思维和“注意”的控制机制（一）——相关问题及控制环路各部分概述。

摘要：本文提出思维控制的若干问题，并对思维和“注意”控制环路的各部分进行结论性的概述，其各部分的具体内容详见各部分的文章。

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一、前言： 关于思维控制的几个问题。

前面第三部分的几篇文章分析了大脑思维活动在神经元层面的本质，描述了联合皮质的神经元如何在没有信息处理价值的低节律同步发放的背景上，形成有信息处理价值的受控的有序的高节律链状发放现象，这种神经元链状发放所对应的信息依次输出形成了信息链，便构成了思维。（跟专栏的其他文章一样，所述的中枢神经元的激活发放，是指具有信息处理价值的高节律发放，不包括没有信息处理价值的低节律自发放）。

可是，如果仅以神经元的链状激活发放来解释思维，那至少还存在一些问题：

1. 思维活动如何启动和维持？思维中枢这种有序的神经活动最根本的动力源泉来自哪里？因为即使是没有外部感觉信息的传入，思维中枢的思维活动仍然可以进行，显然这需要某种激励信号来维持。

2. 同一时刻的多种外部信息刺激（视觉、听觉等）可同时传入刺激中枢神经，如果没有某种控制机制，那么这些外部信息便可能同时引发多条神经通路活动，形成多个思维链路同时进行，这显然不符合我们思维时在同一时刻只有单一“思路”在进行的特点。（这里指的是有“意识”的思维，不包括身体对感觉的反应，那属于运动中枢的工作，在其他文章另有分析）。

3. 大脑思维和信息输出的速度是灵活可变、也可“有意识”的自由控制的。比如在用语言进行思考，或者读一段话时，速度既可以慢至几秒一个词也可以快至一秒几个词，随意控制。显然，这不是皮质的神经元活动所决定的，需要另外一个信号进行控制。

4. 神经元动作电位的脉冲宽度只有几毫秒，其兴奋整合的时间也大概只有几十毫秒，而思维活动和运动动作的时程大多在秒的数量级上，并可构成更长时间的活动周期，显然，难以依赖毫秒级的动作电位来直接形成秒级的信息活动。

5. 大脑在思维中可以随时联想或转向其他内容的，将“思路”在不同信息内容之间进行切换。思维中当有其他感觉刺激时，大脑既可以马上切换去“注意”并处理这些感觉传入，也可以忽视这些感觉而继续原有思维活动。显然，这也需要有一个控制机制来对此进行判断和控制。

上述这些问题的实质便是思维的控制机制。大脑在进行思维，也即思维中枢在进行链状激活发放的神经活动时，必然受到某种控制机制的激励和控制，保证思维活动是在某一通道以单一思路有序进行。而且，这种控制机制还控制思维能够在各种不同的思路、以及不同的感觉输入之间，产生合适的“注意”指向，并能够维持或者切换这一“注意”指向，也即形成“注意”的控制机制。

在脑机制第四部分的本系列文章中，作者将分析和描述大脑思维中枢的这一思维和“注意”的控制环路及其工作机制。这些文章的内容尤其是所提出的一些理论分析和猜想均并未得到验证，但都是以神经解剖学和神经生物学的公开知识为基础，进行基本合乎逻辑的分析和推论。

而且，按照所述的工作机制，也能够很好的解释大脑的一些功能和现象，比如：思维过程中“注意”的维持和切换，大脑活动状态如何产生脑电节律的变化，不同人“注意”控制的差异以及因此形成的性格特质，这种差异的两种极端情况的表现，还有对睡眠、失眠、做梦、梦游、“鬼压床”的解释，做梦时出现眼动梦游时眼睛呆板的原因。同样的，在本部分的最后一篇文章，将提出基于这种工作机制的一些推测，以及一些相关技术应用的构思，希望能够设计实验进行验证。

这些文章不是科普，没啥趣味性，（做梦和梦游那块有点意思），也不是编译研究文献，不一定正确，仅仅是作者个人的分析和猜想，请谨慎阅读。

以下是第四部分各篇文章的结论性的概述，具体内容详见各篇文章。（文章有空陆续整理发上来，其中第4篇是重点）。

二、思维中枢控制环路的底层环路和中间环路。

中脑网状结构与丘脑之间，按照“中脑网状结构→丘脑板内核→丘脑网状核→中脑网状结构”的投射关系，往返投射依次发放动作电位脉冲，构成“中脑网状结构←→丘脑”的激励脉冲振荡环路，如图1—1的下半部分。该环路处于大脑底层结构，笔者称其为底层环路。底层环路循环发放所产生的动作电位脉冲，是思维中枢最底层最根本的激励信号，是其神经活动的内生性源泉，激励和控制着其丘脑和端脑相关皮质的神经活动。

丘脑板内核同时向皮质各层（尤其是第Ⅲ和第Ⅴ层）进行兴奋性投射，激励并控制局部回路神经元（LCN）和椎体细胞的活动。而皮质在进行信号处理时，其神经元也发出下行神经束回馈投射到板内核和网状核，构成“丘脑—皮质”往返投射的神经环路。如图1—1上半部分。这一环路处于间脑与皮质之间，笔者称其为中间环路。中间环路是被动工作，下端接受底层环路的兴奋投射，上端对皮质神经形成兴奋投射，激励和控制着皮质的神经活动（思维和反应）。底层环路和中间环路共同构成思维中枢的控制环路。

详见：人脑工作机制（42）：思维和“注意”的控制机制（二）——“思维中枢控制环路的底层环路和中间环路”。

三、各种感觉传入向脑干网状结构的非特异性投射通路，和皮质向脑干网状结构的下行投射通路。

要分析大脑如何对各种感觉传入和事件进行“注意”和处理，还需要了解各种感觉传入的传递通路，还有思维中枢的皮质进行信号整合后输出的传递通路，尤其是它们向脑干网状结构的传递通路。

视觉、听觉的感觉传入，除了经由丘系通路投射到初级感觉皮质的特异性投射通路，还都存在丘系外的通过脑干网状结构和丘脑板内核再向皮质感觉联络区的上行投射，即所谓的非特异性投射通路。其中视觉传入是从视交叉之后发侧枝经由顶盖前区向中脑网状结构投射，听觉传入是由耳蜗核（蜗背侧核与蜗腹侧核）之后的二级听神经发侧枝向中脑网状结构投射，触觉等躯体感觉和其他感觉的传入虽然神经束较小这些分支不明显，但应该都具有同样的发分支向脑干网状结构投射的通路存在。（不确定嗅觉是否具有这种投射，因为嗅觉是个特殊的感觉，以后可能会在关于情绪神经中枢的文章中特别分析）。

而皮质感觉联络区或联合皮质在进行信号整合的神经活动中，也向丘脑板内核群、联络核群和丘脑网状核进行聚合性的下行投射，最终整合后由网状核向中脑网状结构进行下行投射。

这些向中脑网状结构的分支投射正是连接第二节所述的思维中枢底层环路也即激励脉冲振荡环路的中脑网状结构，引起其神经活动的状态变化，并由此产生底层的“注意”指向。

详见：思维和“注意”的控制机制（三）——各感觉传入向脑干网状结构的非特异性投射通路。

四、“注意”指向的形成、维持和切换。

思维中枢对思维和“注意”指向的控制，并非传统所认为的是在端脑高级中枢产生再去控制其他核团的工作，而是在“中脑网状结构—丘脑”底层环路上形成，上行控制丘脑若干核团的神经活动，再通过“丘脑—皮质”中间环路去控制皮质等区域的神经元活动。

（笔者偷偷认为，我们之所以弄不清大脑的工作机制，就是错误的总认为从动物进化到人时端脑成为主导，思维和意识是在端脑皮质产生，端脑再去控制其他皮质下中枢。而笔者认为端脑只是“战斗的前沿阵地”，虽然“士兵众多战斗激烈”，但“司令部”这种指挥中枢还是在脑干网状结构，而丘脑和底丘脑这些则是“司令部与前沿阵地的联络所”）。

思维中枢“注意”指向的形成和控制在两个层面上进行：中脑网状结构通过各神经通路神经活动程度的竞争，负责将“注意”指向哪部分神经通路，即“注意”哪一些信息；丘脑负责的是将“注意”指向该通路的哪个分组，即“注意”这些信息的哪一部分；而端脑皮质负责的只是具体信息，在中间环路的控制下进行具体的信息处理。反过来，皮质的神经活动也通过丘脑向网状结构进行下行投射，影响着“注意”指向的维持或切换。

“网状结构→丘脑→皮质”的上行激励通路，控制的是从大到小、从整体到部分再到具体的“注意”选择，或者由外部感觉信息诱发的被动的“注意”切换；而“皮质→丘脑→网状结构”的下行回馈通路，影响的是由小向大、由具体到整体的“注意”维持，或者由有“意识”的思维活动诱导的主动性的“注意”切换。上行通路和下行通路反复循环进行，完成“注意”指向的形成、维持和切换。

详见：思维和“注意”的控制机制（四）——“注意”指向的形成、维持和切换。

五、大脑其他核团对思维中枢控制环路进行调制，而控制环路工作节律决定着大脑的状态。

思维中枢的底层环路和中间环路受到多个信号的调制，影响其工作节律。包括：⑴、来自皮质下行投射对环路的回馈调制，所以可以通过减弱思维活动来主动降低环路工作节律。⑵、来自情绪神经中枢的调制，比如激动时会提升环路工作节律。⑶、来自下丘脑多种神经肽的调制，所以身体状况会对思维活动形成影响，下丘脑的组胺能神经也调节着睡眠觉醒和昼夜节律。⑷、来自脑干的NE、DA和5—HT能神经的调制，推测这些调制可能也是参与睡眠与觉醒，情绪和机体状态等的影响。⑸、药物的影响，比如酒精。

而两个控制环路的工作节律，决定着丘脑向皮质发放同步激励脉冲的节律，（也即是脑电节律），也决定着大脑的状态：

⑴、同步激励脉冲发放节律大于14赫兹直至几十赫兹时，皮质神经元快速进行兴奋整合和动作电位发放，大脑处于思维或激动的状态。

⑵、发放节律为7—14赫兹时，皮质神经元的兴奋整合和活动速度中等，大脑处于清醒和安静的状态。

⑶、发放节律为3—7赫兹时，虽然兴奋激励尚能够使皮质部分神经元进行兴奋整合并激活发放，但神经元活动不活跃，无法形成连贯的激活链，大脑虽然还存在“意识”，但对各种刺激反应迟钝，思维模糊，且对思维内容基本没有记忆，在临入睡时，或者非常困倦，或者身体状况很差时，属于这种情况。

⑷、发放节律为0.几—3赫兹时，虽然丘脑仍向皮质发放激励脉冲，但由于脉冲节律很低，脉冲之间的间隔周期太长，使得皮质神经元只能产生膜兴奋，但始终无法达到动作电位触发阈值，所以皮质神经元没有出现有价值的持续激活和传递的情况，这时大脑失去“注意”和“意识”，进入深睡眠、或昏迷、或麻醉的状态。

⑸、发放节律为0，也即环路的神经活动停止，这就是植物人或脑死亡了。

由于神经活动的非线性，控制环路的工作节律不一定就等于脑电节律，但两者是正相关的。要注意脑电是中枢神经工作状态的反映，而不是脑电能够影响大脑工作。不要因果倒置。

详见：思维和“注意”的控制机制（五）——大脑其他核团对思维中枢控制环路进行调制，而控制环路工作节律决定着大脑的状态。

六、思维和“注意”控制机制对睡眠、失眠、做梦、梦游、“鬼压床”的解释。

1、睡眠的本质是大脑中枢神经处在低节律工作状态：当思维控制环路的工作低于3、4赫兹时，丘脑向皮质发放的同步激励脉冲的间隔期过大，无法使皮质神经元得到足够的兴奋整合和高节律发放，神经元无法进行有信息处理价值的持续链状激活发放，于是大脑失去注意、思维和意识，进入睡眠状态。

要降低控制环路工作节律而进入睡眠状态，存在两种不同方式：⑴、主动方式：通过有意识的减弱思维活动，（平静、不思考），降低皮质对控制环路的兴奋反馈，逐渐降低控制环路的节律，最终进入睡眠。主动方式是主观上要睡眠，主动启动睡眠。⑵、被动方式：来自下丘脑和脑干等多种核团的调制，使控制环路工作节律逐渐降低，思维逐渐迟钝，昏昏欲睡。被动方式是身体内部的调节或需要。另外长时间睡眠不足，可能会使中脑网状结构胆碱能神经递质消耗过多得不到恢复，活动状态下降，直接造成底层环路振荡节律下降，兴奋不足，昏昏欲睡。

这两种方式，正常时每一种的启动会伴随另一种的响应，两者形成正反馈而使大脑进入睡眠。而当两者出现不协调时，是否能进入睡眠便看哪一方面的作用更强大：当身体内部需要进入睡眠时，主观上可以通过保持兴奋来阻止控制环路工作节律下降，比如熬夜工作。当主观上想要睡眠，而来自其他核团的抑制作用不足，控制环路的工作节律始终无法下降至3赫兹以下时，便无法进入睡眠，也即失眠。

2、大脑的感觉中枢、思维中枢和运动中枢都各自具有相对独立的神经控制环路，控制各自的皮质神经活动，如图1—5。睡眠时，如果三者都受到充分抑制都处于极低节律工作，便进入深睡眠。如果三者所受抑制不一致而导致三者的神经活动状态不同步时，便可能产生异常的睡眠现象：

当感觉中枢和运动中枢受充分抑制而思维中枢抑制不足时，联合皮质的神经高节律发放产生神经活动，也即做梦，所以做梦时有意识也可以进行事件记忆。梦游刚好相反：当思维中枢受充分抑制而感觉中枢和运动中枢抑制不足意外工作时，由于感觉皮质存在向运动皮质的直接投射通路，其感觉信号会直接刺激运动皮质的运动输出，于是产生梦游，所以梦游时有视觉感觉，能够正常行动和避开障碍，但梦游没有思维中枢的参与，所以眼睛呆板无神没有视线“注意”点，没有意识也不会对事件进行记忆。（如果不断出现梦游，倒可能形成动作记忆）。

按照组合，我们还可以分析其他四种情况：当感觉中枢和思维中枢抑制不足而运动中枢仍受充分抑制时，大脑具有一定感觉也恢复思维和意识但却动弹不了，俗称的“鬼压床”似乎就是这种情况。当只有思维中枢和运动中枢抑制不足时，就是做梦且产生了肢体动作，比如梦中打人。当然这两种情况都容易受惊被惊醒而无法持续。而单独感觉中枢抑制不足和单独运动中枢抑制不足的两种情况，可能存在但由于无法形成可观察到的现象而没有被描述。

另外，上丘向动眼神经副核的投射不需要经过运动皮质和小脑，而可直接控制眼睛的眼动动作，（跟视觉的“注意”点控制有关）。做梦时，思维中枢出现神经元活动，但运动皮质和小脑等受抑制不会产生肢体运动，只有动眼神经既可受运动中枢的控制，又可直接受思维中枢的中脑网状结构和上丘的控制，所以能够跟随思维中枢的活动（梦境）出现眼动动作，这也即是做梦时出现眼动动作的原因。

详见：思维和“注意”的控制机制（六）——对睡眠、失眠、做梦、梦游的解释。

七、“注意”维持能力和切换能力的差异及其表现。其两个极端情况，可能是ADD和ASD。

思维中枢的控制环路在工作时，环路上的神经元还受到局部回路的自我抑制和互相抑制的调制，（这种局部回路的调制存在于皮质和脑干网状结构，不确定是否存在于丘脑），当自我抑制较弱而互相抑制较强时，更容易继续维持当前相关神经通路的神经活动，也即维持在当前“注意”指向的能力较强；当自我抑制较强而互相抑制较弱时，则不容易继续维持当前神经通路的神经活动而更容易转向激活其他通路的神经活动，也即将当前的“注意”指向切换到其他事件的能力较强。

正常时，“注意”维持和“注意”切换能力处在平衡状态，大脑既能进行正常的“注意”维持以完成稳定连贯的思维活动，而思维过程中碰到新信息时也能进行正常的“注意”切换，切换到对新信息的“注意”和处理。在不同人，局部回路神经元的生理能力，包括神经元离子通道、突触数量、神经递质或调质的释放能力、受体敏感性等等会有些差异，所以自我抑制和互相抑制的能力会不同，造成不同人的“注意”维持和切换能力会有一些差异，而且这种差异可能是一个连续的带状变化，如图1—7，并因此表现为不同的性格特质。比如：“注意”维持能力较强的人，容易集中注意力，能够专注和长时间持续观察或处理某一事情；而“注意”切换能力较强的人，则思路变化敏捷，善于观前顾后，多角度观察，综合考虑事情。

但如果这种差异超过一定程度，便会导致思维活动异常，（或者说被公众认为是异常）。比如，“注意”维持能力不足而切换能力过强时，进行信息处理的当前神经通路自我抑制过强且无法对其他神经通路进行有效抑制，便可能导致其他神经通路会更容易诱发“注意”切换，这表现为思维活动难以持续维持在某一事件上，而是容易在不同事件进行非正常的频繁切换，也即是“注意力”集中困难和持续时间短暂，难以专注于某件事情，这可能就是“注意缺陷症”（ADD）的表现。

相反，如果“注意”维持能力过强而“注意”切换能力不足，则是进行信息处理的当前神经通路自我抑制能力不足而对其他神经通路的互相抑制过强，于是难以进行正常的“注意”切换。表现为一旦进入某种思维活动，便异常专注在该事件上，而忽视其他事件和其他感觉刺激，即使能够感知也没有去“注意”和处理，不合理地异常专注在单一事件上，这可能就是自闭症谱系障碍（ASD）的表现。

当然，对于ADD或ASD来说，导致其神经环路调制过度异常的因素，必然也会对大脑其他核团和其他中枢尤其是情绪环路产生影响，从而在其他方面也导致异常，使症状表现更复杂。而对于“注意”指向控制的异常如何最终导致ASD的另一些症状，该篇文章进行一些分析。

详见：思维和“注意”的控制机制（七）——“注意”维持能力和切换能力的差异及其表现。

八、思维和“注意”控制环路与脑电的关系。（未完成）。

1、现有对脑电形成的认识及存在问题。

2、对脑电形成理论的一些修改。

3、“注意”指向的切换与脑电事件诱发电位“N400”的关系。

九、其他问题、基于该机制的几个推测、和一些应用技术的一些构思。（未完成）。

1、本章还存在的未确定部分及问题。

2、根据所述工作机制提出的几个推测和实验设计。

3、根据所述工作机制构思几种可能的应用技术。

——ST量子整理于2018/11/5。

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作者声明：

1、本文及文中图片均为作者原创，转载或使用请联系作者授权，否则可能侵权。

2、本文不是科普，也不是编译文献，而是作者个人对大脑工作机制的分析和猜想，其格式和内容都可能是不规范不正确的，请谨慎阅读。

3、由于作者无法保证所掌握的资料尤其是解剖资料是足够完整和准确的，因此所描述的各神经环路的某些核团名称及其关系有可能不够准确或不够完全。但这并不影响所述控制环路的架构及其工作机制。

4、作者也欢迎阅读者对这些可能存在的错误提出意见，以便修改更正。感谢！

来源：知乎 www.zhihu.com

作者：知乎用户（登录查看详情）

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