當互聯(lián)網(wǎng)遇到神經(jīng)學

姚丁楊

在2015年的中國互聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展高峰論壇上，出現(xiàn)了一個極其時髦的詞——互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)學。在我們傳統(tǒng)的觀念中，互聯(lián)網(wǎng)和神經(jīng)學是兩個十分遙遠的學科。然而，最近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)和神經(jīng)學的關(guān)系十分密切。

互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)學是一門研究互聯(lián)網(wǎng)和人類大腦結(jié)構(gòu)如何相互影響、相互塑造、相互結(jié)合、相互促進的雙系統(tǒng)交叉關(guān)系的學科。它的主要研究方向有兩個：一是基于神經(jīng)學的研究成果，將互聯(lián)網(wǎng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)與信息、商業(yè)應(yīng)用等有機地整合起來，從而構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)完整架構(gòu)體系，并預測互聯(lián)網(wǎng)沿著神經(jīng)學路徑可能產(chǎn)生的新功能和新架構(gòu)；二是根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)不斷產(chǎn)生和穩(wěn)定下來的功能結(jié)構(gòu)，提出研究設(shè)想，分析人類大腦產(chǎn)生意識、思想、智能和認知的生物學基礎(chǔ)。可以說，互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)學是一門具有革命性思維的新興學科。

互聯(lián)網(wǎng)與腦神經(jīng)的對比

近30年來，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展極為迅猛，它給我們的生活方式帶來了翻天覆地的變化。如果我們從本質(zhì)上去思考互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)其實不僅僅是實現(xiàn)了機器的聯(lián)網(wǎng)，它更是實現(xiàn)了人與人之間的聯(lián)網(wǎng)，也就是加強了人腦之間的連接。因此，我們不妨把互聯(lián)網(wǎng)看成是我們腦神經(jīng)的一種延伸。因為無論是從物理結(jié)構(gòu)上還是功能層面上，互聯(lián)網(wǎng)和腦神經(jīng)都有極其相似的地方。

首先，從物理結(jié)構(gòu)上看，互聯(lián)網(wǎng)要通過光纖、電話線里的數(shù)據(jù)通道來建立機器與機器之間的聯(lián)系，而這個數(shù)據(jù)線路和真實的神經(jīng)元十分相似。在神經(jīng)學中，神經(jīng)元的胞體是信息處理中心，樹突和軸突負責與外界進行信息溝通。因此可以這樣類比，互聯(lián)網(wǎng)的個人空間對應(yīng)了神經(jīng)元的胞體，數(shù)據(jù)線路則對應(yīng)了神經(jīng)元的樹突和軸突。

其次，從功能層面上看，大腦的各個知識功能區(qū)域在互聯(lián)網(wǎng)中均可找到對應(yīng)功能。比如，共享知識區(qū)，就是我們無償提供的信息，如給人指路的信息，它就和互聯(lián)網(wǎng)中的博客相對應(yīng)；可交易知識區(qū)，就是我們有償提供的信息，如醫(yī)生看病的信息，它和互聯(lián)網(wǎng)中的智力互動問答相對應(yīng)；隱私區(qū)，就是我們個人或幾個朋友之間的隱私信息，它和互聯(lián)網(wǎng)中的電子郵箱相對應(yīng)；最后是運動控制功能區(qū)，也就是我們進行各種行為的能力，它和互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)軟件相對應(yīng)。通過上述對應(yīng)關(guān)系的描述，我們可以知道人腦的知識功能區(qū)通過互聯(lián)網(wǎng)個人空間被映射到互聯(lián)網(wǎng)中。

互聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”

我們都知道，互聯(lián)網(wǎng)從低端到高端可劃分為硬件層、軟件層和信息層。

互聯(lián)網(wǎng)的硬件層最主要的就是互聯(lián)網(wǎng)的核心服務(wù)器以及連接它們的路由器和交換機。最近幾年，互聯(lián)網(wǎng)的核心服務(wù)器和應(yīng)用開始出現(xiàn)了集中化的趨勢，谷歌和 IBM 提出和推廣的云計算就代表了這種趨勢。通俗地講，云計算就是將傳統(tǒng)上分散在個人計算機上的應(yīng)用集中在若干個大型服務(wù)器中，互聯(lián)網(wǎng)用戶通過終端使用大型服務(wù)器提供的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。從云計算的這些特點看，互聯(lián)網(wǎng)形成了一種類似于“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”的雛形。

互聯(lián)網(wǎng)軟件層包含互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件，其中互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用軟件根據(jù)其特點又可以被看作4種虛擬神經(jīng)元，它們分別是：（1） 融合博客、威客、電子郵件的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如新浪、雅虎的用戶系統(tǒng)，它們可以看作人腦映射型虛擬神經(jīng)元。（2）對互聯(lián)網(wǎng)的信息、數(shù)據(jù)和資料進行整理，挖掘和知識發(fā)現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序，如谷歌的搜索引擎，它們可以看作數(shù)據(jù)整理和挖掘虛擬神經(jīng)元。（3）控制互聯(lián)網(wǎng)遠程傳感和運動設(shè)備，并且將它們產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸給互聯(lián)網(wǎng)信息層的應(yīng)用軟件，可以看作感覺和運動虛擬神經(jīng)元。（4）其他類型的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件，如網(wǎng)絡(luò)游戲、防病毒軟件等，它們可以看作特異類虛擬神經(jīng)元?；谝陨系姆诸?，互聯(lián)網(wǎng)便有了一套“神經(jīng)系統(tǒng)”?；ヂ?lián)網(wǎng)的信息層包含文字、二維圖片、文檔、視頻、聲音、三維圖像等，分布在互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器、路由器、交換機、用戶終端和互聯(lián)網(wǎng)的虛擬神經(jīng)系統(tǒng)里。

互聯(lián)網(wǎng)的“膝跳反射”

我們再來看一下互聯(lián)網(wǎng)“神經(jīng)系統(tǒng)”運行的一個典型案例。通過學習生理學知識我們知道，反射弧是實現(xiàn)反射活動的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，由感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞、傳出神經(jīng)、效應(yīng)器5個部分組成。在最簡單的反射弧中，傳入神經(jīng)元和傳出神經(jīng)元直接在中樞內(nèi)接觸，稱為單突觸反射。膝跳反射是一種最為簡單的反射類型，它僅包含兩個神經(jīng)元，即感覺神經(jīng)元（輸入）和運動神經(jīng)元（輸出）。膝跳反射的神經(jīng)中樞是低級神經(jīng)中樞，位于脊髓內(nèi)。但是，在完成膝跳反射的同時，脊髓中通向大腦的神經(jīng)會將這一神經(jīng)沖動傳往大腦，使人感覺到膝蓋被叩擊了。

互聯(lián)網(wǎng)也同樣存在神經(jīng)反射現(xiàn)象。例如，當互聯(lián)網(wǎng)中的傳感器通過測量空氣中的溫度、濕度和風速，經(jīng)過預制程序的運算，發(fā)現(xiàn)達到符合下雨的條件參數(shù)，于是傳感器向“互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)”發(fā)出信號?；ヂ?lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)經(jīng)過簡單運算，向該地區(qū)聯(lián)網(wǎng)的野外機械設(shè)備發(fā)出指令，打開防雨設(shè)備，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的“防雨神經(jīng)反射弧”功能。

人腦也是“搜索引擎”

提起“搜索引擎”，大家立刻會想到谷歌和百度。具體地說，搜索引擎是指根據(jù)一定的策略、運用特定的計算機程序搜集互聯(lián)網(wǎng)上的信息，在對信息進行組織和處理后，并將處理后的信息顯示給用戶，是為用戶提供檢索服務(wù)的系統(tǒng)。它的主要工作原理也很簡單：首先，搜索引擎用一種網(wǎng)頁抓取程序順著網(wǎng)頁中的超鏈接，連續(xù)地抓取網(wǎng)頁；其次，搜索引擎抓到網(wǎng)頁后，會做大量的預處理工作，如提取關(guān)鍵詞，建立索引文件等。當用戶輸入關(guān)鍵詞進行檢索時，搜索引擎從索引數(shù)據(jù)庫中找到匹配該關(guān)鍵詞的網(wǎng)頁。根據(jù)搜索引擎的工作原理，有科學家設(shè)計了一個神經(jīng)心理學層面的實驗：先準備 10 張志愿者照片，讓實驗參與者逐次查看照片后在實驗房間內(nèi)靜默思考，然后分別讓在 10 張照片內(nèi)的一名志愿者和不在 10張照片內(nèi)的一名志愿者進入實驗房間，再讓實驗參與者辨認是否是照片中出現(xiàn)過的人。如果實驗參與者能夠直接辨識志愿者是否為照片中出現(xiàn)的人，則說明該實驗者大腦中存在掃描信息、索引信息、檢索信息的類搜索引擎功能?？茖W家不斷增加實驗者數(shù)目，最終發(fā)現(xiàn)，完成上述功能的實驗者比例超過 95%，從而可以證明人腦中確實存在類似“搜索引擎”的功能。

人腦中的“維基百科”

維基百科是一個自由、免費、內(nèi)容開放的互聯(lián)網(wǎng)百科全書協(xié)作計劃，參與者來自世界各地。從技術(shù)的角度看，維基百科起源于 1983 年誕生的電子公告牌（BBS）功能。傳統(tǒng)上在 BBS 中，只有文章的發(fā)布者或管理員能夠修改文章內(nèi)容。維基百科對這一功能進行了創(chuàng)新，它允許每一個訪問者對詞條的內(nèi)容進行修改，無論這個詞條的內(nèi)容是誰創(chuàng)建和發(fā)布的。維基百科應(yīng)用的工作原理和工作流程如下：用戶 A 創(chuàng)建詞條 abc，并撰寫 abc 的解釋和說明文字，形成版本 1；用戶 B 看到詞條 abc 和它的說明文字，認為解釋不完整或者有錯誤，于是用戶 B 在用戶 A 文字的基礎(chǔ)上進行修改，形成版本 2；不斷有用戶進行修改，abc 的版本號不斷增加，然而在修改的過程中，如果一個用戶發(fā)現(xiàn)最新的版本整體質(zhì)量不如前面的版本，他可以將前面的版本置為最新版本。雖然有國界、信仰、情緒、知識范圍的不同，會產(chǎn)生修改意見的爭執(zhí)。但總體上看，維基百科的工作流程還是會使各詞條的說明質(zhì)量不斷提高。根據(jù)維基百科的工作原理，科學家們在神經(jīng)心理學層面設(shè)計了如下實驗：參與實驗者 A 和志愿者 B 最初共同處于一個實驗房間內(nèi)，要求參與實驗者 A 觀察志愿者 B 衣服的顏色，然后志愿者 B 離開房間，實驗者 A記錄 B 的衣服顏色，B 更換不同顏色服裝進入實驗室。重復上述過程5 次，在5 次實驗結(jié)束后，收回 A 填寫的記錄表，更換同樣內(nèi)容的新表，請 A 回憶 B 從第一次到最后一次穿著顏色并按順序重新記錄。如果參與者 A 能夠完成上述過程并正確記錄 B 不斷更新的顏色，則說明 A 可以根據(jù)一個物體的變化，不斷更新該物體屬性的說明和記錄，并保留原有屬性的記錄，而這恰恰是維基百科的運行原理。通過對大量人員的測試，發(fā)現(xiàn)95%（色盲導致的錯誤除外）的實驗者能夠完成實驗，這說明人腦中的確存在“維基百科”的應(yīng)用。

我們已經(jīng)有越來越多的證據(jù)表明互聯(lián)網(wǎng)和神經(jīng)學具備很強的交叉對比研究的可能性。我們相信，隨著研究的深入，互聯(lián)網(wǎng)和神經(jīng)學的交叉對比將會對兩個領(lǐng)域同時帶來更多的啟發(fā)和成果。

【責任編輯】張小萌