我们还没有直接观察到复制过程,我们还缺乏具有足够的空间和时间分辨能力的工具(虽然我们正在逐渐逼近)。但是有3条理由使我感到可以放心地下这笔赌注。
存在复制过程最强有力的论据是达尔文过程本身,这本质上是一种复制竞争,而这种竞争又受多方面环境因素影响。这对于把事物从杂乱无章变为有条不紊确实是一种基本方法,要是脑不使用它,倒是会令人惊奇的。
复制过程对于精细的弹道运动,如投掷,也是必需的,为了在“发动时限”内作出投掷,需要成百个特异的运动指令模式。
在上一章中我们谈到关于人工传真的论据:在脑中的通讯需要模式的远程复制。
从1991年以来,对于一个能产生时空模式的拷贝的局部种经回路,我最倾向的候选者一直是“内部信箱”层中的相互增强的回路。大脑皮层的这些表层的联线是很特别的,对于一名神经生理学家来说。几乎可以说是使人惊奇的。我考察这些回路,想要知道出错的活动如何得到驾驭,为什么癫痫发作和幻觉并不常见。这些相同的回路也有某些结晶化的倾向,它们一定特别擅长于复制时空模式。
在一个微型柱中的上百个神经元中,约有39个是表层锥体种经元(即其细胞体位于浅表层正和孤)。正是它们的回路独具特色。
像所有其他锥体神经元一样,它们释放一种兴奋性神经递质,通常是谷氨酸。谷氨酸本身并没有独特之处,它是一种氨基酸,更典型是用作肽和蛋白质的一种构建单元。谷氨酸扩散过突触,打开下游神经元跨膜的几类离子通道,其中一种是专门让钠离子通过的,因此使下游神经元的内部电压增高。
谷氨酸所激活的第二种下游通道称为NMDA通道,它既允许钙离子,又允许一些钢离子进入下游神经元。NMDA通道特别使人感兴趣,因为它与长时程增强(long-termpotentiatlon,简称LTP)有关,所谓LTP是突触强度持续时间较长的一种变化,在新皮层中可持续几分钟。(几分钟实际上又接近于神经生理学上的“短时程”,但LTP有时在海马——进化上较古老的皮层区域可持续几天,“长时程”的名字正是源于此。)
LTP产生于当几个输入几乎同步(在几十到几百毫秒内)到达下游神经元时,它只是简单地为那些输入信号把“音量控制”开关拧大几分钟。那些信号是一些“印记”,使在短时间内更易重新建立一种特定的时空模式。按目前我们所了解的,LTP是短期记忆最佳的基础,这种记忆不因分心而被破坏,人们也认为LTP对于真正持久的突触结构变化的形成提供骨架,这些变化是永久性的“印记”,有助于长期不用的时空模式的重新建立。
那些“内部信箱”层正是大多数NMDA通道所处的部位,大多数新皮层中LTP发生在那里。这些浅表层次有另外两个独特之处,均与表层锥体神经元彼此间形成的连接有关。平均而言,一个皮层神经元在03毫米半径的范围内所接触的神经元少于总数的10%,但是任何表层锥体神经元的兴奋突触中有约70%来自0.3毫米范围内的其他锥体神经元,因此表层锥体神经元可以说具有一种异常强烈的相互兴奋的倾向。对于神经生理学家来说,这种情况使他们心里直发毛,因为这是一种极不稳定、易于产生强烈振荡的装置,除非加以小心的调节。
也存在这些表层的“回归兴奋性”连接所独具的特殊模式,而并未见于其他更深的层次。那就是,一个表层锥体神经元的轴突向旁侧伸展一段距离,并不与其他神经元形成任何突触,然后这支轴突产生一丛密集的末梢。像一列快车一样,它跳过中间的车站。在猴的初级视皮层中,细胞体至末梢丛中心的距离约为0.43毫米;在邻近的次级视区为0.