了什么？
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1999年的一项研究中，由弗朗西斯克·瓦雷拉（Francisco Varela）带领的神经学家团队要求志愿者看“穆尼脸”（Mooney faces），他们有所发现。所谓穆尼脸是模糊不清的黑白图像，当垂直观看时，它们仿佛是人脸，但颠倒观看时，它们就变成了毫无意义的斑点（见图10-1）。
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图10-1 穆尼脸
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实验者在计算机屏幕上展示一张穆尼脸图片，要求受试者尽快按下两个按钮中的一个，按下哪个按钮取决于受试者是否从图片中识别出了人脸。同时，受试者的脑电波通过附在头皮上的由30个电极组成的阵列进行监控。
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在仔细观察图片约1/4秒后，受试者的脑电波展示出一阵“伽马振荡”，我们已知，伽马振荡是由与视觉过程相关皮质的不同区域的数以百万计的神经元有节律地发射所引发的，其频率约为40赫兹。无论图像是人脸还是斑点，两种情况下都出现了这种集体振荡。它们似乎标记出了感知的时刻，即当思维识别出所看到图像时产生的无意识的“啊哈”瞬间。但尽管两种条件下的发射速率相似，同步程度却完全不同。只有在观察到人脸时，放电才对准大脑遥远的部分。
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这里的区别与不和谐的声音与合唱之间的区别相同。当感知到斑点时，不同视觉中枢的神经元都以40赫兹的相同步调齐声歌唱，但它们毫无同步的希望，结果便是毫无意义的喧闹，这与大脑无法感知形状是一致的。另一方面，当感知到人脸时，神经元不仅以同一步调歌唱，而且时间也是完美的。这表明，不同的特征被整合到了一起，形成了一张完整的人脸形象。
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大脑中的后续事件同样迷人。在受试者自觉反应并按下一个按钮之前，同步的浪潮就消失了。神经元之间的电学一致性被它自己积极地拆散了，就像士兵们在过桥之前将齐步走改成便步走一样。瓦雷拉和他的同事推测，这种积极的去同步可能是大脑将记录删除干净的方法，以允许另一个神经元合唱团的形成，作为下一个想法或行动的基础。在这个实验中，受试者的下一项行动是产生一个动作反应，按下计算机的一个按键。的确，在展示完一张图像的3/4秒后，这个时间与典型受试者的反应时间密切对应，大脑显示了同步的第二次爆发，这次，同步出现在动作响应所涉及的区域。毫不奇怪，无论是否识别出了人脸，第二轮同步都会出现，因为无论任何情况，受试者都会把按钮按下。
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这些研究描绘了一幅关于人类生活令人不安的画面。当我们处理日常事务、把握自己的生活时，我们可能会比我们所了解的更为呆板，从一个神经状态铿铿地来到另一个，我们感觉饥饿、认出朋友的脸、记得在回家路上买牛奶，所有这一切都取决于哪些神经元碰巧在某个时刻同步。一些科学家推测，意识可能是同步状态通过我们大脑的主观体验。还有人则更进一步暗示同步可能是构成意识的基础。有一篇题为《丧尸之内》的文章，为加州理工学院神经科学家克里斯托弗·科赫（Christof Koch）和他的合作者弗朗西斯·克里克（Francis Crick，DNA双螺旋结构的共同发现者）合著，他们推测“意识包括神经元以毫秒级同步发射，而不相关的发射无须产生头脑中那种特殊的嗡嗡声就可以影响行为”。
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最奇怪的是，这特殊的嗡嗡声可以触发一种难以名状的奇怪感觉。如果你未曾亲身感觉到的话，那么你会觉得这很可笑，但如果你有过这种体验，你会准确地知道我指的是什么，这是一种不寒而栗的感觉。或许每隔1～2年就会在我身上出现一次，它的出现毫无征兆。例如，我可能正在镜子前刷牙，我看着自己，突然觉得：谁在那里？那是谁？
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我正在摸索一些词语，以表达思考自己的意识是多么奇怪。在镜子前的那些奇怪的时刻，我感觉到自己的意识是多么奇怪。它是一堆原子，看起来像我，但我知道这是很多水分子、蛋白质、脂类以及其他物质，通过某种特定方式的组合，这该死的东西意识到了自己，反过来盯着我看。如何用化学解释这些东西、解释我、解释我的自我认同感？换句话讲，意识的物质基础是什么？
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目前尚未有人知晓答案，但如果科赫和克里克被证明是正确的，它便会得到应得的奖赏。因为如果意识是某种神经同步的副产品，那么仅仅是思考同步（就像你阅读的这几百页书一样）就是同步本身的一项伟大壮举。
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同步：秩序如何从混沌中涌现 [:1701062296]
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同步：秩序如何从混沌中涌现 后记
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到目前为止，我希望我已经让你了解到现在成为一名科学家是件多么令人兴奋的事，我探索的仿佛一个新领域的黎明。数个世纪以来，我们对于自然的研究都在将它切分为越来越小的碎片，现在，我们是时候开始考虑如何把碎片重新拼在一起了。
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一些老前辈会笑着说，自己以前就听说过这种方法。每10年左右，就会有一个华而不实的理论出现，它背负着类似的愿望，而且经常伴随着一个不祥的名字。20世纪60年代是控制论，70年代是突变理论，80年代是混沌理论，到了90年代又变成了复杂性理论。在每个事例中，当时的怀疑论者都会抱怨，这些理论都有吹嘘过度之嫌，结论不是错误就是平淡无奇。听到这些话的科学家往往会一笑置之，走回实验室，继续更折磨人的还原论(29)实验，他们不顾自己的研究课题与相邻学科之间的联系，苦苦奋斗在宇宙中属于他们的一隅之中。
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而现在，即使是那些最老于世故的主流科学家都开始承认，还原论或许不足以解决我们面临的诸多终极奥秘：癌症、意识、生命的起源、生态系统的恢复力、艾滋病、全球变暖、细胞的功能、经济的盛衰……这些是这个时代的标志。在每一所主流研究型大学中，各种名称的学院如雨后春笋般出现，例如功能基因组学与整合生物学。生物学家与计算机科学家和数学家联手，尝试在分子水平上理解生命之舞。人类基因组测序给了我们一张巨大的零件列表，其中包括3万个独立基因和它们编码的蛋白质。但我们关于这些基因和蛋白质的连锁活动是如何在活细胞中进行编排设计的仍一无所知。
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导致这些未解决的问题如此棘手的主要原因是它们分散的动力学特性，其中，海量的组件每时每刻都在不断地改变它们自身的状态，通过某种方式彼此连接，使我们无法通过检测单独的某个部分对其进行研究。在这种情况下，整体肯定不等于部分之和。与宇宙中的大多数现象一样，这些现象本质上都是非线性的。
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这也是为什么非线性动力学对科学的未来极为重要的原因。混沌理论揭示，简单的非线性系统可以表现出极其复杂的行为方式，并向我们展示如何用图像而不是用方程式来理解它们。复杂性理论告诉我们，依据简单的规则相互作用的许多简单的单元之间可以产生意想不到的秩序。但是，复杂性理论主要的局限性在于，它没能从深刻的数学意义上阐释出秩序源自哪里，以及没有用可信服的方式将该理论与真实现象联系起来。基于这些原因，它对大多数数学家和科学家的思想都没有产生什么影响。
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在我看来，同步是此时唯一成功的理论。作为非线性科学最古老、最基本的部分之一（正如它所说的那样，用于处理单纯的有节律的单元），同步提供了对于万物的精辟见解，从心律失常到超导，从睡眠周期到电网的稳定性。同步理论以严密的数学思想为基础，通过实验测试，描述并整合了生命物质和非生命物质之中非常广泛的协作行为，遍及从亚原子到宇宙的各个尺度。除了它的重要性和内在的魅力，我相信同步还给我们提供了继续研究复杂非线性系统的关键性的第一步，此时的振子终将被基因与细胞、公司与人类所取代。
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另一方面，我也在极力避免给你留下一个虚假的印象。同步只是你巨大的思想主体的一小部分而已，它绝不是研究复杂系统的唯一方法。化学家伊利亚·普里高津（IlyaPrigogine）和他的同事觉得，解开自组织奥秘的关键在于对热力学的更深刻的理解。他们将秩序的涌现视作打败熵的一场艰苦的胜利，视作一个复杂系统依靠环境中的能量流动来维持自身运转。物理学家着迷于模式的形成，将流体力学视为范式。波涛汹涌的湍流间歇性地产生类似螺旋状和羽毛状的相干结构，而不是退化成一个温和、均匀的污点。物理学家赫尔曼·哈肯（HermannHaken）和他的同事将世界看作激光，认为其具有随机性和正反馈，二者共同产生了出现在我们身边的有组织的形式。圣塔菲研究所的研究员为自然选择带来的无处不在的进化而感到震惊，进化不仅出现在生物种群中，还出现在免疫系统、经济和股票市场中。还有人设想宇宙是一台巨大的计算机，运行着一个神秘的程序，它的发现将宣告科学的终结。
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但现在，所有这些猜想都是白日梦。我们仍然在等待在理解世界方面的重大突破，它的到来可能还需要漫长的时间。我认为我们可能错过了微积分的概念，这是定义一个复杂系统的无数相互作用结果的一种方式。甚至可以说这是超微积分，如果把它移交给我们，那么我们可能永远无法理解它。我们的确一无所知。
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在此期间，同步科学正在日拱一卒地缓慢前进着。佩斯金已经开始探索昆虫扑翼飞行的力学问题，他还与同事大卫·麦克奎恩（DavidMcQueen）改进了他的心脏血液流动的计算机模型。他们的模拟已经帮助医生设计出了更好的人工瓣膜。
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