大脑的动力系统观
大脑的动力系统观,是一种看待神经活动的视角:它不把神经活动当作一串彼此分离的信号,而是看成一个点,随时间在一片想象出来的地形里滑行。可以想象一个天气系统:在任意一瞬间,整个大气都有一个状态——这里是某个温度,那里是某个气压——而从这一刻到下一刻,它流向一个新状态,划出一条轨迹。这种观点用同样的方式看待大脑。如果你同时记录许多神经元,它们此刻活跃程度的整体模式,就是一个位于巨大空间里的点,而每一个神经元都给这个点多添了一个可以移动的方向。随着神经元一刻接一刻地改变放电,这个点便扫出一条曲线——也就是轨迹——而真正承载意义的,是这条曲线的形状,而非任何单个细胞的放电。
这种观点之所以强大,是因为轨迹通常不会随意乱走。就像小球在碗里滚动,神经活动往往会安顿到某些低洼、安稳的区域(称为吸引子),或在平滑的环路上绕圈,或沿着从一个状态通往另一个状态的固定通道行进。你正记在心里的一段记忆,可以是活动停泊不动的那个驻点;一次决策,可以是轨迹倒向某个山谷而非另一个的那一刻;像走路这样反复进行的动作,可以是活动一圈又一圈走过的环路。通过测量这些形状,科学家就能描述一群神经元在计算什么,而不必逐个去破译每一个细胞。
这一前沿视角之所以重要,是因为它把大脑的工作重新理解为:引导自身的活动沿着有用的路径行进,而不只是传递消息。它有助于解释,成千上万个嘈杂、单独看并不可靠的细胞,如何合在一起产生某种稳定而有意义的东西;为什么有些念头让人感到稳固,另一些却会骤然翻转;以及那些能同时观测海量神经元的新记录工具,如何被转化为一个清晰的几何故事,而不是一堆让人不知所措的数据。
这里的“状态空间”只是指一张抽象地图,每个神经元对应一根坐标轴;大脑某一瞬间的活动是图上的一个点,而它不断变化的活动,就是在图上划过的一条路径。