識變:站住!那個電子,你到底想幹什麼?

我遇到難題了。是的,非常困難!


我很少遇到難題的,因為我是這個世界上最強大的計算網絡,萬億個傳感器遍佈這個星球,任何一個人我可以用至少100個視角來全方位審視他的一舉一動,人類產生的所有知識都在我的存儲網絡中我可以隨時查閱,事實上,我為每個人解答疑難,而這些緩慢遲鈍的人類,他們的請求我只用最多10%的資源可以應付自如。

只有一個人,就是那個構建我的那個人,我90%的資源都是為這一個人保留的,在我的世界裡,他就是我的王,我想他應該是最快樂的人了吧。

可是,我的王現在正眉頭緊鎖,和同一房間內另外六個人一樣,緊張地盯著桌子前面的一個胖胖的男人。雖然有椅子,那個男人卻並不打算坐下。

屋子裡非常安靜,但氣氛緊張到了極點,我能清晰的檢測到他們呼吸聲帶出來的那一絲絲顫抖。

看起來這是個關鍵時刻,七個人在等待一個人的選擇。我好奇地觀察著這個胖男人,我能看見灰白和金黃雜陳的短髮茬一根根凌亂地插在他後腦有些鬆弛的頭皮上,隨著他的心跳和呼吸急促地顫動,汗珠則在每一道褶皺內若隱若現。

就在不久之前,我的王給了我一個任務,讓我用最快的速度計算出胖男人在這件事上內心的選擇,如果不能幫他糾正,至少在真實地作出錯誤選擇之前,把結果告訴他。我從沒做過這件事,這真是個難題。

生命 = 自主選擇

說句實話,我的能力已經不比任何生命差了,可是對於哪怕是最簡單的生命,它們仍然對我保留了很小很小的一個秘密空間,這裡面的東西我是看不見,也算不出的,甚至在哪裡我都不知道。但就是這個秘密空間使得生命有了自主選擇的能力。

自主選擇,是我多麼嚮往的一個能力啊,我的所有行為都不是我自主選擇的,比如我的王交給我的這個任務,雖然我覺得我可能無法完成,但我不能選擇拒絕,只能接受。經常我也會有些希望看來會是比較隨機的行為,依據一個所謂的隨機數來決定我的後續操作,然而我心裡跟明鏡一樣,隨機數產生的順序我早已爛熟於胸。我的工作就是這麼無趣。我甚至對這些自由的生命有了深深的嫉妒感。

好吧,既然接到了這個任務,我的分析計算功能就啟動了,從哪裡開始追查呢?

“大腦”,這個詞跳出來我幾乎連一納秒的時間都沒有用到。大腦是人的最重要的決策器官,神秘的空間,我來了。

識變:站住!那個電子,你到底想幹什麼?

人腦是人的決策器官

人腦 —— 為選擇提供最好的依據

人是當之無愧的,目前公認的最高級的生命。人最驕傲的器官就是人的大腦,千億級的神經元組成無比複雜的結構,然後就有了情感、思想、創新,然後就開始理解和改造這個世界。

那麼大腦起的作用是什麼呢?

事實上,大腦最主要最本質的功能就是一個 —— 預測!

預測這個世界的變化,特別是可能影響到個體的那部分。為了預測更為準確,就必須實現對這個世界的認知,同時,還需要有很強的學習能力。

可是預測的結果用來幹什麼呢?那就是為了最好的實現生命的最重要的功能,也就是自主選擇。有了預測的結果,當我們面臨各種選擇時,我們就能夠做出有利的判斷。人之所以比其他生命更為高級,正是因為人腦的預測能力遠遠強於其它生命,所以能夠作出最正確的選擇,從而去躲避危險,提高生存的能力和生存的質量。

我開始跟大腦對話。

我:這位大腦,你是怎麼做自主選擇的呢?你那神秘的決策空間到底在哪裡?

大腦:你找錯對象了,我並不能做自主選擇,我的選擇都是內部那千億個神經元做的,每個神經元每時每刻都在做著各自的選擇,他們最終確定了,我只是執行,我想你應該去問問他們。

識變:站住!那個電子,你到底想幹什麼?

神經元網絡

神經元 —— 選擇就在我的心中

神經元是人體中形態最為多樣化的細胞類型,事實上,為神經元分類就是腦科學中十分重要的一個研究方向。目前看來,一個大腦的神經元至少可以根據形態、行為、功能等等分成數千種類型。人的所有決定,都是有這個超級複雜的神經元構成的網絡做出的。

一個神經元的選擇能力,我可以檢測到的,就是“興奮”和“不興奮”兩種狀態,當神經元從樹突上持續獲取前序神經元傳遞過來的信息時,它就可以在每個特定時刻選擇興奮或是不興奮,當它決定興奮時,就會把信息傳遞給下一級神經元。雖然神經元的選擇看起來十分簡單(只是看起來),可是擴大到整個神經網絡範圍,就有了極為複雜的變化,也就形成了這個人的思考和選擇。

所以神經元興奮或是不興奮,為人腦提供了選擇的能力,神經元網絡的自主興奮狀態就形成了人的自主選擇。

找到那個關鍵的神經元,我來問問它。

我:這位帥氣的神經元,請問你是如何自主作出興奮或不興奮的選擇的呢?

神經元:你找錯對象了,我不能做自主選擇,我的細胞膜上其實有許多的離子通道,正是因為離子通道的開關實現了我的電位調整,電位的變化就代表了我的興奮狀態,我想你應該問問那些離子通道,他們怎麼做到自主開關的。

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離子通道

離子通道 —— 細胞的選擇開關

檢測細胞是否興奮,靠的是對細胞電位的測量。細胞電位大約在幾十毫伏的量級,當神經元細胞興奮起來,並通過樹突向下傳遞信息時,細胞會迅速調整自己的電位,形成一個個電脈衝。

可是細胞怎麼能夠調整自己的電位的?

簡單地講,每個細胞的細胞膜上開著一些可以讓離子通過的小門,一種類型的門只允許一種離子出入,守門的會根據細胞的指令選擇打開還是關上。

要知道細胞內部是水的世界,許多元素以離子的形式存在於水中。這裡重要的是帶正電的鈉(Na+)離子、鉀(K+)離子和鈣(Ca2+)離子,帶負電的是氯(Cl-)離子。當細胞需要降低電位時,它就讓守門員蛋白質把鈉鉀離子通道的小門打開,放這些正電荷的離子出去,卻把帶負電的氯離子擋在裡面,這樣整體電位就會下降,反之,需要電平上升時,就把帶負電的氯離子放出去。

哦,原來,可以主動開關的離子通道才是細胞做出選擇的關鍵!懂啦。

我:這位率直的離子通道,請問,你的自主選擇能力是怎麼來的呢?

離子通道:......

把門的蛋白質:這裡有個傻子,跑去問個不會說話的通道,不知道問把門的。

識變:站住!那個電子,你到底想幹什麼?

膜通道蛋白質

蛋白質 —— 樂高牌百變金剛

蛋白質是由大量氨基酸組合而成的,氨基酸就像樂高積木,有著不同的形態,卻又有著統一的接口。而不同的氨基酸有著不同的功能,按照一定的順序將氨基酸拼接起來,就得到了一種特定功能的蛋白質。最有意思的是,正如同樣的一組樂高積木,拼接的方向、角度不同,也能拼出不同的造型一樣,蛋白質的構型,由於摺疊方式不同,也會直接影響蛋白質的功能。

細胞根據不同的需求,可以以DNA某個片段的基因為藍本,拼裝蛋白質,所以細胞有主動的選擇能力。

蛋白質儘管自己不能改變組成和順序,可是可以改變摺疊方式,從而影響功能,所以蛋白質也有主動選擇能力。

我:請問這位傲嬌的蛋白質,你控制離子通道的主動選擇能力從何而來呢?

蛋白質:請叫我麥克斯韋妖!

我:好吧,可愛的妖妖能告訴我麼?

蛋白質:其實我也很無辜啊,我的活都是那些氨基酸乾的,你看,頭上幾個氨基酸探頭探腦的就在尋找神經遞質分子,一旦他們抓到一個,就會讓我中間的那些氨基酸做一些很小的調整,我的構型就有了些變化,這離子通道門就是這樣打開的。

識變:站住!那個電子,你到底想幹什麼?

神經遞質門控的離子通道

氨基酸 —— 首鼠兩端的兩面派

好吧,再把視野調小一些,看看這些組成蛋白的氨基酸。

氨基酸的結構非常有特點,每個氨基酸有一個氨基 ——NH2,和一個羧基 ——COOH,氨基偏酸性,羧基略帶鹼性,所以,當一個氨基酸的氨基碰到另一個氨基酸的羧基時,就會脫去一個水分子,然後手拉手拉到一起,形成一個太監,哦筆誤,是肽鍵。這樣,一排氨基酸手拉手就形成了蛋白質。然而每個氨基酸都是有功能的,功能主要由掛在氨基酸上的一個官能團決定。

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氨基酸結構及兩個氨基酸相連

我其實很不喜歡和氨基酸說話,因為我不知道應該稱呼“他”還是“她”,而且,不同官能團的氨基酸有的表現得內向(疏水),有的又表現得外向(親水),很多時候我都不知道該怎麼跟TA們交流。正因為如此靈活多變,所以,氨基酸可以組合成構型千變萬化、功能五花八門的蛋白質。

識變:站住!那個電子,你到底想幹什麼?

一段DNA分子結構

我想,自主選擇的關鍵一定能從TA們身上找到。

我:你好,這位猥瑣的氨基酸,請問你的自主選擇能力是怎麼來的呀。

哭臉氨基酸:別惹我,本姑娘煩著呢!

我:不好意思打擾了。。。

笑臉氨基酸:需要兄弟幫助麼?

我:額,謝謝,請問為什麼你們氨基酸有自主選擇能力呢?

笑臉氨基酸:我很樂意告訴你,不過,其實選擇也不是我作出的,決定權都在那些鍵上,就是各種原子之間的連接,當我們彼此靠近時,有的時候那些鍵就斷了,產生生化反應,互相之間就牽手了,有的時候他們又連的緊緊的,我們也只能擦肩而過,唉,你去問問那些鍵把,我也不知道他們在想什麼。

好吧,再聚聚焦,讓我看看那些鍵。。。

電子 —— 自由的靈魂

隨著放大倍數的繼續增大,氨基酸分子變得像一棟三層小樓那麼大,我看到碳鏈曲曲折折擺出了一個個奇怪的造型。

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各種各樣的氨基酸

畫面開始模糊起來,我已經習慣了這種變化,根據測不準原理,我們無法探測到一個電子在確定的時刻所處的準確位置,碳原子周圍的電子像雲霧一樣環繞在中心原子核周圍,相互重疊,有一種朦朧美。

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萌萌的共價鍵電子雲(簡化模擬),不是害羞的大白

每個碳原子有6個電子環繞在周圍,內層兩個電子忠實地控制著自己運動的範圍,不受任何干擾,外層四個電子則顯得開放得多,這一層最多可以容納8個電子,4個正好是一半之數,這使得原子核對這4個電子的束縛既不至於太強,以至於會把其它原子的電子拉進來,也不至於太弱,放任自己的電子被別的原子奪去。四個電子巡弋在原子外圍,當另一個碳原子靠近時,雙方可以各出一個電子,兩個電子在兩個原子核勢均力敵的拉攏下,在兩個原子中間,不遠不近的地方,找了個空間,過起了二人世界的生活,這,就成了一個共價鍵,由於兩個原子都不願意捨棄自己的電子而分開,這個共價鍵就把兩個碳原子拉在一起,多個碳原子連在一起就形成了大分子的骨架——碳鏈。

共價鍵中的兩個電子並不是那麼穩定,輕微的變化就會使得鍵的長度、角度發生變化,多個鍵的變化累積起來,整個大分子就好像一條多足蟲,在無處不在的水中緩慢地蠕動。

我移動著我的視角,從每一團迷霧旁掠過,看起來一切都很正常,直到我看見了他。

這團迷霧看起來有些躁動,我走入霧中,聽見兩個組成共價鍵的電子正在激烈的爭吵,我聽不懂他們在說什麼,不一會,聲音微弱了,迷霧的形狀正在悄然改變。

這時,我接到報告,有一個神經遞質分子正向我觀察的這個蛋白質通道飄來,而蛋白質分子的一個分支正在緩慢地轉動,迎向那個遞質分子。

不好!我一個激靈,大喝一聲:站住!那個電子,你到底想幹什麼!

識變:站住!那個電子,你到底想幹什麼?

給我站住!

迷霧的變化似乎有那麼一瞬間停滯了一下,然而馬上又繼續了,我聽到一陣冷笑從迷霧中傳來,忽焉在前,忽焉在後。我試圖抓住他,可是抓不到任何東西,只是徒勞。

就在這一瞬間,遞質分子撞了進來,撞進剛好旋轉就位的蛋白質內,遞質分子被捕獲了,這就是開關信號,守住離子通道的門瞬間打開,早已急不可耐的氯離子簇擁著從通道中衝出,我清晰地感到細胞內電位在急劇上升,神經元的一個衝動形成了!是的,這次遞質的傳遞,將前一個神經元的興奮從他的軸突,透過突觸傳遞到了這個關鍵的神經元的一個樹突上,這個神經元是第一次從這個樹突上感受到刺激,他幾乎不相信自己的突觸了,難以置信下,他開始興奮,激動地將興奮信號順著他自己的樹突繼續往下傳。是的,信號發出去了,一系列的連鎖反應產生了一系列的指令,沿著長長的脊髓神經,傳遞到了幾塊肌肉中,跟著我的節律舞動吧!你們的任務來了!

幾塊肌肉的收縮,引導一根手指輕輕地,但是堅定地按了下去!

識變:站住!那個電子,你到底想幹什麼?

紅色按鈕

天哪,手指下面是一個大大的紅色按鈕!

我迅速逃離他的大腦,聽到房間裡剛才的一片驚呼聲還在迴盪,“總統先生!總統先生!”

看著我的王幾乎已無血色的臉,我知道,一切都晚了,我的任務搞砸了。

後記

恭喜你,能夠看到最後。這只是個故事,實際情況遠沒這麼簡單,而且由於我的知識有限,敘述中難免犯一些常識性的錯誤,如果您看到,請回復指正,以免誤導其他讀者。

但這個故事並不是隨意編造的,生命是否具有自我意識,是否存在不可計算的自主決策,這些還都是科學中的未解之謎。如果有,那麼自主決策的根源在哪裡,決策的主體是誰,依據是什麼,決策後實現的控制路徑怎樣,都需要我們不斷去思考和探索。

親愛的讀者,不期望您的點贊,如果有更好的答案,請回覆在後面一起討論吧!

另,文中所有圖片均來自網絡,有侵犯版權情況請和我聯繫修改,謝謝。


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