思維和意識問題無疑是最富挑戰(zhàn)性的問題，預(yù)計到21世紀(jì)會有重大進(jìn)展。
迄今人們對單個神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能已有較多了解，并開始認(rèn)識到生物系統(tǒng)的信息處理在很大程度上表現(xiàn)為自組織的作用，甚至推測大腦以自組織的方式產(chǎn)生新的模式。但人們?nèi)匀粺o法回答意識是什么？思維的本質(zhì)是什么？
以復(fù)雜系統(tǒng)論和自組織理論為出發(fā)點，有可能揭示大腦如何通過大量神經(jīng)元的合作與競爭而產(chǎn)生意識和進(jìn)行思維?？稍O(shè)想大腦是復(fù)雜、開放、有意識的自組織系統(tǒng)，智力是大腦的自組織功能，思維是大腦內(nèi)神經(jīng)元的自組織過程，意識也是大腦內(nèi)神經(jīng)元自組織的產(chǎn)物?？砂岩庾R看成大腦的序參數(shù)，它有復(fù)雜的演化過程和時空花樣。意識活動伴隨著大腦內(nèi)部拓?fù)渑c分形結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生與演化。由于從無序到有序的自組織機理，本質(zhì)上是對稱性破缺，因此，也可以說意識的產(chǎn)生機理是大腦內(nèi)的對稱性破缺。
一、復(fù)雜系統(tǒng)的自組織
本世紀(jì)自然科學(xué)理論的三大基石是量子力學(xué)、相對論和自組織理論。新近發(fā)展的耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同學(xué)、突變論、混沌理論、分形理論、動力系統(tǒng)論等，都是自組織理論的成果。按照自組織理論，系統(tǒng)內(nèi)部各子系之間的合作與競爭產(chǎn)生時間結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)。該理論可望在元生命現(xiàn)象與生命現(xiàn)象之間架起橋粱。在這里，時間結(jié)構(gòu)指某種現(xiàn)象或物理量隨時間的有序變化，例如心臟的跳動、腦電的變化；空間結(jié)構(gòu)指物質(zhì)、能量或某種單元的空間分布，例如旋渦的形狀、云朵的花樣；功能結(jié)構(gòu)指功能的產(chǎn)生以及多種功能之間的聯(lián)系，如新陳代謝。如果系統(tǒng)在一定條件下產(chǎn)生時間結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)時，沒有外界的特定干預(yù)，則該系統(tǒng)稱為自組織系統(tǒng)。它產(chǎn)生的時間結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為自組織結(jié)構(gòu)。自組織理論就是研究自組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一般規(guī)律的理論。
激光器是典型的自組織系統(tǒng)。激光器的工作物質(zhì)包含大量的原子或分子。激光器在閾值之下時，這些粒子“各自為政”，產(chǎn)生自發(fā)輻射。自發(fā)輻射是無序的、相位混亂的。或者說自發(fā)輻射是無組織的、無紀(jì)律的光子的烏合之眾。激光器在閾值附近發(fā)生從無序向有序的轉(zhuǎn)化，即相變。高于閾值時，便產(chǎn)生激光。激光是有組織、有紀(jì)律的光子大軍。激光的時空花樣所反映的是原子的“團(tuán)體操”和“大合唱”。
激光器從無序向有序的轉(zhuǎn)化即相變，完全是大量原子既合作又競爭的結(jié)果。從漲落（自發(fā)輻射）開始，經(jīng)過再生放大（受激放大）、正反饋和模式選擇（諧振腔的作用），產(chǎn)生激光。在不同的模式（輻射的方向、頻率）的競爭中，只有一個或少數(shù)模式取得主導(dǎo)地位而成為主模。該模式的激光光場稱為序參數(shù)。它迫使大量原子（子系）按統(tǒng)一步調(diào)集體行動，而在一定程度上失去自發(fā)輻射的“自由”。序參數(shù)由子系產(chǎn)生，反過來又對子系起支配和何服作用，這就是自組織的基本原理。這正如民主討論形成決議：起初各抒己見，即無序和漲落，每種意見或方案即不同的模式。比較和辯論即模式競爭。半數(shù)票是臨界點，超過半數(shù)形成的決議，即相當(dāng)于序參數(shù)。每個人都要服從決議、集體行動，即序參數(shù)對各個子系的伺服原理?？梢园炎越M織原理看成廣義的“民主集中制”。
“天地合氣，萬物自生”。自組織現(xiàn)象是非常普遍的。自組織理論應(yīng)用范圍十分廣闊。它強調(diào)系統(tǒng)的整體性、非線性、動態(tài)性和復(fù)雜性，為研究復(fù)雜現(xiàn)象和創(chuàng)立復(fù)雜性理論開辟了誘人的前景。從本質(zhì)上說，復(fù)雜性也是不可窮盡的。
二、大腦：自組織系統(tǒng)
自組織系統(tǒng)具有幾個條件：遠(yuǎn)離平衡態(tài)，存在漲落，有“自復(fù)制”機制，有非線性作用，有反饋，有模式選擇機制。有跡象表明，大腦是復(fù)雜、開放、有意識的自組織系統(tǒng)。大腦的產(chǎn)生、發(fā)育和大腦的結(jié)構(gòu)與功能，都是自組織的。在自然界和生物進(jìn)化中，時間和空間也起控制參數(shù)的作用。
大腦不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換，處于遠(yuǎn)離平衡態(tài)的狀態(tài)。蛋白質(zhì)有'自復(fù)制'特性，這是大腦活動的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。人們早就發(fā)現(xiàn)聽覺器官有雙穩(wěn)態(tài)特性（一級相變），視覺有二級相變和一級相變特性，并建立了相應(yīng)的非線性數(shù)學(xué)模型。更重要的是人們還發(fā)現(xiàn)從神經(jīng)元到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都有非線性和混沌（chaos）特性，腦電（EEG）也有提沌特性。心血管系統(tǒng)也有非線性和隨沌特性，它可能影響到大腦生理與思維活動。正反饋有助于產(chǎn)生不穩(wěn)定性、動態(tài)特性和多樣性。負(fù)反饋有助于保持某種自穩(wěn)和自調(diào)節(jié)功能。大腦的模式選擇功能更是眾所周知的。人工模擬大腦的模式選擇和模式識別功能一直是人們追求的重要目標(biāo)。
大腦中有沒有漲落和無序？除了自然界、社會和人體生理活動引起大腦的不規(guī)則的反映和漲落外，大腦還有固有的漲落。即使在靜息或睡眠中，腦電也有無規(guī)則的漲落和提沌成分?！拔蛐娜菀?，息心難”。大腦內(nèi)永不止息的、無規(guī)則的時間花樣和空間花樣，含有最初的意識活動的種子。
大腦內(nèi)的漲落、非線性放大、選模、反饋等機制，也是在人與自然、人與社會的相互作用以及思維過程中不斷發(fā)展與完善的。外界的信息，不只是大腦加工的材料，也有控制參數(shù)的作用。
當(dāng)然，大腦比物理和化學(xué)的自組織系統(tǒng)更復(fù)雜、更高級、更完善。這不只表現(xiàn)在大腦內(nèi)神經(jīng)元的數(shù)目大、神經(jīng)元聯(lián)接方式的可塑性，還表現(xiàn)在大腦的空間結(jié)構(gòu)和時間結(jié)構(gòu)均分層次，且層次之間有交叉。至于精神現(xiàn)象與物理定律的關(guān)系，更是尚未解決的難題。
三、意識即大腦的序參數(shù)
大腦內(nèi)不同時間層次和空間層次的漲落和混沌，提供各種可能的時空模式或時空花樣。在一定條件下，這些大量的不同模式，經(jīng)過非線性放大、反饋、模式競爭和模式選擇，優(yōu)勝劣汰，一個或少數(shù)特定的模式占據(jù)優(yōu)勢和主導(dǎo)地位，淘汰其他模式。大腦內(nèi)占主導(dǎo)地位的模式就相當(dāng)于意識。這種從無序向有序的轉(zhuǎn)化即相變，是大量神經(jīng)元競爭與合作的結(jié)果。因此，意識是神經(jīng)元群體自組織的結(jié)果。意識即大腦的序參數(shù)。意識序參數(shù)有復(fù)雜的時空花樣。
意識活動是多樣的，包括感覺、記憶、思維和情緒等，相應(yīng)的意識序參數(shù)也有多個。即使一種意識活動，也可有多個序參數(shù)。對某種意識活動或其各環(huán)節(jié)有主要貢獻(xiàn)的神經(jīng)元群體就構(gòu)成模塊。模塊也應(yīng)是可塑的，有自適應(yīng)功能的。
按照自組織原理，意識雖然是由大量神經(jīng)元競爭與合作而產(chǎn)生的，反過來，作為序參數(shù)，意識又對產(chǎn)生它的那些神經(jīng)元有伺服和支配作用，指揮和決定神經(jīng)元的激發(fā)方式以及神經(jīng)元之間的可塑聯(lián)接方式，即神經(jīng)元集體活動的時空花樣。這不但對理解意識產(chǎn)生過程至關(guān)重要，而且也可能是意識影響神經(jīng)活動、意識影響生理活動乃至意識治病的機理。
彭菲爾德（W.Penfield）認(rèn)為“大腦是計算機，精神是程序員”。問題恰恰在于精神作為程序員是怎樣產(chǎn)生的？眾所周知，計算機是一回事，程序員又是一回事。程序員操作計算機，計算機也制約程序員。但計算機不能懷孕和生產(chǎn)程序員。相反，按照大腦自組織、理論，人腦與電腦有本質(zhì)不同。智力是大腦的自組織功能。大腦可以通過自組織的過程產(chǎn)生精神和意識。該精神和意識對神經(jīng)元群體的伺服和指揮作用，就包括程序員的作用。大腦內(nèi)部孕育和生產(chǎn)“程序員”。反過來，大腦孕育和生產(chǎn)的“程序員”又操縱和控制大腦。該'程序員'每時每刻都在演化著，并有復(fù)雜的時空花樣。當(dāng)然，精神和意識超過一般程序員的作用。未來的智能計算機至少應(yīng)有這種自組織功能。
四、意識的動力學(xué)描述
為描述某些意識活動，可借用非線性動力學(xué)的語言和方法，如吸引子、混沌和分形等。
人們在研究系統(tǒng)隨時間演化的動力學(xué)時，常用相空間的概念。例如在力學(xué)中常用位置q和動量p為坐標(biāo)的相空間?？紤]一個有阻力的單擺，不論初始條件如何，最終會演化到靜止?fàn)顟B(tài)，對應(yīng)于相空間中的一個不動點。一個無阻力的單擺，不論初始條件如何，總要演化為周期運動狀態(tài)，對應(yīng)于相空間中一個封閉的環(huán)（稱為極限環(huán)）。一般地說，在相空間，許多不闊的軌道若匯攏到特定的局部區(qū)域，該相空間區(qū)域就稱為吸引子，它對應(yīng)一定的運動狀態(tài)。吸引子的基本特性是對初始條件不敏感。從吸引子附近的任何初始條件開始，運動軌道都要匯攏到該吸引子。
有些復(fù)雜的運動狀態(tài)，用奇異吸引子描述。在奇異吸引子附近的軌道，也是匯攏到該奇異吸引子。這是作為吸引子的共性。它還有奇怪的個性，即對初始條件特別敏感：即使初始條件非常接近，運動軌道也大不相同，“失之毫厘，差之千里”。另一方面，軌道的整體形狀又有相對穩(wěn)定性。
混沌是普遍存在的復(fù)雜的運動方式，奇異吸引子就代表一類典型的混沌現(xiàn)象。1.昆沌可以被理解為“確定系統(tǒng)的非周期運動”。正常人的腦電便具有混沌特征?；煦绲闹饕卣魇撬S時間的變化是不規(guī)則的，它對初始條件特別敏感。這屬于時間混沌。還有空間混沌，即某種物理量或者物質(zhì)能量的空間分布是非周期性的，而且其分布對初始條件特別敏感。生物系統(tǒng)常涉及時空混沌。
為了研究復(fù)雜的幾何圖形、空間花樣、混沌軌道等，近年來出現(xiàn)了分形理論。分形是具有自相似性的幾何體，其局部與整體的形狀相似，它的維數(shù)是分?jǐn)?shù)。
感覺是感覺器官接受外界刺激而在大腦內(nèi)誘導(dǎo)的自組織結(jié)構(gòu)。刺激信號對應(yīng)于控制參數(shù)，得到的某種感覺則對應(yīng)于吸引子。
記憶是在某段時間內(nèi)有可能主動再現(xiàn)的自組織的破引子，回憶則是對記憶吸引子的再現(xiàn)。長期記憶吸引子比較穩(wěn)定，短期記憶吸引子比較不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)瞬即逝的記憶則對應(yīng)不穩(wěn)定的吸引子。
模式識別或圖像識別，可能是腦內(nèi)自組織的圖像與外部圖像的反復(fù)比較與鑒別，而對圖像的判斷和識別結(jié)果則是吸引子。視覺的整體性與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是生物進(jìn)化與自然選擇的結(jié)果。
學(xué)習(xí)是大腦自組織能力的鍛煉與提高，它不只是在大腦內(nèi)存入新的知識和信息，而且可使大腦的漲落、非線性放大、模式選擇、反饋等結(jié)梅和功能得到改善和提高。
語言是有聲的思維，思維是無聲的語言。語言也是大腦內(nèi)自組織的結(jié)果。不僅如此，人類語言的產(chǎn)生也是自組織的結(jié)果。語言在人的相互關(guān)系和信息交流中起序參數(shù)的作用。
夢可能是大腦內(nèi)神經(jīng)元自組織的最典型而奇妙的現(xiàn)象。別人或我們自己，都不能命令或指定我們做什么夢。我們也不能預(yù)先設(shè)計一個夢。夢是人在一定的背景條件下（經(jīng)歷、生理、刺激等），由腦內(nèi)神經(jīng)元自發(fā)地產(chǎn)生的，即是自組織的。此外，人的情緒、想象和幻覺等也是自組織的。
近年來人們對意識的研究還要區(qū)分意識與無意識。無意識也是特定的自組織，意識與無意識的區(qū)分，可歸結(jié)為大腦結(jié)構(gòu)與功能的多層次性。無意識活動可分為兩類。第一類無意識與有意識處于同一層次，但有意識是主模，無意識是在模式競爭中沒有被完全抑制和淘汰的模式。第二類無意識是處于較低層次的自組織活動。當(dāng)然，層次的高低是相對的，意識與無意識的區(qū)分也是相對的。
大腦的意識活動顯然有個體差異。諸如進(jìn)化、遺傳、刺激、學(xué)習(xí)、生理狀態(tài)、心態(tài)、基因、疾病、環(huán)境、社會、氣候與天體活動等因素的影響，導(dǎo)致人們情緒、風(fēng)格、愛好、思維定式的多樣性和特殊性。但在類似條件下產(chǎn)生類似的自組織結(jié)構(gòu)，卻又是意識活動的統(tǒng)一性和必然性。
五、思維動力學(xué)
思維過程也是自組織的。邏輯思維是大腦內(nèi)神經(jīng)元自組織活動的吸引子序列。形象思維是大腦內(nèi)神經(jīng)元自組織活動的奇異吸引子序列。
思維過程在大腦中是怎樣起動的呢？首先，在內(nèi)外因素的作用和影響下，大胸中會出現(xiàn)多種多樣的欲念和想法，包括一閃念。這就是漲落和無序。不同的欲念和想法競爭的結(jié)果，某種欲念經(jīng)過非線性放大、反饋、模式選擇而成為起主導(dǎo)作用的主模（即序參數(shù)）。這種欲念主?？赡苁翘岢龈母锝ㄗh、開發(fā)某種產(chǎn)品、準(zhǔn)備一篇論文、創(chuàng)作一幅油畫等。然后，思維過程便進(jìn)一步發(fā)展和演化。
思維過程中的靈感是在特定條件之下，大腦內(nèi)某種有價值、有前途的漲落的突然出現(xiàn)與雪崩式放大。這種有價值、有前途的漲落即有可能發(fā)展為主模和序參數(shù)。靈感可在興奮時出現(xiàn)，更多的是在緊張之后的松弛與人靜狀態(tài)下出現(xiàn)，有時也可能在夢中出現(xiàn)。它似火花，似流螢，稍縱即逝。這正如蘇軾所說，當(dāng)靈感到來之時，“作詩火急追亡通，情景一失永難摹”。頓悟與靈感有些不同。頓悟是在思維過程中，接近從無序向有序轉(zhuǎn)化的臨界狀態(tài)時，由某種因素觸發(fā)的從無序向有序轉(zhuǎn)化的相變。它可能由靈感觸發(fā)，也可能由類比、聯(lián)想、啟發(fā)、奇遇、討論、靜思等觸發(fā)。當(dāng)然，靈感和頓悟的出現(xiàn)都是有條件的。重要條件之一就是巴斯德所說的“有準(zhǔn)備的頭腦”。
邏輯思維是怎樣進(jìn)行的呢？當(dāng)一個中學(xué)生求證幾何題時，起初不知如何下子，但頭腦中有這樣或那樣的許多想法，這就是漲落和無序。不同的想法進(jìn)行競爭，某個想法漸漸占上風(fēng)，被非線性放大，再與已知條件、求證的要求和學(xué)過的定理等反復(fù)比較、思考，這即是反饋。最后某種想法發(fā)展成為主模，淘汰了其他想法。解題中的每個中間結(jié)果或表達(dá)式，都相當(dāng)于吸引子。最后的正確結(jié)果是個大的吸引子。不間人的解題方法、步驟、思路可以不同，但最后殊途同歸，匯集到正確答案。因此，邏輯思維是吸引子序列，但這吸引子序列又是不規(guī)則的，沿著錯綜復(fù)雜的曲線發(fā)展的，它有復(fù)雜的時空花樣。這種吸引子序列又構(gòu)成一個大的吸引子。
形象思維具有奇異吸引子的特性。如前所述，奇異吸引子描述更復(fù)雜的運動。它對初始條件非常敏感，即使從靠近的二個初始點出發(fā)，軌道也指數(shù)分離，但軌道的整體形狀卻相對穩(wěn)定。畫家畫虎，給人的整體印象是虎，但風(fēng)格迥異，各有千秋；音樂家創(chuàng)作梧同主題的樂曲，整體上有相似之處，但曲調(diào)各異、旋律不同；兩個詩人觀潮，一個看到“潮中有妾相思淚”，另一個看到“鐵馬從容殺敵田‘；作家創(chuàng)作同一題材的小說，更是千差萬別。這正是相當(dāng)于非線性動力學(xué)的奇異吸引子。當(dāng)然，形象思維的奇異吸引子序列有更復(fù)雜的演化曲線和時空花樣。有人指出意識流也是混沌的。
邏輯思維的吸引子特征集中表現(xiàn)為“沒有愛因斯坦也會有相對論氣”。形象思維的奇異吸引子特征集中表現(xiàn)為“沒有莎士比亞就沒有哈姆雷特”。
六、社會意識：大腦意識的映象
大腦意識與社會意識的研究有密切聯(lián)系。有高級意識活動與思維活動的大腦，不只是自然界發(fā)展的產(chǎn)物，也是社會發(fā)展的產(chǎn)物。社會存在與社會意識以及它們的變化，都影響到大脯及其功能。反過來，大腦的意識和思維也引起自然界的變化和社會變化。個人的意識活動，有時“可意會而不可言傳”，而社會意識雖然也很奇妙，卻可以“奇文共欣賞”。如果把社會意識的產(chǎn)生與變化過程，作為大腦意識活動的類比，有助于窺探大腦意識與思維活動的奧秘。為明確起見，這里只討論大腦對外界事物和信息的反映過程（“反映動力學(xué)”），不涉及社會意識的其他屬性。
可以把社會上的人與大腦中的神經(jīng)元做類比。人有分工，神經(jīng)元也有分工。一個人與成千上萬人有物質(zhì)、能量和信息的聯(lián)系，一個神經(jīng)元與數(shù)千個神經(jīng)元有聯(lián)結(jié)。人與人之間的信息聯(lián)結(jié)的數(shù)目和方法是變化的、可塑的，神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)的數(shù)目和功能也是變化的、可塑的。人的交往與活動有模塊性，神經(jīng)活動也是模塊性的。社會意識的結(jié)構(gòu)與表達(dá)是分層次的，層次之間是交叉的；大腦的結(jié)構(gòu)與功能也是分層次的，時間層次、空間層次都是交叉的。最后，社會意識是自組織的、演化的，且有復(fù)雜的時空花樣；大腦意識也是這樣的。在社會意識的形成和發(fā)展中，有少數(shù)領(lǐng)袖人物和領(lǐng)袖集體起杰出作用，在大腦中有起杰出作用或發(fā)號施令的神經(jīng)元嗎？至少已在猴子的運動皮層發(fā)現(xiàn)了一類發(fā)指令的神經(jīng)元。神經(jīng)元的分工和分化是自組織的，社會意識也類似。這樣，我們可以說，社會意識是大腦意識的映象或模型。從個人腦意識到團(tuán)體意識、民族意識、社會意識，有分形特征或自相似性。這就是“社會腦”與“腦社會”的關(guān)系。
為理解社會意識產(chǎn)生的特點和本質(zhì)，先看人的服裝與發(fā)型。起初，你用這個款式或發(fā)型，他用那種款式或發(fā)型。通過比較、競爭、反饋、選模，雪崩式地擴(kuò)大影響等，出現(xiàn)時髦的、流行的服裝款式或發(fā)式。民族語言、風(fēng)俗習(xí)慣、道德規(guī)范、文化傳統(tǒng)等，莫不如此。它們都是通過自組織過程產(chǎn)生的，一且成為主?；蛐騾?shù)，則起相應(yīng)的主導(dǎo)作用、何服作用。當(dāng)然，這類序參數(shù)有更復(fù)雜的演化過程與時空結(jié)構(gòu)（時代差別、地域分布等），并顯示吸引子序列與奇異吸引子序列的特征。
自然科學(xué)的思想、學(xué)說，也是自組織的結(jié)果。起初，眾說紛紜，即漲落。不同的意見和觀點通過比較、競爭、反饋（實驗信息的反饋，科學(xué)分析與計算機的反饋），某種觀點及其預(yù)言被更多的實驗和決定性的實驗證實，這種觀點就成為主模和序參數(shù)?？茖W(xué)的觀點、結(jié)論、定則、基本方程、定律、原理、學(xué)說、學(xué)派，都是自組織的結(jié)果，都是相應(yīng)層次上的序參數(shù)，都有復(fù)雜的演化過程（包括以后的演化）。學(xué)術(shù)觀點是吸引子，定律是更大的吸引子，基本原理是最高級、最巨大的吸引子。各學(xué)科的研究結(jié)果都要匯集到基本原理吸引子。
社會科學(xué)也有類似的自組織過程。面對社會現(xiàn)象，仁者見仁，智者見智。這就是漲落與無序，百家爭鳴，就是模式競爭。競爭的結(jié)果，一種或數(shù)種學(xué)說成為序參數(shù)。從公共守則、管理條例、政策、路線，到社會科學(xué)的原理、社會規(guī)律，都是不同層次的序參數(shù)。這些序參數(shù)都有其演化過程，都有吸引子序列與奇異吸引子序列的特征，都有復(fù)雜的時空花樣。古人所說的“道”，相當(dāng)于萬事萬物的序參數(shù)。
當(dāng)然，自然科學(xué)與社會科學(xué)中的上述吸引子都不是絕對穩(wěn)定的、一成不變的，麗是在實踐中不斷演化與發(fā)展的。
七、展望
從本質(zhì)上說，意識和思維是在大腦中實現(xiàn)的時間和空間的直接統(tǒng)一。它們在原則上都可用實驗方法和數(shù)學(xué)方法研究。這必將揭示出在物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)中沒有類比的新現(xiàn)象，甚至可能發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一描述物質(zhì)現(xiàn)象與精神現(xiàn)象的新的定律、新的原理，進(jìn)而實現(xiàn)自然、社會和思維科學(xué)的大統(tǒng)一。
其中具體的研究內(nèi)容有：混沌心理學(xué)，意識和思維的吸引子及奇異吸引子的檢測、表征與計算機模擬；參與意識與思維自組織的蛋白質(zhì)及其“自復(fù)制”機制；大腦的相干態(tài)、混沌態(tài)、壓縮態(tài)（sqeezed state，在此狀態(tài)神經(jīng)系統(tǒng)與大腦有可能把噪音壓縮到量子起伏之下，同時又不違背量子力學(xué)的測不準(zhǔn)關(guān)系）；意識活動與思維過程的腦成像研究（FMRI，PET、SQUIDS等）。大腦和人體的動力學(xué)疾病的診斷與治療，包括：混沌醫(yī)學(xué)、身心醫(yī)學(xué)和意識治病；探索有自組織功能與初步的意識與思維活動的人工智能機器與計算機。
在微觀層次，量子神經(jīng)動力學(xué)認(rèn)為，意識是有序的量子過程。意識的物質(zhì)基礎(chǔ)是相干波的干涉與全息。這些相干波可能包括納米結(jié)構(gòu)一一細(xì)胞骨架的微管發(fā)射的生物光子、與蛋白質(zhì)構(gòu)形有關(guān)的相干分子振動以及相干聲子。納米微管也是自組織系統(tǒng)。可以把與意識活動有關(guān)的相干波統(tǒng)稱意識波。用意識波的全息以及動態(tài)全息（四波混頻與多波混頻）還可解釋自適應(yīng)特性、建立條件反射學(xué)說的新模型。此外，意識波之間的非線性作用（包括動態(tài)全息或四波混頻）還能產(chǎn)生混沌與奇異吸引子，可能在更深的層次上揭示意識與思維的混沌動力學(xué)問題。
關(guān)于意識的層次，熟知的有感知、意識、潛意識。有趣的是，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)國際會議上，還有人探討意識的物質(zhì)基礎(chǔ)的層次：相干的細(xì)胞質(zhì)全息干涉、相干的蛋白質(zhì)構(gòu)形“態(tài)”之間的作用、神經(jīng)元的觸突、神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)……一直到中樞和大腦半球。還有人從對稱性破缺的觀點，把大腦看成“1公升大小的宇宙”。
21世紀(jì)初，隨著向意識科學(xué)和思維科學(xué)的進(jìn)軍，有可能出現(xiàn)更新穎的研究方向和課題：思維物質(zhì)的試管合成；大腦的修復(fù)與抗腦衰老機理；思維工程，包括思維破譯、思維傳感、思維遙控、思維通信、思維錄制、腦控電腦；意識流的檢測、意識流的記錄與意識流的自動翻譯；人造意識機器；物質(zhì)與精神相互作用與轉(zhuǎn)化的具體途徑和規(guī)律。
毫無疑問，如果說思維著的精神是地球上“最美麗的花朵”，那么21世紀(jì)的思維理論和思維工程將使人腦之花姑紫婿紅、獨冠群芳。
李福利，河北省保定市清苑縣人，1939年8月26日生。1963年畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系并留校工作，1989年任中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系教授，1992年任博士生導(dǎo)師。1980-1982年在英國帝國理工學(xué)院物理系進(jìn)修，1984-1985年在羅馬大學(xué)工作，1996年在英國利茲大學(xué)工作，199年7月調(diào)入首都師范大學(xué)物理系，任中國光學(xué)學(xué)會基礎(chǔ)光學(xué)委員會主歸的《量子電子學(xué)報》副主編，《中國激光》編委，《中國物理快報》編委（1-3屆），國家科委攀登計劃“經(jīng)絡(luò)的研究”專家委員會成員。長期從事激光物理與復(fù)雜系統(tǒng)的研究。對光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)、光學(xué)弧子、光學(xué)混沌以及激光與大腦的自組織逝行了較深入的研究，在國際上最先提出了混沌控制論、經(jīng)絡(luò)自組織理論和大腦壓縮態(tài)假說。
