自古以來，人類因對自然力量的無為和敬畏衍化出了對自身意識的靈魂崇拜，這種文化基因直至現代都很難說已從根本上消除。在現代科技發展之後的很長一段時期內，意識研究沒有被社會主流所重視，笛卡爾的心物二元論意識觀，在哲學層面長期處於爭論狀態，自然科學對意識的研究少有涉足。以至於很多年以後，因提出DNA分子的雙螺旋結構模型而獲得1962年諾貝爾生物學獎的英國科學家Crick還曾感嘆:僅僅幾年以前，在投給《自然》雜誌和《科學》週刊的稿件中還絕不可以使用意識這個詞，在科研基金申請中也不可以這樣做。
這種情況在近幾十年中已發生了極大的改觀，從自然科學角度研究意識問題已獲得科學界的廣泛認同，許多不同學科背景的研究者分別從各自的領域參與意識研究，意識成了多學科交叉的研究領域。1994年在美國召開了第1次關於意識的會議，出席會議的300名學者分別來自心理學、計算機科學、神經網路、機器人學等不同領域;1996年召開的第2次會議，參會人數增至1000多人，專業領域進一步擴大，網上訪客上萬人，原定2年1次的會議在1999年就召開了3次。大批具有重大影響力的自然科學家在各自研究領域取得重大成果後轉向對意識的研究。1994年Crick出版了意識研究成果《驚人的假說》;美國諾貝爾生物學獎獲得者Edelman於2004年和2006年出版了《比天空更寬廣》和《第二自然》等意識研究成果;美國南加州大學Dalasi教授的《笛卡爾的錯誤》和《感受發生的一切》等專著在意識研究領域產生了重大影響;許多國際頂級刊物每年都有大量與意識相關的研究文章發表，科學界正從不同的研究角度推進人類對意識問題的進一步認識。
意識研究涉及眾多交叉學科，正如Crick坦言:我們也迴避了諸如自我意識和情緒等意識問題中更復雜的方面，而集中討論知覺，特別是視覺。綜上所述，筆者認為基於意識理論模型假設進行意識研究，也許是另一種新的探索途徑。
1意識模型假設
人類大腦包含25億或140億個神經元的2種不同說法，大約可分為200多個種類。19世紀末至20世紀初，西班牙神經解剖學家Canal提出神經元獨立結構的細胞學說(神經元之間相互關聯的點，就是所謂的突觸，直至20世紀50年代才被證實。人類對於介觀尺度的神經元的研究瞭解還非常有限，在神經元功能研究或意識原理研究方面，運用科學的推理方法在所難免，由此筆者提出瞭如下意識模型。
1.1意識與記憶是獨立的神經組織
大腦意識與大腦記憶在生理上是2個獨立的神經組織，在功能上是密不可分且又互為推動的意識記憶共同體。所有的意識內容均可被記憶神經元儲存，所有的記憶資訊均有可能獲得意識的表徵。意識現象產生在以腦幹區域內的網狀結構為核心、以下行神經系統為輔助的感知神經中，稱為意識功能區。記憶資訊則僅儲存在以皮層為包裹、以臍服體為連線的左右大腦的神經元中，並按大腦感知資訊的性質不同分別儲存在各功能區，如檢視區、語言區、運動區等。每一區域分別儲存各自同一類資訊內容，且各自對應某一振盪頻率。
1.2神經核將電訊號轉換成電波訊號
廣泛分佈於肌體表面的各類神經感受器，如視、聽、嗅、味、觸等外部資訊採集系統通過各自的神經纖維進入腦幹或丘腦後分別匯聚成神經核團。感知資訊通過神經纖維介質將電訊號傳遞到腦內，神經核團以同步振盪的方式將電訊號轉換成電波訊號對外發送。在腦內傳播的電波訊號同時被3大類神經系統接收:(1)腦內傳出神經，如下行通路的神經系統收到對應的電波訊號後成為運動類神經調節肌體姿態的反應指令，也就是目前醫學中所指的神經反射回路。(2)腦幹內網狀結構接收到電波訊號後成為肌體的一種意識狀態，分為意識警覺、意識感知、意識概念、意識體驗和意識閃念等生命特有的5種表徵方式。(3)大腦皮層對應的記憶神經元接收到電波訊號後在神經遞質的化學作用下，將電波資訊轉變成樹突或樹棘增生的神經元變形方式儲存;獲得資訊儲存後的神經元立刻又成為皮層同步振盪的訊號源，不斷地向外傳送記憶資訊電波。記憶神經元傳送的電波訊號同樣又成為上述另2大類神經系統的驅動資訊。
電訊號與電波訊號的合理分工和優勢互補成就了肌體內部高效而精確的資訊傳遞機制。腦與肌體外圍組織的溝通，以神經纖維為介質以電訊號為指令完成傳遞;腦內各神經系統的資訊交換，以神經核為節點以同步振盪傳送的電波為載體完成訊號傳遞。
1.3所有的肌體組織都在固定的訊號指令下動作
分佈在肌體各組織器官的神經都有各自固定的電訊號頻率或組合，組織器官的活動都必須在其神經活動對應頻率的指令作用下完成。任何失去訊號聯絡或控制的組織器官都會演變成區域性組織癱瘓或區域性組織混亂。肌體各組織器官活動形成的電訊號將成為大腦的記憶儲存，大腦記憶儲存的動作訊號通過意識加工後可驅使肌體動作。人類的所有動作只有經過反覆練習才能確保訊號儲存穩定，穩定的訊號傳送才確保動作準確。人類從學會走路、到手指技巧的運用、直至高難度技巧比賽等均是動作訊號從形成、儲存、到記憶資訊電波穩定傳送的一個重複迴圈過程。
1.4意識體驗是各神經系統同時參與活動的綜合過程，並作為整體事件儲存到記憶中
大腦意識進化的最初目標是管理好肌體自身不受傷害。意識過程是肌體所有的神經均有可能參與活動的整體概念，而非侷限於腦內神經。意識當下的內容包含了視、聽、嗅、味、觸和記憶等6類訊號的隨機組合。肌體生存期間大部分時間都處在2種以上感受器所對應的神經核同一瞬間形成振盪電波的意識狀態，如個體對不同食物的喜好或厭惡，口腔中的甜、酸、苦、辣引起的神經電波和食物視覺概念電波共同構成了當下意識，此時的意識狀態進一步深化為意識體驗。意識體驗在皮層記憶神經元中被作為整體事件儲存，即不同神經系統所對應的神經核團同時振盪傳送電波訊號形成的記憶儲存，在皮層記憶神經元中將通過樹突或軸突的關聯機制突觸的作用成為記憶整體。而左右腦之間的臍服體或許起著遠距離關聯同步的連線線作用。斯佩裡(美國)完成的著名的裂腦實驗所顯示的特徵，正好擬合了記憶儲存事件的關聯作用被斷開後的意識狀態，或許人們一直來被所謂的左右腦的功能所誤導。
1.5神經系統之間的資訊交換是基於訊號的頻率差異進行定址
儘管肌體對應外部的感受系統繁多、各部分組織及器官複雜多樣，但這些神經系統進入腦內後佈局合理、活動有序。如腦幹中來自不同部位的7種神經系統，因運動和感受功能不同進一步細分為19個腦神經核，並分別對應於肌體各運動和感知組織及器官。這些神經核團或許運用振盪頻率的差異進行功能分類或區域劃分。
上述5部分假設模型基於以下的理由提出:
首先，早在20多年前，德國的有關研究人員首先在貓的視皮層觀察到振盪現象。之後，其他研究人員在貓、免、猴的視、聽、海馬等不同部位都發現了振盪現象。實驗發現，神經元發出的脈衝並不隨機出現，而是和皮層局域的振盪同步發放。這些振盪波並不很規則，而更像一個隨手畫出的粗糙的波。當使用2個電極作記錄時，場電位還存在同位相振盪現象。也有實驗表明，同步振盪可以出現在大腦兩半球皮質之間。對於振盪現象，許多人認為感覺通道中對同一物體的不同特徵敏感的神經元，可能通過40 Hz的同步振盪把它們整合(捆綁)起來，形成一個完整的物體概念。Crick與科赫合作研究視覺意識時還將這一觀點進一步推廣，認為這些與Y振盪(3575 Hz)同步發放，可能與視覺知的神經相關聯。近年來，運用功能磁共振成像等技術，神經同步振盪現象在認知以及記憶等方面也有著廣泛的研究。
其次，腦幹中的複雜結構是神經解剖學一直未找到合理解釋的一個謎。位於腦幹的網狀結構在神經系統中發揮的功能和作用，早在10多年前就已引起許多研究者的關注，他們中的大部分人認為:所有的感覺神經都有分支通向網狀結構，網狀結構對於喚醒大腦皮層的功能起重要的作用，所以網狀結構對意識起重要作用。現有的醫學教課書都將腦幹稱之為神經中樞區域，分佈於肌體全身的12對神經，包括視神經進入大腦後幾乎無一例外地終止於各自的一個神經核團，對於這些神經核團均稱其為特異結構或稱疑核。
第三，長期以來，在醫療實踐中被習以為常的腦電圖測定中的某些怪現象，也可在本假設模型中獲得解釋。視網膜獲取的電訊號經外側膝狀核振盪後，形成的電波向外傳送:眼睛一睜，p腦電波立即出現;眼睛閉合，視網膜訊號消失，神經核的振盪也就停止，電波頻率重又回到8-12 Hz的a波。而睏倦或睡眠狀態，電波頻率就落在14 Hz的s頻率段，這是肌體對外的神經感受器停止工作後，其所對應的所有神經核團不再需要傳送電波的顯著跡象。1-4 Hz是肌體自身活動所形成的神經核發放的電波頻率段。
電荷振盪產生電磁波是物理學的基本特性之一，通過同步振盪形成電波符合生物進化規律。人體從外部採集的大量資訊，進入大腦後不再存在任何介質可用於電訊號傳導。覆蓋在頂部的端腦與脊髓延伸的腦幹之間，所有神經系統均不具備足以傳導大量資訊的連線介質。訊號的形成、傳遞和加工必須在生物學的範疇內考慮。而許多研究者在實驗和理論上提出的腦內資訊多次傳遞折返形成意識的理論模型，明顯地違背生物學中細胞保持穩定這一法則，將意識研究引到不可知論之中。
需要特別說明的是:視網膜就是一個接收電波(人類可接收的波長為380780 nm)訊號的神經組織。本模型提出的腦幹中特性不明的網狀結構接收電波資訊只是換了個位置，僅是一個同位等效的邏輯推理，最終當然需要實驗加以證明。
2意識功能區感知神經活動原理及其物理學依據
從臨床實踐中已知，腦幹網狀結構受到損傷會導致不同程度的意識障礙，甚至深度昏迷，一些鎮靜藥物就是通過阻滯該系統傳入通路而達到鎮靜。某些患者因腫瘤治療，為了處理腫瘤的惡性擴散，作為最後一種方案切除腫瘤所在的整個左半球大腦，沒有遺留下任何大腦皮層。手術導致了最嚴重的全面失語症。但病人的核心意識未受損傷，不只是清醒和有注意力，有時還能使用手勢表達問題，主導情緒與當時的情景非常協調。
2.1網狀結構具有意識感知功能的擬合特性
腦幹中的網狀神經結構不僅在解剖學上符合意識功能區的最佳位置佈局選擇，而且其結構特點也非常有規律性:(1)神經元胞體形狀和大小各異，小的只有1214 m，大的可達90 m，這些細胞被纖維分隔成許多小群，核團不易辨認。(2)纖維來源和走向縱橫交錯。(3)纖維聯絡廣泛，平均每個神經元表面有7 0008 000個突觸。網狀結構中的每個尺寸的神經細胞分別對應一個固定的電波頻率範圍起作用，正像視網膜中每個神經元可捕獲一種固定波長的光波一樣。網狀結構的佈局形式非常擬合於同時接收不同頻率組合的電波訊號。
2.2從視網膜接收到意識感知的訊號轉換
為了證明意識和記憶是2個獨立的功能區，現以視覺系統的意識形成為例進行分析。
視網膜上約有60種不同型別細胞，1億個左右視杆細胞和500萬個視錐細胞，眼睛一睜開，視網膜通過3條通路約150萬根神經節細胞的軸突每秒大約輸出1000萬bit以上的視覺資訊，大量資訊傳輸的下一站是外側膝狀核，之後沒有下一站，通過神經纖維介質傳導的電訊號就此終斷。神經解剖中還有小部分纖維走向由視網膜出發後不經過外側膝狀核而與腦內上丘和頂蓋前區等組織相連，稱為視第2通路。這種資訊通路很容易被理解為腦內各神經組織活動時起同步觸發器作用。
大腦該如何處理視網膜源源不斷的訊號，並最終形成檢視意識?外側膝狀核通過有節律(如25 Hz)的振盪活動將電訊號進行整合，以特定頻率向外傳送電波訊號。電波進入意識感知區後，腦幹部位的網狀神經結構中廣泛分佈的大量1290 m大小不同的神經元正好對應這一由檢視轉換後的電波訊號，眾多獲得對應波長感知的神經元組合形成的綜合感受就是眼前的一幅圖景。這種檢視感知意識也可以看成從視網膜到腦幹網狀結構的訊號轉換和神經元功能轉換，相當於一種對映。
外側膝狀核振盪頻率25 Hz是一個待定值，筆者採用電影發展史上的經驗資料，即電影放映速度從每秒16禎到24禎改進後，畫面的軸動(俗稱卓別琳動作)現象消失，動作變得流暢。外側膝狀核每隔40 ms (1000 ms/25)傳送1次電波恰似一個速度開關，將自然界3 x 105 kms的光速(電磁波)轉換成生物學意義上的神經元的機械運動速度。
外側膝狀核振盪電波除了被網狀結構感知，同時也被大腦皮層記憶神經元接收。如果大腦皮層記憶神經元中已儲存了相同的檢視資訊，則電波訊號與記憶神經元之間因同頻諧振的特性使得記憶神經元被啟用，即同頻諧振波幅疊加的物理學特性確保了傳送訊號與儲存類同資訊的神經元達到了準確無誤對接。被啟用的記憶神經元轉而又向外傳送電波，皮層記憶神經元傳送的電波資訊讓意識區網狀結構神經元感知到曾經有過的體驗一一熟悉。如果電波資訊完全是新的，即視覺畫面從未見過，則電波所含的內容成為新的一個記憶事件儲存。
3大腦皮層記憶神經元的資訊儲存原理及其生物學依據
3.1基於模型假設的記憶資訊儲存原理
生命誕生初期，記憶神經元的原始狀態可形象地認為空白。當意識感知到的電波同樣作用於空白神經元時，腦內的神經化學遞質與電波共同作用改變了神經元的結構，比如增加了許多樹突和樹棘，這就形成了神經元記憶儲存的最初架構。神經元的結構改變並不符合生命活動的最高目標是保持結構穩定這一鐵的規則，在電子顯微鏡下可以發現，一個單細胞的生命體也以最大的努力保持內部平衡以達到生命的延續。穩定和平衡是神經元的最大目標，也是生命活動的最大任務。被增生樹突樹棘的神經元處於不穩定狀態，恢復原狀的活動使神經元產生了與記憶儲存時類同的電波訊號。初始階段，神經元活動強度較大，其產生的訊號強度也大，所以剛形成的記憶很容易得到恢復，且回憶的準確度也高。隨著時間推移，神經元慢慢降低活動強度，產生的訊號變弱，部分增生的樹突或樹棘丟失了，但電波的總體架構沒有變，能模糊記得某件事，而不那麼準確。時間無限延長後，神經元恢復原狀的成功率增加，直至基本復原，我們小時候的大量記憶事件就是這樣被遺忘了。心理學上的記憶曲線變化規律符合神經元樹突樹棘增生和丟失的生物學過程，人類在實踐中歸納出的經驗是可以用科學的內在規律進行解釋的。
被改變結構的神經元若再次受到同樣的意識電波作用，神經元的結構改變將被強化，多次被改變被強化就成了新的穩定結構。樹突棘具有可塑性，在學習過程中可能發生新的樹突棘。比如你新認識的朋友，再次相遇，二三次及以後的意識電波作用在同一神經元上，神經元會增加許多新的樹棘和分叉的樹突，甚至還發現與別的神經元新增加突觸，即一個神經元的軸突或樹突與後一個神經元的樹突形成突觸相連，因為新的記憶事件慢慢成為老的記憶事件後，資訊的容量擴大了，記憶的細節豐富了，內容拓展了。大腦回憶的事件總是相關聯的內容一起出現，這是記憶神經元發放時，通過同步振盪確保了以突觸相關聯的神經元在時間次序上起到先後排隊作用。此外，與原有事件相關的內容總是容易記住。心理學實驗中強調有意義的事件或關聯性的事件一起記憶效率更高就是這種生物學機制的作用。
時間推移造成記憶模糊總是發生在細節內容方面，即樹突樹棘的丟失。記憶的初始架構非常重要，如大家知道一個人成長初期的啟蒙教育很重要，一個好的行為習慣也是從入門教育開始。這些被人們普遍認可的規律背後就是記憶神經元初始架構形成的不可改變性的生物學機制。
3.2記憶儲存的生物學依據
為了進一步解釋筆者的假設模型，從神經解剖學的角度比對神經元結構的許多固有特性，可進一步說明記憶儲存的生物學特性。
一個胞體直徑5150 pm的神經元，平均表面約有6 000~ 10 000個棘，不同種類的神經元的樹突形態和大小各不相同、一般樹突從胞體的發起部較寬，其後分支和變細，長度不等，一般較短。樹突上最突出的特徵是帶有大小不同的伸出物，稱為樹突棘，可呈細長形體、蘑菇形、粗短形等不同形狀。樹突棘極大地擴充套件了樹突與其他神經元形成接觸的機會，且在學習記憶過程中樹突樹棘會有數量和形狀上的變化。另外，20世紀70年代，紐約Albert Einstein醫學院的Purport等發現了樹突結構的重要的線索。他們用高爾基染色法研究智障兒童的腦，發現其神經元的樹突結構發生了明顯的改變。智障兒童的樹突上少了很多樹突棘，而僅有的少量樹突棘又異常細長。進一步觀察發現，樹突棘改變的程度與智力遲鈍的`程度成正相關。Purport指出智障兒童的樹突棘與正常胎兒的樹突觸棘非常相似。
3.3記憶資訊處在不斷變化中
意識形成的電波結構組合每一單位時間都在變化，因此記憶神經元的結構也隨之變化。如果按照現代資訊儲存概念，一個人一生中形成的天量資料幾乎很難用任何人造的裝置可以完整儲存。自然進化恰恰在關鍵的時候出乎預料。記憶神經元的儲存方式與意識當下形成的電波，在電波的框架結構(電波頻率組合及次序)相似性上解決了難題。當後一個意識電波形成的框架結構與記憶神經元中已儲存電波的框架結構相似度比較高時，新的電波就在原有記憶神經元或神經元組合上找到了歸宿。新電波與原儲存電波之間的差異部分，通過樹突樹棘的增生就輕易地解決了記憶儲存的擴容。
3.4記憶資訊的恢復原理
意識電波與記憶神經元之間運用物理學中的諧振原理很容易地解決了現代資訊科技中很難解決的定址速度難題。人們用無線收音機很容易在浩瀚無邊的空間找到自己需要的廣播電臺，相同的原理，一個儲存了資訊的神經元就是一臺固定頻率組合的收發機，下一次只要大腦中出現同樣的電波，對應的神經元就會立即動作一一接收，接收到的電波資訊與儲存的資訊不完全相同，故樹突樹棘又有新的變化;變化又產生了新的不穩定，之後神經元就轉為反對變形活動傳送。用傳統的概念表述就是神經元被啟用，被啟用(被變形)的神經元一定會比其他神經元發放更高電位的訊號。大腦的這種機制確保了意識的高效率工作，在茫茫人海中，無論你走到哪裡，當你偶遇老同學時會不假思索地叫出對方的稱呼，並感知到老同學與你相處時的幾乎所有的經歷，此時意識概念和意識閃念都在起作用，如果相遇者是曾經戀愛過的男女朋友，此時或許你的心跳會突然加快，臉色跟著變化，肌體內形成的是一種意識體驗。
就在見到老同學的當下，你的記憶神經元的儲存資訊也在變化，比如老同學頭髮白了，人老了。所以意識當下的電波結構在化學神經遞質的共同作用下，又一次對同一個單位的記憶神經元進行新的結構改變，如樹突或樹棘又在增加。而這次新增的記憶資訊容易儲存，原因就在儲存老同學的神經元早已成為一種新的穩定結構，不再向空白復原，這就成了永久記憶。
3.5記憶儲存與小人圖的關係
記憶神經元不僅儲存下大腦活動時的顯性意識，如你的所有生活經歷，它還儲存了肌體活動形成的固有的動作習慣資訊(傳統上稱為無意識活動)，應該稱為隱性意識。Penfield繪製的小人圖就是肌體各部位動作資訊儲存的對應位置。小人圖中手和頭部，尤其嘴脣所佔空間面積特別大就是因為肌體在長期的生活經歷中過多地活動了這2個部位保留下來的記憶儲存。可以預言，一個因意外事故造成上肢被截，日後學會用腳幹活，尤其學會用腳做針線活、彈鋼琴者，其小人圖中腳對應的皮層空間位置一定很大，而手則很小。
個體成長期間學會走路、學會用筷子、用手與腳幹各種高難度的事，均是經過長期反覆練習後，動作對應的電訊號被儲存到皮層記憶神經元，之後在日常生活中方可運用自如。跳水、體操等各種技巧性動作的運動員在極短的時間內將一個非常複雜的動作做得完美無缺，正是通過長期的訓練，這一連串動作電波組合被記憶神經元穩定地儲存下來，之後才能夠達到各關節協調自如。
臨床實踐中，醫學專家已把意識與記憶的工作原理很好地運用在患者身上了。央視《走近科學》(2013-11-11)曾介紹北京武警總醫院神經科醫生運用大腦幹細胞移植技術成功將一些下肢無法站立的腦癱患者治癒，並讓其學會走路。大腦幹細胞移植並獲得增生確保了下肢運動神經形成的電訊號有了儲存的位置。而帕金森疾病則是患者對應的記憶神經元功能降低，致使以往儲存的資訊不能獲得穩定的發放。目前醫學上採用一種電子訊號發生器一一電子藥，通過導線將一定的頻率訊號送至大腦皮層相應位置，刺激記憶神經元，這種強制神經元工作的治療方法，在初期階段已顯示出非常好的效果。
4意識與記憶之間的互動關係
意識與記憶兩者獨立存在的依據可從大腦疾病患者或大腦區域性障礙者身上找到驗證。1907年德國精神病醫生和神經解剖學家Aloes Alzheimer對一個典型的早老性痴呆女病人屍體解剖發現，腦內有大量粉樣斑和神經原纖維纏結，之後凡符合此類病理和症狀的稱為阿爾茨海默氏症，簡稱AD。AD病例很普遍，病理機制也明確，記憶神經元細胞骨架破壞導致神經元功能喪失。患病週期很長，從一般性記憶功能障礙到徹底不記憶事，再發展到不認識家人，所有這些現象都指向記憶功能病變或退化。在意識形成的當下，意識區感知神經接收不到任何記憶神經元的電波訊號。最後連儲存家人的記憶神經元也壞了，相當於親人的資訊被刪除了。與AD患者相比，如果一個因意外原因造成意識功能障礙的患者，如植物人，儘管遠不如AD患者看上去正常。但植物人可能只是區域性性的意識功能損傷，他的記憶神經元或許一直在正常工作，以往儲存的資訊在正常地傳送電波，只是意識區某種障礙使其無法接收訊號，或許能清楚地接收到記憶資訊卻無法表徵出來。所以，醫學實踐中能成功康復者，通常都是在親人的精心護理加上愛心的作用讓植物人從微弱的意識感知中逐步增強信心，慢慢地使網狀結構感知神經回覆到正常接收狀態，最終回到正常人狀態。
5結束語
當所有的分析都能自圓其說，意識模型的證據鏈全部接通後，那麼這一模型作為意識原理的階段性理論應該有其存在價值。涉及意識相關的語言原理、計算判斷、情緒機制、宗教信仰、價值觀等意識中深層次問題將在後續文章中進一步探討。
