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第11章  腦裡的怪獸--腦動力學初探

頭腦是一片從來閒不住的電波之海
過去幾年, 深受近二十年來研究成果的影響的我, 發現自己開始用不同的方式去看待頭腦。現在我喜歡把頭腦比喻成一種特殊的海洋, 一片從來閒不住的電波之海, 它是由神經元時間的多重同步波匯聚在一起, 能夠記住所有曾經航行過它那神秘灰色水域的事物。

老鼠有五種清醒和睡眠狀態
傑瓦松尼與里貝洛採用我們長期多點多電極記錄方法, 來研究自由行為鼠的醒睡週期。同時記錄4個不同的腦部結構, 記錄了極大量的資料。相較於靈長類以視覺為主的睡眠不同(快速動眼期), 老鼠的快速動鬚睡眠, 比較喜歡觸覺豐富的夢境。

台灣來的林士傑, 獨創"狀態空間圖"
雖然學界對這些醒睡週期細節的了解, 已經有一段時間了, 但是還沒有人嘗試用過單一平面繪圖方式, 來解釋這種電生理資訊, 林士傑辦到了! 他用圖形呈現出頭腦內部總體動態, 那是相對論性腦自我觀點的核心。

全腦動力學
研究顯示, 在大腦沒有那一個確切的空間位置, 其中的數據能夠用來界定整個腦部的動力學狀態。傑瓦松尼、里貝洛與林士傑將時間軸架入狀態空間圖之後, 得以將綜合連慣性納入, 進行整體的評估。揭露了在各個主要行為狀態之間的大部分轪速轉換, 具有"同步觸發突然強烈改變"的特性。調節性結構的集體行為, 引發了腦部狀態的轉換, 導致行為相對應的轉變。

神經生理學第八條原理: 脈絡原理
我相信產生在腦內的訊號, 及來自外界的訊號之間的融合或衝撞, 界定了我們感知的現實。這也顯示: 沒有絕對的真實, 因為腦袋並不是感官的奴隸。
脈絡原理: 對於外來刺激或是需要做出某個特定運動行為時, 皮質的整體反應方式, 要看腦袋當下的整體內部狀態而定; 也就是說, 在腦部針對任何特定行為, 欲產生最佳選項時, 當時的腦部動力學是最關鍵的。

線與球模型
過去線年曾用過"線與球模型,會來幫這類時空碰撞、腦部能量限制, 以及我對腦袋"一片從來閒不住的電波之海, 它是由神經元時間的多重同步波匯聚在一起" 的比喻。予以視覺化。在線與球模型裡, 一個小球在閉合的線圈中沿一條軌道, 於三維空間內上升、下衝或扭動。

"不應期"決定最大瞬間觸發率
由腦內動態來處理輸入的感覺訊號, 一切都是相對的。單一神經元會受到能製造的棘波總數和最高瞬間棘波速度兩項限制, 所以在動作電位大爆發過後, 會有很長的一段時間大約100毫秒, 該神經元沒有製造任何棘波。

觸發守恆原理與數量效應原理
觸發守恆原理: 一群神經元的觸發率有最大極限, 而且總觸發率也傾向固定不變,這是各種補償機制, 能創造出穩定的平衡。有增加其他的就會降低, 使大腦整體的能量預算, 能保持長期恆定。
數量效應原理: 當神經元集群的大小, 超過某個數值, 神經元元集群中的資訊數量, 就逐漸達到它的最大資訊量。這有可能解釋: 單一神經元觸發的相當大的變異性, 最後會被沖洗掉--因為那個神經元的貢獻, 被大型神經元集群給平均了。