善行無跡

“天地渾沌如雞子，盤古生其中。萬八千歲，天地開辟，陽清為天，陰濁為地?！?/p>

盤古開天地是我國上古神話中著名的一篇，講述了天地誕生之初，一片混沌，盤古打破了這種混亂一體，創(chuàng)造出天地、河流、山川以及世間萬物。雖然這只是我們祖先的一種看似蒙昧原始的傳說故事，但也反映出了人類從無序到有序，從混沌到規(guī)律的樸素世界觀。其實大到宇宙萬物，小到我們每一個人，都離不開在有序和無序之間相互博弈和協(xié)調。比如生命本身作為一種自然界獨特的有序存在，亦是從無序中誕生的。

什么是非線性

我們人體就是由有序和無序交織而成的復雜的非線性系統(tǒng)（Nonlinear system）。那么到底什么是非線性呢？在討論之前，我們先了解一下線性系統(tǒng)。簡單地說就是一個系統(tǒng)的輸入變量和輸出變量之間呈線性關系。這樣說可能還不夠直觀，我們舉個“栗子”。設想你駕駛著一輛頂級跑車在高速公路上飛速行駛，當一腳油門踩下去，車速隨著時間不斷加快。在這個過程中，汽車就可以看成一個隨時間變化而速度不斷增加的線性系統(tǒng)。一個線性系統(tǒng)中輸入和輸出的關系可以用簡單的y=ax來表示，其中y是輸出變量，x是輸入變量，a是常數。

理想化的線性系統(tǒng)可以用來簡單有效地解決很多問題，但遺憾的是真實世界中問題往往復雜得多。我們繼續(xù)講述剛才的“栗子”吧，是不是只要踩著油門，車速就會隨著時間無限增加呢？答案顯然是否定的。且不說發(fā)動機和駕駛者都存在極限，當時速超過120公里時，你將成功地引起警察的注意?？梢娷囁俨⒉皇请S著時間持續(xù)線性增長，而是在某一“邊界”之內波動。線性關系只能存在于理想模型之中。實際上，考慮到眾多的約束條件，非線性系統(tǒng)更符合真實情況。

心臟和自組織

拿我們人體自身來說，心臟作為最重要的器官之一，就像發(fā)動機一樣提供機體各項活動的動力。心肌細胞在竇房結的驅動下，有規(guī)律地進行收縮舒張活動，這種規(guī)律性使得身體內部的機能保持穩(wěn)定和有效。在發(fā)育過程中，看似無序的心肌細胞在某種“神秘力量”的驅使下，逐漸成長為具有高度規(guī)律性的心臟。在這種沒有外部控制的情況下，系統(tǒng)內部自動產生規(guī)律結構和增加復雜性的行為被稱為●自組織（Self-organizing）。

通過心電圖（Electrocardiogram）我們可以看到常人的心臟自發(fā)地進行有規(guī)律的活動，而一旦這種規(guī)律性被打破，就表現(xiàn)出各種心臟疾病的癥狀。在放松靜息的狀態(tài)下，心臟跳動緩慢，而劇烈運動時心率可以猛增到平常的兩倍甚至三倍。這說明心臟本身并不“刻板”，而是在規(guī)律跳動中存在潛在的復雜特性。而心率的變化也不是簡單的線性變化，依賴于不同人的心臟機能、運動方式等因素?？梢娦呐K通過自組織的方式產生了復雜的結構，盡管功能相對簡單，但仍然表現(xiàn)出非線性系統(tǒng)的復雜性。

大腦中的混沌

大腦是一個超級復雜的非線性系統(tǒng)。我們知道大腦是由數以億計的神經元（Neuron）組成，每一個神經元都是一個微小的功能單位。大量的電生理研究發(fā)現(xiàn)，甚至小到每一個神經元，都是一個復雜的非線性系統(tǒng)。在沒有外界刺激的情況下，神經細胞也不是完全“靜默”，而是產生一些看似無序的自發(fā)放電位。當外界電壓刺激不斷升高時，細胞產生的電位也會隨之升高，但這種變化并不是線性增加的，而是在超過某一個閾值的時候產生一個動作電位（Spike），這種動作電位可以不衰減地沿著細胞的軸突傳導，通過和周圍的神經細胞協(xié)調運作，進而形成各種復雜功能。

大腦中數以億計的神經元的這種充放電活動就為我們實現(xiàn)各種復雜的思考和功能提供了生理基礎。當需要處理視覺信息時，枕葉皮層（Occipital lobe）的神經元就協(xié)同工作 ；而需要處理聽覺信息時，顳葉皮層（Temporal lobe）的神經元就協(xié)同工作。大腦功能的這種模塊化分區(qū)使得我們可以高效準確地處理各種不同的信號，然后再將這些信號整合起來。有人可能會說，這說明神經元的活動越規(guī)律，大腦功能就越好嘛。那么是不是我們的大腦越規(guī)律有序就越好呢？答案是No。正常人的大腦是不會同時激活所有腦區(qū)的，我們的大腦時刻處于一種既有序又無序的狀態(tài)。雖然有序保證了眾多神經元能夠協(xié)同工作實現(xiàn)特定功能，而恰恰是這種無序使得大腦充滿了“彈性”，才能夠適應不同的外界環(huán)境。

熵和復雜性

看來一個好的系統(tǒng)需要在有序和無序之間保持一個平衡狀態(tài)，既不能過于有序失去了彈性，也不能雜亂無章一片混沌。為了衡量一個系統(tǒng)的復雜性或者混亂程度，科學家們發(fā)明了●熵（Entropy）這個概念。一個完全規(guī)律毫無噪聲的系統(tǒng)熵為0，而一個越雜亂無序的系統(tǒng)熵就越大。正如我們前面講到的，心臟和大腦都是復雜的非線性系統(tǒng)，既不是絕對的無序，也不是完全的有序，而是處于某個微妙的平衡狀態(tài)，這種平衡的打破或者移動都會影響我們的正常功能。

研究發(fā)現(xiàn)，相對于正常人，一些有心臟疾病的人的心率表現(xiàn)出過高或者過低的熵值。相比于年輕人，老年人的心率的熵值明顯地下降，反映出心臟功能的衰退。同樣，針對大腦功能的研究也發(fā)現(xiàn)，很多疾病中正常大腦的復雜性受到了破壞，在某些腦區(qū)表現(xiàn)出反常的增加或者降低。比如在阿茲海默癥患者（Alzheimers Disease）的腦中，我們發(fā)現(xiàn)負責高級認知功能的大腦前額葉（Prefrontal cortex）表現(xiàn)出熵值的明顯降低。這一方面反映出前額葉和大腦其他區(qū)域的連接被破壞，對其他腦區(qū)的調控能力減弱，另一方面也反映了大腦前額葉變得沒那么有彈性，大腦的學習和記憶等相關功能受到了破壞。

向左走向右走？

到底是更有序還是更無序好呢？這還真是左右為難吶。這種看似矛盾的現(xiàn)象恰恰反映出一個高效系統(tǒng)的特點：混沌和規(guī)律的有機結合。如果一個系統(tǒng)過于規(guī)律，就會變得刻板，缺乏變通，面對變化的外界環(huán)境不能很好地適應。相反如果一個系統(tǒng)過于無序混亂，那么系統(tǒng)內部缺少必要的協(xié)調和同步，不需要外界刺激，可能自身就已經分崩離析了。正如我們的老祖宗所說，凡事要執(zhí)兩用中，過猶不及。endprint