肖静宁:脑研究中还原论与反还原论的互补

选择字号:   本文共阅读 1933 次 更新时间:2008-12-17 14:25:51

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肖静宁 (进入专栏)  

  

  “人脑是思维活动的惟一器官”1。探索具有生物一社会两重性的大脑的奥秘,是现代科学面临的一个挑战。20世纪中期以来,随着神经生物学的兴起与发展,脑研究与之同步相长,取得了令人瞩目的长足跨越。在五六十年代,以电生理、微电极技术为基石,脑研究在细胞水平着重搞清单个神经元的规律,对神经元膜、突触联系、神经元之间的通讯以及一些简单的神经网络的性质进行了研究;近年来,由于单通道记录及重组DNA技术、基因克隆等分子生物学、发育生物学、生物化学技术的采用,使传统研究的人为界限一一被打破。一个引人注目的重要趋势是:脑研究迅速推向分子水平。据不完全统计,美国神经科学学术年会有关细胞和分子水平的研究报道已超过70%2;国际刊物《脑研究》一分为四,“分子脑研究”3自成一体。可见,在经历几次大的发展后,脑研究的微观化进程明显加速,新成果、新观点层出不穷。面对这种情况,一些造诣精深、具有远见卓识的科学家在沉思:神经科学向何处去,以及如何驾驭它的发展。日本著名神经生理学家、国际脑研究协会主席伊藤正男于1986年发表的一篇署名文章的标题就是《神经生理学家向何处去?》4。同样,为纪念美国生理学会成立一百周年,纪念会主席费希曼发表了题为《百年启示——生理学往何处去?》5的重要文章,并引发了一场很有影响的讨论。我国一些著名学者如刘曾复、梅镇彤等为此发表了自己的精辟见解6。这些表明,当脑研究的微观化进程成为一种主要趋势时,科学家便不得不考虑这对在系统水平上研究脑、对探索脑的思维、意识活动有多大益处,以及它在整个研究中应处于何种地位。这实质上涉及的仍然是生命科学中还原论与反还原论之争的古老问题。笔者认为,科学家这样提出问题和展开讨论是很有意义的。它蕴藏着还原论的研究方法与反还原论的研究方法互补思想的丰富内涵,可能预示着脑研究策略与方法学上的改变。正如著名神经科学家,1981年诺贝尔奖金获得者之一的威塞尔在谈到视觉脑机制研究时所指出的:“建立在分子的、细胞的、系统的和理论的多个水平的视觉脑机制的研究是过去十年中最富成果的领域,今后这一领域进展的最大推动力必然来自这些不同水平研究的会聚。”

  本文试图从回顾生命科学历史发展中还原论与反还原论之争出发,依据现代科学成就,阐明还原论与反还原论这样两种对立的思维方式与研究方法的互补,乃是脑研究的必然发展趋势;并提供若干互补实例以供讨论。

  

  一、远未结束的还原论与反还原论之争

  

  生命科学中的还原论与反还原论的哲学争端源远流长,最初是在本体论的意义上进行的。早在公元前两千多年的古希腊有关生命现象曾有所谓的自然生成论与神创论的争论,随后又演变为原子论和活力论的对立。争论的焦点在于宇宙万物是否可以用还原为它们的构成要素(原子)的方式来说明。亚里士多德用作为事物自身的形式和动力的“内在目的”也即所谓“隐得来希”来代替“神的目的”,以之解释生命现象,从而成为影响巨大的活力论的最早渊源。活力论的实质即为反还原论。在整个欧洲中世纪,由于自然科学与哲学只是神学的科目,唯物主义的原子论必然受到排斥,活力论与神创论结合盛行久长。

  文艺复兴后,随着近代科学的崛起,以自然科学为基础的近代机械唯物主义哲学的形成,还原论与反还原论之争出现了以功能上的机械论与活力论相对峙的新局面。当时,一些生理学家看到了机械论在解释哈维发现血液循环所起的重大作用,都热心于把生命现象与机械进行类比。法国二元论哲学家、科学家笛卡儿以及唯物主义哲学家、医生拉美特利都是这一时期机械论的主要代表人物。近代最早的活力论者帕拉塞尔苏斯主张生命是化学过程,提出一种所谓“生基”的“力”来控制体内的化学变化,决定着机体的健康、疾病与死亡。由于这一观念的神秘主义色彩使人难以接受,致使机械论在当时占有绝对优势。

  到了19世纪前半叶,科学的蓬勃发展对人是机器的机械论提出了严重挑战,在这种形势下,活力论与机械论之争又重新爆发,并直接转向还原论与反还原论之争。在从19世纪到20世纪上半叶这一时期内,反还原论在总体上处于有利地位。反还原论的先驱、法国生物学家、进化论者拉马克为反还原论者强调生命的整体性和不可还原性奠定了基础。20世纪初,德国实验胚胎学家杜里舒通过对海胆胚胎发育的潜心研究,给机械论以严重打击,进一步提出了他的反还原论的整体论思想。而德国化学家维勒于1824年首次在体外合成了尿素,给活力论以巨大冲击,曾促使一大批生物学家转向还原论。直到20世纪中期,随着现代科学的飞速发展,还原论找到了新的立足点与生长点,还原论与反还原论之争逐渐集中到方法论上来。“就方法论而言,还原论与反还原论之争是直接与许多科学方法的运用与评价相关的”7。现代还原论者不仅认为生命规律可以还原为物理化学规律,而且只有这样才能对各种生命现象作出本质的解释:现代还原论从分子生物学的划时代成就中得到支持,一些卓有成就的分子生物学家实际上成为现代还原论的主要代表。与此不同,反还原论强调生物的特殊性,认为生物规律不能完全归结为物理化学规律,生命的自我调节离不开生命的整体性,故反还原论也称为“整体论”(ho1ism)。反还原论的方法主要表现为对生命机体从整体上进行观察与描述。现代反还原论者以英国牛津大学波拉尼为代表,他在《生命的不能还原的结构》8一文中,把还原论与反还原论之争推到了意识领域,认为意识原理不仅超越于物理化学,而且也超越于生物的机制原理。但是正如美国分子生物学家、DNA双螺旋结构发现者之一的克里克所说,为了理解神经活动较高层次,我们显然应该尽可能多的研究较低层次,神经科学的胜利进程已充分表明还原论方法具有无可替代的优势,用物理化学等成熟学科方法揭示大脑奥秘不仅可行,而且必需。而反还原论者不断对现代还原论进行尖锐的批评,并且从还原论不可避免的局限性方面显示出其合理的一面。可见,脑——意识堡垒,实际上已成为还原论与反还原论争论的焦点与难点。

  还原论与反还原论双方的争论如此激烈,以至到了20世纪70年代国外有的学者还预言:机械论与活力论的传统矛盾具有永久的性质。这种看法显然只突出了还原论与反还原论相互排斥的一面。与此同时,也确有一些学者看到,为了阐明生命的本质,揭示大脑的奥秘,客观上需要还原论与反还原论这两种思维方式与研究方法的相互结合与相互补充。而这样一种强调二者互补的倾向的形成与发展是值得注意的。

  

  二、现代科学对还原论与反还原论互补必然性的认识

  

  如何认识还原论与反还原论的关系,在现代科学中,可以说首先是伟大的丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(1885~1962)的互补或并协原理(complementarity principle)提供的一个崭新的视角。

  玻尔是一位善于进行哲学思考的科学家,1927年9月他提出“互补性”(complementarity)这个概念,用来说明微观物理学取得的各种实验证据不能纳入单一图景,只能是互相补充而构成事物的总体现象。互补原理所揭示的事物本身永远包含着互斥互补的新型逻辑关系,这不仅对量子力学具有根本的意义,而且,玻尔希望对这个问题的研究“会导致一个普遍适用的认识论哲理”的产生,并认为它“甚至对更深奥的生命和精神活动问题也有指导意义。”9可见,玻尔哲学主要是互补原理的引申和应用。对于生物学中还原论与反还原论的争论,玻尔曾直截了当地指出:“机械论和活力论之间的关系,就是互补关系的一个范例”;并进一步表明,“对于一个生物学的现象来说,生物学的描述方式和物理化学的描述方式是互补的。”10鉴于生物学问题的复杂性,玻尔告诫说:“即使有了关于物理学和化学的一切规律的最完善的知识,实际上也不能预见由这样复杂的结构将得到什么种类的机体,我们必须意识到,为了得到关于机体的完全理解,我们需要机能这个概念。”11玻尔在晚年十分满意地注视着分子生物学的惊人成果,认为“从最近的进展中可以看到用物理学术语来充分说明生物学过程具有无限的前景,而同样不会损害对它们机能的阐述。”12

  早在1929年玻尔关于互补原理的广义表述中,就特别涉及到心理学领域。他指出:“为了描述我们的思维活动,……我们一般必须准备接受下一事实:同一客体的一个完备的阐明可能需要根本不同的各种观点,这些观点抗拒一个惟一的描述。”13他声称:“精神现象当然提供着关于互补性的突出范例……”14

  玻尔的互补原理告诉我们,客观事物本身就是一幅极其丰富的、充满矛盾的复杂图景,想以一种惟我独尊的语言去描述复杂事物是行不通的。对于还原论与反还原论的传统争论而言,问题不是要一方压倒一方,一方排斥一方,而是要在它们之间架起互补的桥梁,全面地、客观地吸收两者的合理内容,兼收并蓄,取长补短,走向综合统一的道路。

  著名奥地利理论生物学家贝塔朗菲(1901~1971)于1937年首次提出了“一般系统论”(General System Theory)。60年代以后,系统论与信息论、控制论等结合起来,奠定了研究生命现象的新的理论基础。在系统论中,系统与其组成要素是一对主要范畴,整体性是系统思想的核心。一方面,系统的整体特性不能归结为各组成要素特性的简单叠加,但系统的整体特性又必然依赖于要素,而且可以从各组成要素之间的相互关系中找到根据。正如贝塔朗菲所说:“如果我们知道了一个系统所包含的所有组成部分以及它们之间的各种关系,那么就可能从组成部分的行为推导出这个系统的行为”15;另一方面,要素对系统也有依赖性。贝塔朗菲在说明“整体大于部分之和”的著名原则时,特别强调“要素”复合体的“组合性(constitutive)特征”,把它作为系统特征的重要概念。“组合性特征不能用孤立的部分的特征来解释”,“组合性特征就是依赖于复合体内部特定关系的那些特征”16。可见,要素的存在、活动只有在整体目标中考察,只有特别注重它们之间的相互关系才有意义。据此,从系统论思想出发,对于整体性功能的考察,要注意落实到它的组成要素及其相互协调的运动中去,吸收还原分析的营养,才能排除对整体机能作空洞肤浅的描述;而在将还原方法作为研究系统功能的一种手段时,要经常根据整体的目的要求来调整和把握研究的方向。系统论就这样对克服还原论与反还原论的局限性做出了自己的贡献,并在这种新的基础上有利于二者在方法论上互补综合。

  随着分子生物学的发展,达尔文进化论已提高到了现代高度,对原来一些抽象的生物学概念如遗传性和变异性,赋予了更明确的解释。研究方法的多样性是现代进化论的一个显著特点。现代进化论实际上已成为一种“互补”的科学。苏联学者H.H.冈恰连科强调指出,“研究进化规律的两种方法都有效,即一方面以关于整个有机体、物种和生态系统的结构和过程的有效概念去描述进化规律,另一方面又能以物理和化学规律去解释进化规律,那就不要把两种方法对立起来,毋宁说要把它们看作是互补的。”17对于生物进化的最高产物——人的大脑的科学探索,这种还原论与反还原论研究方法的互补更是至关重要。

  比利时著名物理学家普里戈金(1917—)于1969年正式提出了一种研究复杂系统的理论:耗散结构(dissipative structure)理论。他首次将演化概念引入物理学,建立了一种统一的系统的进化学说,为消除无生命的物理世界与生命世界之间的深刻对立提供了新的前景。耗散结构理论为理解自然界的可逆性与不可逆性、对称性与非对称性、物质结构的有序性与无序性、自然界的简单性与复杂性、进化与退化、局部和整体、运动状态的平衡与非平衡以及稳定与不稳定、运动规律的决定论与非决定论等一系列根本问题提供了全新的理论框架。可以说,耗散结构理论本身就是将还原论方法与反还原论的整体性方法巧妙结合起来研究自组织现象的成功产物。它也必将推动这种研究方法的发展,以对揭示人脑的奥秘做出贡献。目前已经开始出现用耗散结构理论,还有协同学及超循环理论等来探索和解释神经系统信息过程的尝试。一般认为,大脑这个复杂系统是一种远离平衡的开放系统,一种高级耗散结构。人脑每时每刻都在不断地同外界进行着物质、能量和信息的交流,不断地从无序走向有序:在这一过程中,信息作为负熵起了决定性的作用。人脑除了同外界进行信息交流逐步实现有序的自组织过程外,更突出的特征在于人脑自身通过思维活动不断对信息进行分析、选择、加工、储存,(点击此处阅读下一页)

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