思维与认知的生物-生理模型的实验验证与测定

5. 1实验验证

5.1.1神经生物学实验方法验证

自近现代科学方法大兴以来，在当前人类社会的认识方式中，一个学说是否正确的最终评价标准为“用人类现有的知觉能直接或借助仪器观察到这个学说所涉及的对象，对对象的活动过程、现象有确定的观测，观测结果和学说结论之间的有确定的、正确的逻辑关系”。实验是这个评价标准最重要的一种形式。

我们对思维与认知再认识结论的核心是思维与认知的生物-生理模型，在经过实验以前这个模型还只是一个假说，我们要通过实验验证这个假说。

受实践经历和时间所限，笔者目前对科学实验还没有系统、深刻的认识，难以对科学实验做系统、全面、详细的论述；笔者也没有从事心理学、神经生物学等领域实验的实际经历，目前也难以设计相关的具体实验项目，这里只是概要性的论述相关实验的几个特点。

一、实验目的

这里，关于思维与认知实验的总目的是基础层面验证前文论述的思维与认知的生物-生理模型。实验主要包括四个方面，分别为：验证认知结构的存在；验证认知结构的结构，验证认知结构的产生、发展规律；验证认知结构的应时活动方式。

相应于思维与认知的生物-生理模型有实验的具体内容，例如：验证认知对象回路、单元回路的存在；认知对象回路之间边界划分；认知对象回路之间的连接关系；单元回路的功能区结构。

外部情景环境和认知结构长时变化的关系，如：单元回路的形成、单元回路之间连接的形成、复杂认知对象回路核心区的形成、连接路径的时序关系形成等。

认知结构的应时活动方式，如：思维与认知机构的处理周期、单元回路的活动过程、时序结构的活动过程、控制结构的活动过程等。

认知结构和效应器的关系。

认知结构和感受器的关系。

二、主要实验对象

除了依据直接或借助仪器通过我们的知觉可以直接观察到事物的存在以及事物之间的边界，我们还通过分析事物之间相互作用的关系来确定事物的存在与事物之间的边界，后者的主要依据是“事物的内部关系明显比和环境之间的关系复杂；在和周围的事物的相互作用过程中表现出特定的质”。按照上述依据，我们可以初步确定的主要实验对象如下。

1）神经元个体。

2）神经胶质细胞个体。

3）个体突触与神经元间的个体连接。

4）神经元与神经胶质细胞之间的连接；三重组份突触结构。

5）脑的功能区。

6）脑的整体解剖结构。

这几个对象以上是可以直接观察到，而以下是需要通过分析事物之间相互作用的关系确定的、可能存在的。

1）跨功能区的特异性回路。

主要是指可能存在的认知对象单元回路的功能区间的结构。（以下对象在一定条件下可以简化掉这个结构）

2）不同复杂层次的、构成特异性回路的、从神经元个体层面观察的“一组”神经元总体。

怎么理解这个实验对象呢？

不论是模型中定义认知对象单元回路、认知对象回路，还是特别复杂的认知过程回路，还是单元回路的核心区、特别复杂的认知过程回路的核心区，其质的表现基础都是神经元与突触，都是由一定数量的神经元通过突触连接构成。如果可以观察神经元、突触的话，我们可以按空间位置、突触连接的强化水平、相关联的神经胶质细胞的发育水平、活动过程状态等条件分组，这个分组关系可以定义回路层次的、确定的、具体的对象的存在。每个回路层次的对象由“一组”神经元构成。一个神经元可以参加多个组，参加不同复杂层次的组。

特别复杂的认知过程回路的质的表现基础还可能有单元回路、相对简单的认知对象回路和回路间的连接，这里暂不详细论述。

一方面我们通过对神经元、突触状态的统计、分析确定神经元的分组、确定回路层面的具体对象；一方面我们在定义出“一组”神经元总体内观察组内的“每个”神经元的变化过程、活动过程，分析神经元个体层面的、总体的变化与活动规律。

3）不同复杂层次的、构成特异性回路的“一组”神经元整体。

这个对象简化掉组内神经元的个体活动，从回路整体层面来观察“一组”神经元的发展与活动过程。

4）特异性回路之间的连接。

5）相互之间具有一定水平的强化连接的、具有特定语义活动过程的多个特异性回路构成总体。

6）参与一个复杂思维过程的回路构成的总体。

7）思维与认知机构的认知结构整体。

三、主要实验方法

神经生物学实验方法对思维与认知模型的验证主要是对实验对象正常的长时变化与应时活动的观测、数据统计、分析。

1.对认知结构静态结构的验证

对认知结构静态的验证目的在于：验证根据模型所定义的实验对象是否存在；这些对象之间的静态的、实际的关系是否和模型描述的一致。

神经元、突触、神经胶质细胞、三重组份突触结构、功能区等是在过去的研究和实验中已经得到证实的东西，我们主要是验证特异性回路的存在、特异性回路的内部结构、特异性回路之间的连接关系、定义认知结构整体，主要包括：功能区内的单元回路的存在、功能区间单元回路的存在、单元回路之间连接关系、认知对象回路的存在、特别复杂的认知对象回路核心区、认知对象之间的连接关系等。

我们基本设想如下。

1）按模型假说，认知对象回路及之间连接关系是神经元、突触、神经胶质细胞构成的，在静态角度，决定认知对象回路和回路间连接特异性的是由神经元的空间位置、所属功能区、突触发育水平、突触所属神经元等因素确定神经元与突触的分组。

2）按思维与认知生物-生理模型的假说，海量的神经元、突触、神经胶质细胞的这几个特征应在统计上表现一定的分组规律，我们按模型推论这个规律。

3）神经元、突触、神经胶质细胞及上述特征是可以直接观察到的，观测海量神经元、突触、神经胶质细胞的上述特征，对所得数据进行统计分析，将分析结果和推论的分组规律进行对比。

4）如果两者相符，由于由神经元、突触、神经胶质细胞分组构成的整体和特异性回路存在等同关系；分组是在静态角度决定回路特异性的充分关系，我们可就此得到“特异性回路及其相互间连接关系存在”的结论，并且我们可以得到对神经元、突触、神经胶质细胞构成特异性回路的确定的、定量的分组方法。

具体步骤如下。

1）首先，我们确定验证认知结构静态结构要观察的对象、要观察的对象特征、属性，确定统计的指标体系。

2）定义这些特征、属性的值域。

所属功能区。

空间位置：在各功能区空间范围内内定义空间位置，以神经元的大小确定记录空间位置的尺度。

突触发育水平：突触的发育水平主要取决于前后膜的面积，为了数据记录与处理方便，可以将不同大小的面积换算为发育等级。

3）确定观测这些对象的这些特征、属性所得到的数据的统计、分析的算法，编制相应的计算机程序；推论观测所得数据应符合的统计规律；确定统计、分析结果和应符合的统计规律的逻辑关系。

我们按思维与认知生物-生理模型的论述想象一下，功能区内单元回路、认知对象单元回路、单元回路之间连接、复杂认知对象回路核心区等对象内神经元、突触、神经胶质细胞之间的关系，这个关系就是我们推论的观测所得数据应符合的统计规律。下面的表格粗略的分析这个关系，做一个思路、方法上的说明，详细关系在实际的实验过程再分析。

我们按上述关系建立、确定查找符合上述关系的神经元、突触并分组的算法。笔者的数学基础目前不足以支持建立这些算法，这里不再论述。

按建立的算法处理观测所得数据，如果能找到一定数量的符合条件的分组且分组内的观测对象具有一定数量；对分组后的观测对象进行一定的统计分析，符合推论所描述的特征，我们即可以认为按模型推论的现象、规律和实际观测的数据与处理结构相符。

为什么可以得出这个结论，两者之间的逻辑关系是什么，有兴趣的读者可以自行分析。我们可以从后知觉知识处理的机构的特异性是不是由这些分组决定的？为什么由这些分组决定的？上这个算法找出的分组组内的连接水平、发育水平和基础水平比较怎样？等等来考虑这个问题。

4）确定标记与重访要观测的对象；观测这些对象相应的特征\属性；记录观测数据的技术手段。

目前，我们技术手段已经可以直接观察神经元、突触等，但怎么同时观测海量的神经元、突触并且能标记、重复访问同一神经元、突触是这个实验要解决的技术问题。

5）选择合适被试个体；标记海量的神经元、突触、神经胶质细胞；观测这些对象的相关特征/属性并记录观测数据。

6）按预设的统计、分析方法处理观测数据。

7）将处理结果和推论出的、应符合的统计规律做对比。

8）如果实测数据的处理结果和推论出的、应符合的统计规律不符，查找原因，修改模型-实验体系相应部分（或修改模型、或修改观测方法、或修改数据处理方法、或修改推论应符合统计规律、或修改数据处理结构和应符合的统计规律的逻辑关系、等等），反复实验至处理结果和推论出的、应符合的统计规律相符或重新定义思维与认知生物-生理模型的基本框架。

如符合规律则暂时认定：在这个环节的实验验证中，思维与认知生物-生理模型是符合思维与认知实际存在的；存在思维与认知生物-生理模型所定义的认知结构。

2.对认知结构的长时变化的验证

上面的实验确定了认知结构静态结构的存在，认知结构长时变化的验证以上面的实验为基础。对本实验目的在于：验证模型定义的认知结构长时变化的规律是否和实验结果一致。

基本设想如下。

1）实验对象的两个层面。

我们的实验对象有两个层面，基础层面是神经元、突触、神经胶质细胞，整体层面是认知结构，这两个层面之间是事物的本质和质之间的关系、是系统的构成、结构与系统整体之间的关系。神经元、突触、神经胶质细胞是我们的直接观测对象，认知结构是我们的实验验证对象。

2）实验的总体结构。

总的来说，认知结构长时变化的验证还是对反应因素和反应变量关系的验证。

我们设计引起认知结构长时变化的反应因素；

推论认知结构可能发生的整体变化过程，建立反应因素和整体变化反应变量之间的关系；

分析、推论和整体变化相应的基础层面的变化过程和观测数据应符合的规律；

观测基础层面在加载反应因素之前的状态并记录；

加载反应变量；

加载过程中多次观测基础层面的状态并记录；

处理多次观测的数据，分析基础层面的变化过程；

将数据处理、分析结果和推论的基础层面变化过程、数据的对比；

分析两者的逻辑关系；

做出实验结论。

3）实际对象和反应变量的选取。

引起认知结构长时变化的主要因素是“认知过程”，认知过程由一定数量的、相互关系紧密的情景环境-思维过程构成，情景环境-思维过程分为两个方面：一方面是外部情景环境；另一方面是认知结构的内部活动过程（思维过程）。认知结构和认知过程是相应的。

对于我们在此的实验目的，观察一个有一定发育水平的、完整的认知结构过于复杂。我们选取一个认知结构发育水平较低的意识本体的幼体，设计一个具体的、典型的认知过程，以这个认知过程相应的认知结构为我们的观测对象，如前文论述的“小狗学撒尿”认知过程。

实验步骤如下。

1）按模型，对小狗学撒尿相关的认知结构的形成、结构、活动方式进行概要分析。

见前文思维与认知范式的简单组合范式一节。

2）实验素材的选取设计。

选择60～90天龄期正常发育、普通喂养的健康犬。此时的犬处于认知结构的发育初期，思维与认知机构中还没有明显发育的、特异性较强的回路。

3）认知过程外部情景环境过程设计。

首先尽量简化实验犬的认知环境，除保证实验犬存活的必要条件外只保留和实验相关的环境因素。

实验的认知过程的外部情景环境的加载方式为：

第一阶段，试验犬每次小便就挨打，持续15～30天，当实验犬在便意时表现出明显的紧张、焦躁和控制便意时终止；

第二阶段，在实验犬表现出便意时将实验犬放入厕所，待实验犬控制不住便意而小便后不挨打，5～10分钟后将实验犬移出厕所，持续10～20天，当实验犬有便意时被移入厕所后紧张感、焦虑感迅速消失，迅速小便时终止，此时实验犬可能开始表现出主动寻找的厕所的行为；

第三阶段，在实验犬表现出便意时不做处理，当实验犬没有在厕所小便时挨打，当在主动进入厕所小便不挨打，当实验犬完全表现出成熟的便意-寻找厕所-进入厕所-小便的行为时终止。如果实验犬在此阶段初期不能主动进入厕所时可将其移入，移入的次数约占总小便的次数的50%，随实验犬主动进入厕所的次数比例的升高而降低。

小狗学撒尿认知过程加载结束。

分析此外部情景环境过程，典型的情景环境（或主要构成）包括：便意；小便；挨打；厕所；没有挨打；等等。

4）推论认知结构可能长时变化。

如前文所述：

和典型的情景环境以及思维过程状态相应的认知对象单元回路的出现；

时序结构的形成；

控制结构的形成；

复杂认知对象回路核心区的出现；

5）推论和长时变化相应的基础层面的变化。

6）确定要观察的对象的特征、属性；确定观测周期与观测次数；确定和情景环境加载的时间关系；确定统计的指标体系。

7）确定标记与重访要观测的对象、观测这些对象相应的特征\属性与记录观测数据的技术手段。

8）确定观测所得到的数据的统计、分析的算法，编制相应的计算机程序；推论所得数据应符合的统计规律；确定统计、分析结果和应符合的统计规律的逻辑关系。

a.首先，按静态结构的验证实验的统计、分析方法处理各次观测数据。

b.进行和整体变化过程相关的分析。

c.按处理结果建立认知结构的静态结构，分别定义出单元回路和单元回路间的连接。

d.进行和情景环境相应的认知对象单元回路、时序结构、控制结构相关的统计、分析。

e.综合处理1-4步结果建立一定发育水平的这个认知过程的认知结构静态模型。

分别确定上述各步骤的统计分析方法，见下表。

9）标记海量的神经元、突触、神经胶质细胞。

10）认知过程的加载与对对象的重复观测、记录观测数据。

11）按预设的统计、分析方法处理观测数据。

12）将处理结果和推论出的、应符合的统计规律做对比。

13）如果实测数据的处理结果和推论出的、应符合的统计规律不符，查找原因，修改模型-实验体系相应部分，反复实验至统计、分析结果和推论出的、应符合的统计规律相符或重新定义思维与认知生物-生理模型的基本框架。如符合规律则暂时认定：在这个环节的实验，思维与认知生物-生理模型是准确的。思维与认知生物-生理模型对认知结构的结构和长时变化描述准确。

3.对认知结构的应时活动的验证

对应时活动验证的思路、方法和静态结构、长时变化类似，这里只简述一下应时活动验证的特点。

1）以上述长时变化验证实验的认知结构为实验对象。

2）观测对象与观测的属性。

除上述实验观测的属性外还要观测：神经元的极化水平；神经元的活动过程状态；突触前后膜的递质、受体贮存水平；神经胶质细胞的能量驻留水平；思维与认知机构的处理周期（可能是脑电波的频率）。

3）观测周期与观测时长。

以思维与认知机构的处理周期为观测周期；以从反应因素的加载到相应的外部行为结束为基本的时长尺度。

4）可推论可能出现的活动、活动过程，分别验证，如长时变化所需的典型情景环境相应单元回路的确定、单元回路活动时序的确定，等等；分级验证，如时序活动的验证可以有哪些分项，控制活动的验证可以有哪些分项，等等；对分别验证的数据、数据处理结构、结论做同一的处理。

5）按应时活动验证的需要确定观测所得到的数据的统计、分析的算法，编制相应的计算机程序；推论所得数据应符合的统计规律；确定统计、分析结果和应符合的统计规律的逻辑关系。

5.1.2计算机模拟实验

艾什比先生在其《控制论导论》导论中探讨了同构型机器的问题。所谓同构型机器是指：两个机器的标准表达式，如果存在一一变换，能将一个机器的状态（输入与输出）变为另一机器的状态，而同时把一种表示式转变为另一种表示式，则说他们是同构的。同构的定义规定了了一种很严格的等价性（以上引用自《控制论、信息论、系统科学与哲学》第二版王雨田主编）。

现在让我们把这个“同构型机器”扩展一下：特征对应关系也可不是一一对应。

首先，把“机器”转换为“事物”，这个事物是哲学概念的“普遍的事物”。

输入-输出关系是从一个特定的角度看事物之间相互作用的关系，是描述这个关系的一种具体形式。事物的质是通过事物之间的相互作用表现出来的。那么事物的“质”和“输入-输出”之间有什么样的关系呢？一个事物在特定环境中有多个、多种输入-输出关系，而质包含了输入-输出关系的总体，是唯一的。我们将输入-输出关系转换为“质”。

表达式是从一个特定角度看事物内部、事物之间的相互关系，是描述这个关系的一种具体形式。事物的质由事物之间的相互作用和事物内部的相互作用的总体共同决定，特征是事物之间、事物内部个别的相互作用。质和特征的关系是：事物的质由其包含的特征总体而决定，特征总体包含多个不同特征，不同的特征对事物的质的决定作用不同。表达式是描述特征的一种具体方式，我们将“表达式”转换为特征。

我们提出“同特征同质事物”的概念。所谓“同特征同质事物”是指不同的事物有相同质（人类认识上的相同质），一种事物的特征对质的决定方式和另一种事物的特征对质的决定方式存在严格、确定的对应关系。

“同特征同质事物”相对的。人类的现在认识方式还只能在一定的范围、领域认识事物的质，还存在一定的、特定的认识范围、领域和绝对的、整体的宇宙的矛盾，存在时刻、时长和绝对的时空的矛盾，也还只能认识到事物的部分特征。我们对事物的质定义是在一定的认识-实践领域内对事物部分特征定义的质，特征构成也是我们认为足以决定事物质的特征。

对思维与认知的计算机模拟实验就是要找到思维与认知、思维与认知生物-生理模型、和模拟思维与认知的计算机系统相互的“同特征同质事物”关系。

基本设想如下。

以下的设想基于当前的计算机技术与计算机系统的开发、应用模式。

一、计算机系统的概念设计

按思维与认知表现出的外部功能、神经生物学已经验证的内容、思维与认知的验证实验的可能的成果、思维与认知模型假说设计计算机系统。设计内容主要如下。

1.分布式类功能区节点设置

相应于和思维与认知相关的功能区设置分布式处理的节点。除了这些节点外增设整体状态控制、公用数据存储、数据收发中心等节点，如整体状态控制节点的功能；计算、控制个节点和系统整体的处理周期；计算、控制各功能区虚拟的功能水平等。

2.感受器节点设计

笔者对感受器的设计与开发不熟悉，这里只是对感受器提一些功能上的要求和初步设想。

系统的感受器可以有多种、多个，也可以是多层的（如多个、多种感受器的产生的数据经同一处理，处理后的数据再向效应器、节点发送），每种感受器都有其特定功能。

感受器可以接收、采集外部环境的特定作用、刺激、信息，如光刺激、电磁波、声刺激、压力、温度、键盘的录入、外部其他系统发送的数据等。

可以处理接收、采集的外部作用、刺激，转化为处理节点、效应器接受、处理的数据。

可以向节点、效应器发送由外部作用、刺激转换的数据。

对节点、效应器的数据发送可以实现和效应器、功能区类似的拓扑结构。

现在已经有很多类型的感受器，如数字相机的影像采集、雷达的接收器、工控系统的感应器，等等。

初步想象模拟思维与认知的计算机系统的感受器设计应有以下内容。

1）感受器的整体概念定义与功能设计。

相应于知觉或类知觉的整体功能定义与设计，属于人类现有知觉的如如视觉的感受器、听觉的感受器等，或接收电磁波的感受器、接收引力波的感受器、接受辐射的感受器等，也可以接受系统可直接处理的数据，如感受器的单元、单元的。

2）外部输入设计。

外部输入的刺激种类；

相应于刺激种类基础层面的实际接收外部输入种类的设计，如不同波长的光；不同音频、音色的声，等等。

类情景环境的刺激种类的刺激组合设计：

类情景环境过程设计：

设计刺激组合的加载周期、次数、时长。

3）外部刺激、信息的接受、采集界面与装置；相应于外部输入的信号发生技术设计。

如感受器的单元、感受器单元布置方式等；

如相应于特定波长光的信号发生、相应于温度的信号、相应于压力\拉力的信号发生等。

另外，发生的信号应包含描述感受器的信息。

4）描述感受器的数据结构和数据设置。

如描述感受器单元种类；感受器单元、感受器单元布置、刺激种类、感受器单元种类等之间关系；感受器单元接收刺激产生数据的算法等的数据。

5）描述感受器和效应器、节点数据结构与数据映射关系的数据库与数据设置。

如感受器单元和神经元映射关系的数据。

6）信号的数据转换算法。

处理信号，计算信号本身的物理属性、包含的感受器信息、描述感受器的数据、描述感受器和效应器\节点映射关系的数据，按一定的算法生成数据。

7）对效应器、节点的数据发送。

设定数据的发送规则、发送条件，按发送规则、发送条件确定分析生成数据的算法，分析生成的数据确定发送的数据与发送方向，发送数据。

8）感受器的处理周期。

拓扑结构可以通过实际的物理、生物结构实现；也可以不建立物理的拓扑结构，完全通过数据结构、数据的映射关系实现，这个映射关系可以是直接的，也可以包含在数据处理的算法中。

4）-8）通过描述感受器的、描述节点\效应器的、描述感受器和效应器\节点映射关系的数据结构与数据设置记录了感受器和节点\效应器之间的拓扑关系；通过生成包含拓扑关系信息的数据，分析可发送的数据与发送方向；节点中处理发送来的数据，按数据中包含的拓扑关系信息处理本节点中相应的数据实现感受器和节点、效应器之间的拓扑关系。

3.类知觉、后知觉功能区节点设计

1）接受控制节点数据，确定处理周期，每个周期进行以下处理。

2）感受器输入数据的处理（类知觉的）与展示界面。

按一定机制处理感受器发送来的数据，形成类知觉的处理结果，在一定界面展示，如图像、声音，一些体验类的知觉如情绪、痛苦等可转化为文字、图像、声音等其他知觉在界面展示。

3）节点间数据接受。

4）接受数据的数据库写入处理机制。

处理数据，包括：接受的数据包含突触、递质的种类与数量、电能水平；基础数据中记录的突触的前后膜所属神经元、突触的受体种类、水平；基础数据中记录的递质、受体结合后释放的能量水平；等等，计算要写入的神经元、突触，计算要写入的数据。

5）数据结构。

6）基础数据、初始数据的设置。

设置神经元、突触、神经胶质细胞种类；参照功能区内神经元、突触、神经胶质细胞的连接关系，设计设置神经元、突触、神经胶质细胞的算法；按设计的算法设置神经元、突触、神经胶质细胞的实例，设置各实例的初始数据。

7）内部活动数据处理算法。

可“活动”实例的查找：

对比神经元的极化水平和相应神经元种类的阙值，找出可“活动”的神经元。

活动数据的类表象处理：

统一处理可“活动”的神经元，产生类表象的处理结果，如选择活动水平最高且发育水平大于一定数值的单元回路产生表象，找不到符合要求的单元回路时的表象产生办法等。

活动数据对数据库的操作处理：

按活动数据之间的关系（如突触和神经元的关系）找出要处理的实例，如神经元的实例、突触的实例；按对实例不同影响分别计算、写入对实例的操作，如神经元兴奋对神经元极化水平的影响；神经元间活动对突触所含递质、受体数量的影响；神经元内部产生递质、受体的速率和突触发育水平对突触所含递质、受体数量的影响等。

8）类表象处理的界面展示。

9）向其他节点的数据发送。

按“神经元所含的延伸至其他节点的突触”、活动神经元的突触前膜所含的递质、兴奋时的递质释放算法等数据计算向目标节点发送数据。向目标节点发送。

10）向效应器的数据发送。

按“神经元所含的延伸至其他节点的突触”、活动神经元的突触前膜所含的递质、兴奋时的递质释放算法等数据计算向目标节点发送数据。向目标效应器发送。

4.效应器节点设计

1）效应器的整体概念定义与功能设计。

相应于人类对环境输出的整体功能定义与设计，属于人类现有对外输出的如：说话、情绪、肢体活动等、对体内环境的调节，等等，或发射电磁波的效应器、动力装置、行走装置、发射弹丸的枪械等，也可以发送系统可直接处理的数据。如感受器的单元、单元的。

2）外部输出设计。

外部输出的单元种类：

相应于刺激种类的基础层面的实际接收的外部输入种类的设计，如不同波长的光；不同音频、音色的声等。

3）外部输出界面与装置总体设计；外部输出单元的动作发生技术设计。

效应器的动作单元设计：动作信号和输出动作关系与识别；输出动作发生设计，如相应于特定波长光的输出单元发生、相应于压力\拉力的输出单元发生等等

单元布置与总体结构方式：如肌肉纤维的单元划分和结构、有源相控阵雷达的发射天线等。

4）描述效应器的数据结构和数据设置。

如描述效应器单元种类；效应器器单元、效应器单元布置、输出种类、效应器单元种类等等之间关系；效应器单元接收数据产生输出的算法等的数据。

5）数据和输出单元的转换算法。

处理来自感受器、节点的数据，转化为每个动作单元的动作信号。单元计算信号本身的物理属性、包含的感受器信息、描述感受器的数据、描述感受器和效应器\节点映射关系的数据，按一定的算法生成数据。

6）在动作单元分配动作信号，每个动作单元按信号产生相应动作，产生一个周期的整体外部输出。

二、同质同特征关系分析

思维与认知本体、思维与认知生物-生理模型和模拟思维与认知的计算机系统之间的同质同特征关系分析主要有以下3个方面。

由外部的、整体的特征特别是功能对共同的质的定义与对比：

功能的对比可以是某个特征功能，如定义对象、选择、封装等前文论述的一些整体层面的功能；也可以是特定的认知过程，如前文所述的小狗学撒尿认知过程。最终应是思维与认知的完整的功能与过程。意识本体、思维与认知的功能、特征非常多，而且从不同的角度也有不同的划分和定义，现在没有统一的、具体的标准。计算机系统是具有思维与认知的功能、特征，是否和思维与认知同质也只能是一个定性的判断。

基础层面特征的直接对比：

基础层面特征的直接对比包括系统构成、构成单位的属性、系统的结构、系统的活动方式等，如意识本体的神经元、突触、神经胶质细胞、回路、功能区等和系统的数据结构的相应，意识本体认知环境和系统输入；神经元的种类、阙值、内部生化过程等的值域和系统内的初始数据设置、原始机制和数据库的初始数据设置；时序结构、控制结构和数据结构与处理机制；思维与认知机构活动对神经元、突触、回路活动的影响和系统内对这些对象相关属性的计算算法与赋值，思维与认知机构的处理周期与计算机系统的处理周期，意识本体的表象生成机制和系统的表象生成机制等。

基础层面的推论验证、实验数据、系统数据库数据的统计处理与对比：

按模型的推论，用相同的统计、分析方法处理实验数据和计算机系统的数据库数据应得到相同的结论，如神经元的分组规律、分布规律等。

思维与认知本体、思维与认知生物-生理模型、和模拟思维与认知的计算机系统之间的同质同特征关系分析还应设计检验、验证分析过程逻辑关系体系。

我们用下表简单地做一下同质同特征关系分析。

在当前计算机技术基础上，关于思维与认知生物的意识本体和计算机系统的区别如下。

1）意识本体的每一个神经元都是一个处理单元，生物的意识本体的思维活动是神经元处理单元和海量神经元构成的回路整体、多个回路构成的整体3各层面的共同活动；计算机系统只有对数据库数据依次处理的一个层面的活动。

2）物理结构的不同：生物意识本体的神经元之间存在直接的有思维与认知意义的物理连接，计算机系统的存储单元之间不存在这种连接。

3）生物意识本体思维与认知的处理、存储、表现显现是一体的，计算机系统是分别进行的。

三、阶段划分

在现阶段，对思维与认知的计算机模拟总方向是完全地、完整地实现类人的思维与认知，限于当前的计算机技术水平和认识-实践过程的规律，这是一个由简单到复杂、渐进的、长期的过程。

我们可以将这个过程划分为如下几个阶段。

1.原型验证阶段

我们可以选取类似小狗学撒尿这样的认知过程、认知结构。

去除各认知过程、认知结构的具体特征，如具体的情境环境的具体特征；具体的刺激、神经元分类；具体的时序结构、控制关系等。

抽象出一般特征，如情景环境、情景过程的概念；刺激、神经元的分类概念、对应关系等。建立一个和选取的认知过程、认知结构相应的抽象的、虚拟的、一般的认知过程、认知结构。在这个认知过程和认知结构中，实际的情景环境我们可以用概念化的情景环境A、B、C等表示，刺激用刺激1、2、3等表示。这个虚拟的认知过程、认知结构要比实际的认知过程、认知结构简单的多。

相应这个虚拟的认知过程、认知结构设计一个刺激-注意-知觉-思维-行为的原始机制，含虚拟的刺激种类、神经元种类；功能分区；感受器、效应器；知觉处理机制；刺激-神经元活动-效应器活动的原始机制等。

相应设计的、虚拟的认原始机制和认知环境过程设计计算机信息系统。

2.部分知觉功能及相应的思维与认知功能、行为的模拟

我们用和实际的知觉功能及相应的思维与认知功能、行为的原始机制、情景环境等等替代原型中的数据结构、基础的原始的数据设置、处理机制、感受器、效应器等等，实现知觉功能及相应的思维与认知功能、行为的模拟。如自学习行走的机器人、自学习语言的系统、自学习图像分析的系统、等等。

3.完全类人的思维与认知、行为的模拟与实现

以上3个阶段详细的内容、方法在实际的验证过程中再详细分析。

5.1.3其他几点想法

1.对思维与认知的验证实验

其为计算机系统模拟提供要模拟对象的各种信息、数据，是计算机模拟的依据；计算机系统提供验证实验数据记录与处理、分析必需的工具。

2.其他实验

如类似M. H案例的实验、脑电波的观察与分析、对特定情景环境的兴奋灶的观察与分析等。各种相关的认知心理学、神经生物学等实验成果已经有很多，笔者没有这些方面直接的实践经验，怎样将这些实验、成果和对思维与认知模型的验证结合起来？再设计哪些具体实验项目？这里不再论述。

3.实验体系的设计与具体项目的选择

对思维与认知的实验应是一个由很多具体实验项目构成实验体系，每个具体项目验证思维与认知某个或某方面的特征，由这些具体项目构成的整体对思维与认知的整体做出验证。

要对思维与认知验证的实验做整体的实验体系的设计，设置具体的实验项目、分析各个项目之间的关系。

4.主要的技术手段及困难

对于思维与认知的直接实验验证，技术方法主要有电刺激方法、电记录方法、神经化学方法、化学神经解剖学方法、神经形态学方法、分析神经生物学方法、神经行为学实验方法、脑成像方法等（参见《神经生物学实验原理与技术》科学出版社2011年出版），这里不再详述。

直接实验验证的困难如下。

1）要同时地、连续地、反复地观测、记录海量的对象状态。怎样标记每个具体的观测对象；怎样观测对象；多长时间作为一个观测周期，周期内观测标记的所有对象；怎样在下一个周期重访每个观测对象，等等。

2）对观测对象无破坏、无影响，保持观测对象正常的结构与活动。

3）实验数据的记录。同时观测海量的实验对象，其数据记录与处理必须要借助计算机。要能自动的将观测记录结果，将观测结果转化计算机数据并存储。

4）海量数据的处理。

对计算机模拟其的困难如下。

1）在现有的计算机技术和处理模式下，海量数据的处理效率问题。

2）目前，神经生物学等相关学科的研究还没有对意识本体做和思维与认知相关的详细的、完整的测定，如：神经元的分类、各类神经元的各种状态空间、感受器\效应器的详细种类、详细的原始机制、全部的递质-受体种类等，计算机系统难以设计、设置相应的数据结构、基础数据、处理机制，难以模拟实际的思维与认知。

3）相应于意识本体感受器、效应器的实际结构，目前计算机系统难以模拟这种实际结构。

5.对思维与认知模型的验证

其需要神经科学、数学、计算机、心理学、自控、机器人等多个领域的人员协同完成。

6.方法论上的意义

过去，由于认识-实践方法论上的限制、技术手段的限制，从神经元个体活动来构建对思维与认知整体的认识、从自然人个体\社会组织个体的活动构建对整个社会活动的认识等是难以想象的，甚至被认为在方法论上是错误的。

对思维与认知的认识方法与实验方法提供了一类新的认识-实践对象和方法，即：海量个体构成的整体这类对象；从个体层面层面的活动、整体的内部结构和整体两个层面，从详细的、确定的质和本质来对此类对象进行认识与实践。

有很多非常重要的领域都属于此类对象，如人类社会治理、生态系统控制、人工智能、人的基因层面的改造、新的生命规则与模式等。对此类对象认识-实践的方法、技术、社会实践的发展、成熟将使这些领域有新的模式。

随着对此类对象认识方法的成熟、技术手段的进步、实际案例的丰富，人类在社会治理模式、生态系统控制、人工智能、人的微观层面的改造等领域将会新的方法、手段、模式。

5.2详细测定

对意识本体和思维与认知相关的测定如下。

1）功能区的详细划分，有哪些感受器、知觉功能区、知觉镜像区、效应器。

2）各功能区的功能定义。

3）各功能区的详细位置，各功能区之间联系，建立功能区整体的解剖结构。

4）各功能区所含的神经元种类。

5）各功能区的处理机制，如知觉功能区产生知觉的整体处理机制、知觉镜像区产生表象的整体处理机制等。

6）刺激的种类和相应的感受器神经元种类。

7）知觉功能区神经元种类。

8）知觉功能区神经元种类和感受器神经元种类的对应关系。

9）知觉镜像区神经元种类。

10）知觉镜像区神经元种类和知觉功能区神经元种类的对应关系。

11）效应器的神经元种类。

12）感受器、知觉功能区、知觉镜像区神经元和效应器神经元的对应关系。

13）各类神经元的结构、受体、递质；整体活动的各种详细指标，如阙值、各活动过程状态的时长等；内部活动方式与详细指标，如递质\受体生产速率等。

14）对神经胶质细胞的详细测定。

15）刺激-注意-知觉-思维-行为原始机制的种类。

16）各类原始机制的感受器-知觉功能区-知觉镜像区-效应器的神经元种类映射关系与整体过程、机制。

17）认知对象单元回路的空间结构。

18）认知对象单元回路活动水平与整体驻能水平的关系、整体激活的临界驻能水平。

19）复杂认知对象回路核心区各种指标。

20）一些典型的情景环境示例的确定，和示例情景环境相应的效应器神经元种类、知觉功能区神经元种类、认知对象回路的神经元构成的关系示例。

21）典型的认知过程示例的确定，和认知过程示例相应的认知结构分析与详细关系实分析例。

22）典型的、简单的刺激-注意-知觉-思维-行为过程示例的确定和示例相应的内部具体活动过程的确定。

23）和处理周期相关的各种指标。

24）一个处理周期内认知对象回路、单元回路、神经元活动的数量、容量。

这里只是提出命题，做一个粗略的想象，给出对思维与认知详细测定的一些直观的特征，对详细测定方向、内容做一个框架性的定义，详细、具体的测定项目、指标体系在实际的测定过程中逐步建立、完善。