模拟构思人类“脑操作系统”的发展阶段

──信息与语言新角度初探智力之谜──

杨伟国

（京港学术交流中心）

原刊於《系統辯證學學報》2002年4期62-67,77頁

    摘要：大脑思维被比拟计算机的信息加工过程，西方认知科学家认为大腦有操作系统機制，但未有更多学者从这去深入探索问题。笔者借助计算机操作系统发展历史的新认识，强调从操作系统软件可以固化到芯片硬件的深层意义上，着眼从信息与其载体的内在关系，尝试由一个新视野去探索人类思维的产生；大胆建构人类“脑操作系统”的若干个发展阶段；推论大脑意识中的语言亦可相似于操作系统中不同级别的计算机语言。脑操作系统、脑语言和意识表达三者应有相关的发展阶段。进一步提出人类意识的脑语言发展过程的级别结构：第一级别为可遗传的颜面自我认识语言；第二级别为需要学习的时序管理语言；第三级别为群体思想交流语言──这后一个才是人们一般观念中的“语言”。

关键词：脑操作系统；智力发展；脑语言级别 

    意识的奥秘被誉为现今最难入手的科学难题，因为科学家仍未找到一个容易深探的入门途径。借助现代信息技术的发展，思维被比拟计算机的信息加工。英国认知科学家约翰逊-莱尔德( Johnson Laird, P.N. )在1983,1988年相继出版两本有影响力的著作中提出 mind's operating system, conscious operating system[1], operating system of the brain[2]，等各种描述，他更对于各种不同结构的有关操作系统serial operating system, parallel operating system, high-level operating system, hierarchical operating system 等在婴儿、动物与成人等大脑意识中有完全不同的功能表现。可惜他没有充份把握操作系统不同年代技术发展的深层意义，亦未留意计算机语言的结构差异，未能更完整地去揭示思维奥秘。虽然他的观点亦被其它科学家多次提及[3]，竟未有更多学者沿着这新思路去探研。笔者认真分析计算机操作系统 50 年来的变革，总结出如下明显的六点非技术性的深层意义[4]：

        最早期的计算机只需有一打孔纸带作为指令，并不具完整的操作系统软件；

        它是最接近硬件的第一个软件；有了它才可以承接各应用软件、专家系统；

        它已证实部份可以被固化到芯片硬件中去，其余仍然要放置装备在软件中；

        它要求更高级、更精炼的计算机语言，否则难操控新设施和网上灵活沟通；

        要它快速、全面、复杂的运算，必须以并行分布操作才能满足速度的要求；

        不同年代设计有其年代特征，它包容上一代的优点、更含新一代之高要求。

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收稿日期：

作者简介: 杨伟国 1941年11月在香港出生, 男汉族, 广东海丰, 毕业于香港浸会学院(现为香港浸会大学), 研究方向是信息科学与信息哲学，任职香港京港学术交流中心执行董事, 北京大学科学与社会研究中心博士生．

    我们知道计算机操作系统是最接近硬件的第一个核心软件，这是一个可以固化的软件！单从这点就可很好追索人脑思维的起始印记！近年来科学家在脑神经科学上不断有新发现，对其硬件结构有更清楚的认识。若能找到最接近大脑“硬”结构中的“软”东西，应可觅得“脑操作系统”的存在和发展。笔者经过慎重考虑选择“脑操作系统 brain's operating system”这术语，可简称为BOS；觉得这样的指称会比“意识操作系统”或者“心操作系统”更为贴切，因为有了脑操作系统才可产生一系列的意识和心理。

一．　追索不同年代的脑操作系统

1.1 前操作系统的大脑活动──脊椎动物的条件反射、大脑硬件的基本形成

    动物从生存的本能中逐步发展出超越本能的条件反射。“生存”与“生活”之具体差异得从哲学概念去理解，过去认为人类才懂得生活，动物只具有生存本能，现在这认识要扩大了。

    巴甫洛夫对动物（狗）的研究中，当给予它们更好的物质条件，使它们知晓生活素质的好坏（这是学习过程），以形成“条件反射”，虽然没有食物再出现，但灯光和铃声仍可促使胃液的分泌。它们对外界信息的获取、分析、记忆只处于极原始阶段，动物在学习过程所得的条件反射亦不可能遗传给后代。这脊椎动物大脑神经反应模式并不需要有更高级的脑操作系统去操纵，只相当于50年代最早期 ENIAC 99% 硬件操作的计算机，只用孔码纸带作为计算指令，不能算是真正的“脑操作系统”。

1.2 灵长类大脑的第一代脑操作系统──一个能被固化、可遗传的软件

    1892年一个中年妇女在脑血栓病后，连亲朋好友的面孔都认不出，但从人声说话，她仍能辨认是谁。她的视力又是正常，能看懂原先熟悉的文字和分辨颜色图形，却完全丧失了样貌辨认能力。不同大脑病变区（病灶）会对应不同的人类智能效果，百多年来医学家、生理学家已对这些大脑区域作出详细的研究。人类智力多是后天学习所得，但是相貌失认症可能有着先天因素﹗科学家从人类的注视研究中，早就发现婴儿出世没几天，就已经对一些由眉、眼、鼻、嘴等组成的特殊构图显得特别关注，很快能模仿成人脸孔的表情。生理学家认为大脑里有一些先天的布线因素而决定！科学家发现猩猩猴子出生时还没完全离开母体，立刻伸手抓物，又眼睁睁的去搜索眼前景物﹗

    1981和 1982年，美国和英国的多个科研小组，先后在猴子大脑的颞上沟位置发现了一种极稀少的特殊细胞，只针对眼鼻口构成的图像经由眼睛视神经传来的信号，这些细胞有极强烈、明显的脑电反应，科学家命名为“facial selectivity neuron 脸孔选择神经元”[5]。若摘除这些细胞，猿猴亦立刻失却辨认亲群的能力，其位置亦是人类相貌失认症的脑区。在发现“脸孔细胞”前几年，科学家早已在猴脑中发现了“paw cell 手爪细胞”[6]，这种单一细胞可对五指爪形物体有强烈反应。两者亦是唯一在灵长类大脑才发现的特异性细胞群。

   大多数认知科学家对这两种细胞与人类心智之间的关系并未详加考虑。但认知元理论的提出者 Gilinsky 倒认为手爪细胞和脸孔细胞之发现，是“Cognon 认知元”理论的漂亮的例案[7]，认为这是人类思维的一个先天的信息记忆元、注意元、处理元。认知元理论者认为对文字应有文字细胞；对电视机也有电视机细胞，由此引伸出来的所谓“ Grandmother cell theory 祖母细胞理论”，就难怪学术界不愿接受认知元理论。这个问题的深入就会涉及智力是否有先天遗传的哲学争论！

    灵长类动物演化发展到需要足够长的哺育期，母亲与幼子有较长的面对面生活阶段，才能学习更为完整的种系延续本能。在对猩猩长期观察中，学者们归纳出它们的思维特点：家庭情谊、性爱有别、喜怒哀乐、等级观念、勾心斗角、争夺高位、社交方式、手势语言、自我意识、修造工具等十种有别于其它动物的较高级意识[8]。个别猩猩更被观察有欺骗行为，它能够推测其它个体对自己的身体语言和叫声音调所表达信息之理解。灵长类把自身体外的形象信息（亲属面貌）逐步固化到自己大脑硬件中，脸孔细胞是颜面信息专用的核心载体，本文认为这是大脑思维的第一个脑操作系统软件；亦是可以固化到细胞核心硬件的一个最简单的操作系统（一个可以遗传的脑操作系统）。

    这种可遗传的特异细胞相当于工业生产的计算器芯片配上操作系统，它能以 DNA 遗传方式把这机制存留后代。则从多种灵长类的 DNA 变化来看，二千万年前新大陆分离后而独立发展的美洲僧帽猴虽具较高的智力、亦很会使用工具，但它不能通过镜像认识自我[9] 。这可推论在新旧两大陆分离后，千万年前人类远祖──旧大陆古猿的出现，大脑才开始建立可遗传的这一个完整的脑操作系统软件。海豚和鲸的语言与智力甚至比猩猩还更高级，因在水中生活还发展出高频超声定位的独特本能，有更先进、更复杂的大脑结构。若从镜像试验来看，海豚等动物脑亦应有自己的脸孔细胞；但它们没有条件能够分离出独立的“手”来﹗

1.3 大脑第二代脑操作系统（人类的第一套）的突破──创造更复杂语音和更科学语法

    从三龄童、狼孩、力苏（西方喜剧电影“上帝也疯狂”的非洲土人主角）等人的思维特点可以推论晚期智人的认知水平，一般认为他们都是欠缺自我认识、主客不分，特别是对时间上的‘过去、未来’无法知晓和把握，他们与猩猩一样只能表达此时此地的事物。人类如何认识明天、昨天和过去、未来等概念，这是人类学一直未能很完满解答的学术问题。就在10000-15000年前期间，人类因何能够差不多同时地突破了文明发展的多个重要历程：从捕猎发展为畜牧；从采集发展为种植；从烧陶像转为制陶器工具（陶器工具用品只出现了 14000年，而烧土陶像倒有 24000年的历史﹗）；从杂交社群转为血缘氏族社会等等。但从意识和语言角度来看，最古老的25000年前洞穴岩画中并未发现含有任何宗教意识[10]，较后期的岩画才明显地表达出具有巫术宗教含义；学者又从多方去推论现代人类言语大概在30000年－60000年前出现，但是无论如何都比智人的历史更短﹗这一连串的问题显示出内里有什么巧妙的关系呢？

1996年笔者在第58次北京香山科学会议中提交了一个大胆的见解，有关文章[11]指出：人类第一次把自已大脑思维中的形象，以自己的手偶然拿起炭枝石头，在泥墙石壁上描绘了出来，他们创造了人类第一个信息载体是岩画、壁画，把大脑中的信息第一次物化在物质载体上。笔者不同意传统上认为结绳、语言是人类的第一次信息革命。语音并不是人类唯一懂得使用的信息载体，多种动物也有地域上的方言，甚至生活同一海洋的不同群海豚亦有不同的语言啸叫；结绳的绳不是人类‘创造’的‘信息载体’，只不过人类借助这个‘已被创造了’的物体，作为信息的载体，并不是‘创造’载体。1997年笔者进一步把这观点再清楚引伸[12]：古智人在面对自己创造的信息载体（岩画）前，在大群体广泛的交流中才可以再创造出新的思维概念，去表达无法用身体语言、天然叫声表述时间上抽象的‘过去、现在、未来’。新的人类语言只有在这种条件下被提炼创造出来，思想内容一下子被扩宽，宇宙的新事物才真正诞生了。

这萌芽突破就在大脑新皮层主管手的运动区邻近，先后再形成了两个独特的新区域，这是其它灵长类动物都欠缺的脑组织。首先形成独特的威尼科（Wernicke）语言理解区，因为抽象时间概念的理解，不单要对人类手势语言和复杂语调的把握，更要理解对方表达的次序，这就要求人们要去掌握对象事物的时序相关性，获得时间信息的抽象含义。第一个语言皮层自婴儿出世后才出现，约两岁后再开始形成布洛克（Broca）语言表达区，它使喉与舌的人类功能才分化，且直到 20多岁完成发育。时间的语言不单涉及语音的思想内容，更推动了语法次序的新要求，使人类语言走向复杂化和科学化。婴儿在两三岁语言期之前，手是他们表达思维的重要器官！群体的语言环境是个体获得智能的社会因素！若然延误了学习机会，大脑皮层语言区的生理激活装置就会在发育中关闭，错失了机会就无法补救。狼孩、猴孩重新回到人类社会中，亦难以再次激活生理时钟去把握时间的认识！

    自从古智人在岩画前的思维突破，再经历数万年才真正发展出有关时间的完整口语。接随着人类以时间发展的视角，投射到各种事物，在10000-15000年前后才认识这个变幻的大千世界，打开文明的大门。被邀请到香港和北京拍摄电影的世界著名喜剧演员力苏，就是一个真实的非洲现代智人，他本族口语就欠缺‘明天、昨天；过去、未来’的语句。从多种报导来看，可估计地球至今最少有五处的原始民族，依然停留在未能植入时间认识的脑操作系统古智人阶段。

1.4 人类再发展第三代脑操作系统──语音符号(文字)的出现使得左右脑叶明显分工

    在大脑第二套脑操作系统出现之后，人类才正式揖别智人，走向人类新文明世界，古人再通过对各种自然信息的印记──载体的多方考察，分别创造出各民族语音的表征符号。

    在人类发展了语音语法和创造了表音符号文字之际，音符与语义的分离使得我们在思维和学习过程中，使两叶大脑的功能逐步明显分工。多数民族在发展文字形式时，都不知不觉地拋弃了原始文字的形象信息，走向了表音文字。对拼音字符要由左脑判断字形、把表音符号调到右脑读音、一串音节要回输左脑才能把握意思，大脑两翼显著的左右左的三步曲──串联思维[13]。西方科学家认为：左脑为语言脑，右脑为非语言脑﹗但是，右脑仍然是文字阅读思维必经之地，却像一个交通回旋处，但这并不是活跃激化的一叶大脑。他们在脑科学研究中清楚看到这情况，故有“右脑革命”之言。西方学者质疑：“进化的力量简直不允许出现那种徒劳的情况”[14]。

人类未有文字之前，口语音调极为复杂，每一事物需要有不同的语音表征，理解它需要大脑有更广泛的联系和网络记忆，形象思维需要更大的网络工作桌面。记忆可以看成是信息压缩技术，储存占有的位置较少，特别是文字出现之后，记忆以抽象符号存储、存储地址虽然清楚固定，但原信息难以保真；要提取压缩了的信息、回复其原貌，必需要有足以扩展的天地，否则仍然会是失真了的信息──甚至只是噪音乱码！这相似于在自然发展过程中，人类大脑记忆储存容量上已准备了足够多的网络内存插口，大自然一定能满足人类成长过程的索求（神经元出生后虽不可再增加，但神经元之间的突触仍然一直增长）；如何能发挥其多插口设计和配置足够大的网络层次内存，则有赖于人们在关键时段的思考学习和脑操作系统﹗笔者认为对使用拼音文字的民族而言，并不是大自然给予一个多余的右翼大脑，只是他们植入一个并不是最有效发挥大脑功效的串联式脑操作系统﹗

1.5 华夏古人开发了第四代脑操作系统──两叶大脑由串联走向并联

中华大地有很独特的自然环境，7000年前未有文字、没有科学仪器下，华夏子孙就在黄土风沙的天然减光作用下[15][16]，用肉眼就可看到太阳上的黑子活动，把这种奇异的自然现象刻描在骨板上，对这些自然界出现的微妙信息、偶然信息、特殊信息、交流信息、图像信息产生了独特的思考[32]，形成了与众不同的思维模式。以为能够从此把握大自然力量，华夏古人当然不会随便拋弃“形象”这珍贵信息。形象信息极丰富的汉字确使得我们的两翼大脑仍然保持同时活跃，没有浪费大自然给予我们宝贵的右脑──足够大、层次性、并行网络型的工作桌面。

应用汉字的华夏后人是否天生的左、右两叶大脑同时并行使用？不！我们七、八岁未认真识字之前，也是和其它民族一样的左右两叶大脑明显分工！广东华南师范大学等机构的学者研究多年的结果[18]：应用拼音文字的人群（包括新疆维吾尔族和西藏藏族居民──他们亦有自己民族特色的拼音文字），两叶大脑是明显的分工、有不同的优势。只要他们（包括来华任教的外籍教授）愿意学习汉字──不是单单只说汉语（口语），约五年之后，思维过程竟会逐步走向两叶均衡并行使用！在独特的自然条件下，我们的祖先早就为世人解决了大脑第四套脑操作系统的科学大难题。

早在1970年，美国学者P.罗津就以方块汉字来医治西方儿童的失读症[19]，解决大脑因两翼神经沟通出现的问题，这项成绩引起了多方思考。故有西方学者建议把汉字教育作为他们中学课程的必修科，以此来启迪西方人半睡眠状态的右翼大脑。中华子孙已经合法地悄悄偷步了3000年[20]，只要设法在适当时间内，向大自然索取足够好的网络内存。

    有关意识的序列串联 serial 方式及并行 parallel 方式问题，极容易引起学者的多种误解。我们必须清楚在大脑神经元层次，它们全部都是并行网络方式的快速运算，这是元器件层次的并行操作。有关第三、四套脑操作系统的问题，只涉及左右两翼大脑的串联或者并行问题。计算机的元器件层次极难达到并行操作，所以科学家只好在微处理器层次着手设计并行操作──例如深蓝，就是512个微处理器并行操作。在每一微处理器内基本上仍然是串联操作的。

二．　脑操作系统、脑语言与意识表达之关系

    由于现代信息技术的急速发展，计算机的术语多被泛用，不但使我们混淆了不少观念，甚至引导出错误的认识。例如在一般人们观念中的计算机语言就是指C 语言、Basic 语言、Fortran 语言或者Prolog 语言等等，但这些都只是计算机语言的最外壳部份！操作系统中有多级的语言结构，最接近半导体硬件的是机械语言（Kernel内核语言）；第二级别是自身的管理语言（Semaphore语言）；现时人∕机通话、网络沟通、分布联网计算等等要求，多个第三级别外壳语言（Shell语言）已被开发出来了。更高级的自然语言仍在研究中，但已吸引了不少科学家投身进去，人们正急切期待新科研成果的早日出现！

这种对开发计算机语言系统的科学需求，早已被计算机理论家充分认识到。但有时连大学的操作系统教材亦未明确指出这一个重要性！更可惜者，它也一直未被思维科学、认知科学和脑神经科学的工作者充分认识和把握，这是操作系统的一个极为重要、有深层意义、核心问题的认识。在认识脑操作系统中的脑语言结构时，有关脑操作系统、脑语言和意识表达器官之间有强烈的信息沟通、并且是互动的效应！不再是计算机中的单向指令作用！

从人类思维发展角度来检视这些意识与脑语言级别问题：灵长类动物大脑具备了自我认识机制后，才可以认同祖群，需要最低级别的脑语言为颜面自我认识语言，意识表达工具是面部表情，建立它已花了数百万年；而人类有了手的发展，才可以把大脑中的思维物化，有条件在群体交流中提炼出时间抽象观念，这种时间认识语言是人类一切思维的核心基础──第二级别脑语言可称为时序管理语言，手是重要的表达工具，建立它也花了数十万年；人类大脑建立了具备时间抽象概念的认识，促使喉底沉降和舌肌灵活发达，推动了人类新语言的创造，第三级别脑语言为人类群体思想交流语言，当然口舌喉是唯一和重要的口语表达器官，建立它亦要数万年。通常人们称呼的“语言”在这里只是形式化的交流语言，是人际间思想交流的工具。

    百多年来一直争论的“思维与语言”关系，在这探索中读者可会有不同的回味了。这亦可解释‘正常人的脑电不正常、不正常的人脑电正常’的趣味现象：因为正常人对周围每一事物信息都不断对比自我并给予时序编码，立刻与脑内先存的多种记忆信息对比处理，这过程中的脑电好象紊乱无序；而异常的神经呆汉只对实时即景的交流语言处理，他不会理智地去思考、不会非意识地对事物进行自我对比和时序编码，大脑中脑电自然出现清晰的单调同步；白痴学者的某些超常人的能力，是否绕道自我认识和时间认识两种程序，直接跳到快速的符号运算去，这种运算能力有点类似一部计算机了。计算机有没有意识问题在这里亦可获得一些有意义的新启示，因为它不可能自己构造配备“自我认识”和“事物时序编码”两种语言。对它而言，任何信息输入都已先被人为的处理过，它能处理的只是人类已给予时序编码的符号形式化的信息，暂时它自己仍是无法突破和建立这两个智能步骤。

三。结语

揭示大脑奥秘是一项长远艰巨的科学探讨，有待各国科学家从不同的角度一起努力。

从人类大脑有没有类似计算机的操作系统之探索，笔者在此只是提供一个大胆的推论，并对一些长期困惑着人们的概念问题提出一些个人的思考。若然这些推论值得深入研究和讨论，则最有效实施的就是如何改变人类幼儿教育，因为每一个人自出生开始，他就面对如何有效植入脑操作系统问题、个体智力发生与发展问题；如何加快认识自我、如何认识自己的手爪、尽早植入时间抽象认识等等；之后才是文字认识、语言发育、左右脑均匀之开发。这些都是直接涉及人类下一代之成熟速度，有利他们更好地面对信息新世纪的挑战。而探索中的脑语言与意识表达器官之间的关系，不单与中国传统医药理论、望闻问切、经络原理找到相关处，亦可是为中医尝试去解决脑疾脑瘫而采用的手部推拿剌激、口内舌针治疗找到一些理论依据，是否因为大脑、脑语言和意识表达器官有内部密切的信息渠道，则有赖高明学者进一步、慎重其事的仔细研究。

                               参考文献

[1] Johnson Laird, P.N. Mental Models: Towards a Cognitive Science of Language, Inference and Consciousness. Cambridge, Mass, Harvard Univ. Press.1983.448-477.

[2] Johnson Laird, P.N. The Computer and the Mind: An Introduction to Cognitive Science. Cambridge, Mass, Harvard Univ. Press, 1988. 353-384.

[3]〔英〕弗朗西斯．克里克著; 汪云九等译《惊人的假说》湖南科技出版社 1999年 第17-18;209-210页

[4] 杨伟国.关于计算机操作系統的思考──寻找“脑操作系统”与意识核心的联想. 《自然辩证法研究》2002年, 第18卷 第1期 第19-22页

[5] Bayliss G.C., Rolls E.T., Leonard C.M., Selectivity between Faces in the Responses of a Population of Neurons in the Cortox in the Superior Temporal Sulcus of the Monkey, Brain Research, 1985, (Vol.342): 91-102.

[6] Gross C.G., Rocha-Miranda G.E., Bender D.B., Visual Properties of Neurons in Inferotemporal Cortox of the Macaque, J. Neurophysiology, 1972, (Vol.35) 96-111.

[7] Gilinsky A.S., Mind and Brain: principles of neuropsychology, Praeger Publishers. New York, USA.1984, 462.

[8]叶峻. 关于意识起源与演化的几个问题.《大自然探索》 第5卷16期(1986年2期) 第95-97页

[9]威廉.卡尔文著;杨雄里等译,《大脑如何思维》上海科学技术出版社,1996, 第30页

[10]理查德．利基著；吴汝康等译.《人类的起源》上海科学技术出版社 1995年,第83页

[11]杨伟国. 华夏思维与信息思维.《地球信息》 1997(第1期)第53-56页

[12]黄顺基主编.《信息革命在中国》 中国人民大学出版社，1998，第196-204页

[13]“日本专家证实汉字具有优势” 香港《文汇报》A4版 1996年1月11日

[14]傅世侠. 左、右脑功能特化与信息处理方式变革. 《生命科学与人类文明》傅世侠 张昀　主编，北京大学出版社，1994,第132页

[15]杨伟国、徐振韬. 黄土风砂是天然特大的太阳滤镜. 《93'香港天文学术论文集(IV)》 陈铸略编辑　香港天文学会 出版，1997年9月 第65-67页

[16] Z.T. Xu and W.K. Young, "Sun Spot, Thought of Change and Chinese Culture --Eolian Loess as a Huge Natural Filter for Solar Observation", Proceedings of The 21st Century Chinese Astronomy Conference, Editors K.S. Chan, K.L. Chan, World Scientific, Singapore, 1997, 27-530.

[17]杨伟国. 从信息角度看古天文对华夏思维的影响.《古天文与中华传统文化国际研讨会会议论文集--紫金山天文台台刊(特刊)》，紫金山天文台出版 1998年7 月,第59-64页

[18]许世彤、区英琦等：在汉字辨认上大脑两半球的功能特点. 《中国语文－认知科学第五届国际研讨会论文选编》，匡培梓 张嘉棠合编 北京：科学出版社，1992年 第126-130页.

[19]郭可教.汉字与大脑.《科学》杂志.1985年 第37卷1期.第17-24页

[20]杨伟国. 21世纪信息新时代中华文化更能焕发新丰姿.《中华文化与二十一世纪》 方克立等主编，中国社会科学出版社，2000年3月,第478-493页