為何人腦并非電腦

神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域幾十年來(lái)將“人腦如計(jì)算機(jī)”視為重要的隱喻。但這一想法是否讓我們?cè)谀X研究領(lǐng)域中迷失了呢？

這一時(shí)代見(jiàn)證著人們嘗試攻克有史以來(lái)科學(xué)界最重要的難題之一：如何理解宇宙中最復(fù)雜的存在——腦。科學(xué)家們不斷積累著大量腦結(jié)構(gòu)和功能的數(shù)據(jù)，涉及各種生物從大到小的腦。成千上萬(wàn)的研究人員投入大量的時(shí)間和精力，嘗試破解腦是如何運(yùn)作的，同時(shí)發(fā)展出了驚人的技術(shù)以描述和操縱腦的活動(dòng)。

如今研究者可以讓小鼠記住一種它從未聞到過(guò)的氣味，或是提高小鼠的記憶力，甚至利用電涌改變?nèi)烁兄婵椎哪芰ΑＨ祟?lèi)和其他物種的腦圖正不斷詳細(xì)而復(fù)雜起來(lái)；研究者可以隨意改變一些動(dòng)物的腦結(jié)構(gòu)來(lái)操縱它們；人類(lèi)掌控腦的能力也不斷提升，其中最神奇的莫過(guò)于使癱瘓者可以利用意念控制機(jī)械臂。

腦科學(xué)領(lǐng)域每天都有振奮人心的新發(fā)現(xiàn)，我們?cè)谔角竽X運(yùn)作機(jī)制的道路上充滿(mǎn)希望，但也夾雜著危機(jī)感，令人咋舌的新技術(shù)是否會(huì)實(shí)現(xiàn)讀心術(shù)，或用于偵破案件，甚至能將我們的意識(shí)上傳到電腦中？不斷有各異的書(shū)籍試圖從不同角度解釋大腦運(yùn)作的原理。

但一些神經(jīng)科學(xué)家愈發(fā)認(rèn)為前方的道路不會(huì)一帆風(fēng)順，我們將何去何從并不明晰，而現(xiàn)在我們僅僅是在不停地收集更多數(shù)據(jù)，或是指望著新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)振奮士氣。德國(guó)神經(jīng)科學(xué)家?jiàn)W拉夫·斯鮑恩斯（Olaf Sporns）指出：“神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域依舊缺乏組織性的原理或理論框架來(lái)把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成基礎(chǔ)知識(shí)和科學(xué)認(rèn)知?！蔽覀儾粩嗟囟逊e著大量事實(shí)，對(duì)腦的理解卻陷入僵局。

法國(guó)神經(jīng)科學(xué)家伊弗斯·弗雷格納克（Yves Frégnac）在2017年表示，現(xiàn)如今流行昂貴的大型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，產(chǎn)生了大量的實(shí)驗(yàn)信息，但卻是這種信息海嘯導(dǎo)致了腦研究的瓶頸。他的話(huà)擲地有聲：大數(shù)據(jù)并非知識(shí)。

“二三十年前，神經(jīng)解剖學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)的知識(shí)是相對(duì)不足的，但那時(shí)候人們認(rèn)為理解意識(shí)相關(guān)的過(guò)程似乎唾手可得，”弗雷格納克寫(xiě)道，“現(xiàn)如今，我們淹沒(méi)在信息海洋中。我們陷入了一種矛盾，各種意義上有關(guān)腦的大局理解都將很快陷入被瓦解的困境。每當(dāng)一個(gè)技術(shù)性的難題被解決時(shí)，我們就打開(kāi)了一個(gè)潘多拉魔盒，人們會(huì)看到新的隱藏變量、機(jī)制以及非線(xiàn)性，把問(wèn)題進(jìn)一步復(fù)雜化。”

神經(jīng)科學(xué)家安妮·丘奇蘭德（Anne Churchland）和拉里·阿伯特（Larry Abbott）也強(qiáng)調(diào)了將全世界實(shí)驗(yàn)室得到的大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成理論是困難的：“從大量數(shù)據(jù)中獲得深刻的理解，除了需要嫻熟而創(chuàng)造性地應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)外，更要推動(dòng)數(shù)據(jù)分析方法的長(zhǎng)足發(fā)展，以及理論概念和模型的廣泛應(yīng)用。”

現(xiàn)在確實(shí)有一些理論方法來(lái)解釋腦的功能，其中包括人腦最為神秘的功能——意識(shí)的產(chǎn)生。但這些框架都沒(méi)有通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究的決定性測(cè)試，因此并沒(méi)有被廣泛接受?？赡芤蟾嗟睦碚摼陀行┎磺袑?shí)際了，我們認(rèn)為腦功能并不可能只有單一的理論，即使對(duì)于蠕蟲(chóng)也是如此，畢竟大腦并非單一的事物。（科學(xué)家們甚至發(fā)現(xiàn)難以對(duì)腦做出一個(gè)精準(zhǔn)的定義。）

對(duì)DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)者之一弗朗西斯·克里克（Francis Crick）來(lái)說(shuō)，腦是一種整合的、進(jìn)化而來(lái)的結(jié)構(gòu)，在進(jìn)化歷史中不同時(shí)期出現(xiàn)了不同的結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足不同的需要?，F(xiàn)如今的理解可以說(shuō)是相當(dāng)片面的，譬如神經(jīng)科學(xué)感覺(jué)領(lǐng)域的研究往往關(guān)注視覺(jué)而非嗅覺(jué)，嗅覺(jué)方面的研究在概念和技術(shù)上更具有挑戰(zhàn)性。但嗅覺(jué)和視覺(jué)的產(chǎn)生原理在計(jì)算上和結(jié)構(gòu)上不盡相同。僅僅關(guān)注視覺(jué)，我們對(duì)腦的功能及運(yùn)作機(jī)制的理解就會(huì)相當(dāng)有限。

腦的本質(zhì)——既是整體的又是復(fù)合的——意味著我們的理解不可避免地會(huì)陷入碎片化的境地，我們會(huì)通過(guò)將不同部分的不同解釋組合起來(lái)以嘗試?yán)斫饽X。丘奇蘭德和阿伯特形象地說(shuō)明了這一點(diǎn)：“我們得到的全局性理解，可能會(huì)把一堆高度分散的部分縫合在一起，像是個(gè)拼布床單?！?/p>

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，我們研究得到的這些高度分散的碎片往往以“腦的運(yùn)作機(jī)制同計(jì)算機(jī)相似”這一想法為框架。但這一隱喻在以后的研究中并不一定有效。數(shù)字時(shí)代初期的1951年，神經(jīng)科學(xué)界的先驅(qū)卡爾·拉施里（Karl Lashley）曾反對(duì)過(guò)任何一種以機(jī)器為基礎(chǔ)的隱喻結(jié)構(gòu)。

“笛卡爾訝異于皇家園林中的機(jī)械噴泉人偶，由此發(fā)展出了腦運(yùn)作的水力理論，”拉施里寫(xiě)道，“那之后有了電話(huà)理論、電場(chǎng)理論和如今這些基于電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)舵的理論。我認(rèn)為如果想要弄清楚腦的工作原理，還是要研究腦本身和行為現(xiàn)象，而不是那些牽強(qiáng)的物理學(xué)類(lèi)比?！?/p>

法國(guó)神經(jīng)科學(xué)家羅曼·布雷特（Romain Brette）則在對(duì)這一隱喻的批判上走得更遠(yuǎn)：他對(duì)腦功能最為基礎(chǔ)的隱喻——編碼提出了質(zhì)疑。關(guān)于神經(jīng)元編碼的觀點(diǎn)問(wèn)世于20世紀(jì)20年代，如今已成為神經(jīng)科學(xué)界主流的觀念——在過(guò)去十年間有超過(guò)11 000篇這一主題的文章發(fā)表。布雷特最基本的批評(píng)是，在思考“編碼”時(shí)，研究者會(huì)不經(jīng)意間從技術(shù)性視角落入表征視角，前者認(rèn)為神經(jīng)元的活動(dòng)和刺激間存在聯(lián)系，而后者則直接認(rèn)為神經(jīng)元編碼代表了刺激。

腦的MRI掃描

這里的言下之意是在大多有關(guān)神經(jīng)編碼的描述中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)會(huì)被呈現(xiàn)給一個(gè)理想的觀察者，或一個(gè)腦中的“讀者”，這一對(duì)象常被描述為“下游結(jié)構(gòu)”，它能夠以最優(yōu)的方式解碼信號(hào)。但實(shí)際上我們并不清楚這些結(jié)構(gòu)是如何處理信號(hào)的。即使是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的簡(jiǎn)單模型中，這一點(diǎn)也幾乎從未被明確。

神經(jīng)元編碼的步驟往往被看作是一系列的線(xiàn)性步驟——像是一連串的多米諾骨牌接連倒下。但現(xiàn)實(shí)中的腦卻是由高度復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成，它們交互聯(lián)通，并與外界關(guān)聯(lián)影響著行為。僅僅關(guān)注于一系列的感覺(jué)性和處理性的神經(jīng)元，而不將這些網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)物的行為相關(guān)聯(lián)是沒(méi)有意義的。

神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的眾多隱喻——計(jì)算機(jī)、編碼和電路圖等等，不可避免地表現(xiàn)出片面性。這是隱喻的特征，科學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家們?yōu)榇嘶ㄙM(fèi)了大量的精力進(jìn)行研究，隱喻似乎成了科學(xué)家們思考的核心。但不可否認(rèn)，隱喻內(nèi)涵豐富，值得一探究竟并會(huì)有所收獲。如果人們通過(guò)隱喻得到的收獲會(huì)超越它施加給我們的限制，那么隱喻是可取的，對(duì)于如今有關(guān)腦的計(jì)算性和表征性的隱喻，我們?nèi)栽跔?zhēng)論這一隱喻是否達(dá)到了這種高度。從歷史上來(lái)看，這種爭(zhēng)論的出現(xiàn)可能預(yù)示著我們?cè)谟?jì)算性隱喻上走到了盡頭。但我們無(wú)法預(yù)測(cè)取代它的下一個(gè)隱喻會(huì)是什么。

科學(xué)家們?cè)谡J(rèn)識(shí)到自己的很多觀念被隱喻深深影響后，往往會(huì)興奮地認(rèn)為新的隱喻會(huì)讓自己對(duì)研究有新的認(rèn)識(shí)，甚至能構(gòu)想出新的實(shí)驗(yàn)方法。但新隱喻絕非唾手可得——過(guò)去大多數(shù)與腦相關(guān)的隱喻總是和新技術(shù)的出現(xiàn)相關(guān)。這提示新的有關(guān)腦及其運(yùn)作機(jī)制的深刻隱喻很可能會(huì)取決于新出現(xiàn)的技術(shù)，在級(jí)別上等同于水力、電話(huà)交換機(jī)或計(jì)算機(jī)的技術(shù)?，F(xiàn)在我們看不到這等新技術(shù)出現(xiàn)的任何蛛絲馬跡，當(dāng)然人們用新潮的行話(huà)講述著區(qū)塊鏈、量子霸權(quán)（或任何與量子相關(guān)的概念）、納米技術(shù)等等，但很難想象這些領(lǐng)域會(huì)革新技術(shù)或我們對(duì)腦的看法。

另一跡象表明這些隱喻正在逐漸失去解釋性的力量，那就是有一種假設(shè)正逐漸為人所接受：神經(jīng)系統(tǒng)的功能，從最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)到人類(lèi)意識(shí)的出現(xiàn)，只能被解釋為一種涌現(xiàn)性——意為無(wú)法通過(guò)對(duì)部分的分析預(yù)測(cè)到，而是一種涌現(xiàn)出來(lái)的系統(tǒng)性功能。

英國(guó)心理學(xué)家理查德·格雷戈里（Richard Gregory）在1981年對(duì)此提出異議，認(rèn)為以涌現(xiàn)理論來(lái)解釋腦功能提示了一個(gè)理論框架上的問(wèn)題：“涌現(xiàn)的出現(xiàn)告訴我們需要一種更宏觀的（或者至少是不同的）概念圖式……需要更好的理論來(lái)消除涌現(xiàn)。因此用涌現(xiàn)理論的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解釋只是一種捏造?！?/p>

這種看法忽視了涌現(xiàn)理論的多樣性，涌現(xiàn)有強(qiáng)弱之分。弱涌現(xiàn)可以用于說(shuō)明一群小魚(yú)是如何對(duì)鯊魚(yú)做出反應(yīng)的，這一行為說(shuō)明了控制組成部分行為的規(guī)則。這種情況下，看似神秘的群體行為其實(shí)基于個(gè)體的行為，而每一個(gè)體都對(duì)譬如周?chē)鷤€(gè)體行為或捕食者出現(xiàn)的外界刺激等因素做出反應(yīng)。

這種弱涌現(xiàn)沒(méi)有能力解釋即使最為簡(jiǎn)單的神經(jīng)系統(tǒng)，更別提人腦，因此我們需要強(qiáng)涌現(xiàn)的幫助。在強(qiáng)涌現(xiàn)理論中，涌現(xiàn)現(xiàn)象不能用個(gè)體組分的行為來(lái)解釋。你和你正在閱讀的書(shū)頁(yè)都是由原子組成，但你的閱讀和理解能力涌現(xiàn)自體內(nèi)原子組成的更高級(jí)別的結(jié)構(gòu)，像是神經(jīng)元和神經(jīng)元沖動(dòng)的釋放——并非單純?nèi)缭娱g的交互作用。

近來(lái)許多神經(jīng)科學(xué)家對(duì)強(qiáng)涌現(xiàn)理論提出批評(píng)，認(rèn)為其存在“形而上學(xué)上的難以置信”的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)椴淮嬖谝蚬麢C(jī)制的證據(jù)或任何形式的解釋來(lái)說(shuō)明涌現(xiàn)如何發(fā)生。一如格雷戈里，這些批評(píng)認(rèn)為依靠涌現(xiàn)對(duì)復(fù)雜現(xiàn)象做出解釋?zhuān)f(shuō)明了神經(jīng)科學(xué)正處于歷史上的重要關(guān)頭，正如煉金術(shù)向化學(xué)的逐漸轉(zhuǎn)變。面臨神經(jīng)科學(xué)的未解之謎，我們卻只能訴諸涌現(xiàn)理論。這并不意味著無(wú)知或愚笨——神奇的深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)，也無(wú)法被編程者完全理解，那么從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)這也就是一種涌現(xiàn)性。

有趣的是，當(dāng)一些神經(jīng)科學(xué)家被涌現(xiàn)性的形而上學(xué)打亂了計(jì)劃，人工智能領(lǐng)域的研究者卻沉迷于這一想法，相信現(xiàn)代計(jì)算機(jī)或其形成的互聯(lián)網(wǎng)的純粹復(fù)雜性將會(huì)帶領(lǐng)我們走向奇點(diǎn)這一令人激動(dòng)的時(shí)刻，那時(shí)機(jī)器也將擁有意識(shí)。

(1) 伴有癥狀的ST段弓背向上抬高≥0.1 mV，持續(xù)1 min；原有ST段抬高者，在原有基礎(chǔ)上ST段弓背向上再抬高≥0.1 mV，持續(xù)1 min；兩次發(fā)作間期≥1 min。

不少人在虛構(gòu)的作品中探究了這一可能性（此時(shí)的情況往往在各種意義上都很糟糕），這一主題確實(shí)深深地刺激了大眾的想象，撇開(kāi)我們?nèi)缃駥?duì)意識(shí)機(jī)制一無(wú)所知不談，有理由認(rèn)為這一時(shí)刻在不久的未來(lái)終會(huì)實(shí)現(xiàn)。從原則上看，這一時(shí)刻必將到來(lái)，因?yàn)槲覀兊募僭O(shè)是——意識(shí)是物質(zhì)的產(chǎn)物，因此我們有能力通過(guò)一個(gè)裝置對(duì)其進(jìn)行模擬。但即使最簡(jiǎn)單的腦的復(fù)雜性也讓我們?nèi)缃窨梢栽O(shè)想的任何機(jī)器相形見(jiàn)絀。在未來(lái)幾十年甚至幾世紀(jì)，奇點(diǎn)可能只會(huì)存在于科幻作品而非科學(xué)領(lǐng)域中。

另一個(gè)相關(guān)的對(duì)意識(shí)本質(zhì)的看法則是將腦-計(jì)算機(jī)隱喻轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)念?lèi)比。一些研究者將意識(shí)看作是基于神經(jīng)硬件的一類(lèi)操作系統(tǒng)，這種觀點(diǎn)意味著意識(shí)是一種特定的計(jì)算性狀態(tài)，可以上傳至一些裝置或者另一個(gè)腦中。但總體來(lái)看，這一觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，或至少來(lái)說(shuō)是一種無(wú)望的天真。

唯物主義的有效假設(shè)是，從人到蟲(chóng)的任何生物，其腦和意識(shí)都是一致的。神經(jīng)元和基于它們的過(guò)程——包括意識(shí)——都是相同的。而計(jì)算機(jī)中的硬件和軟件是分開(kāi)的；但腦和意識(shí)的成分——或許最好的描述是濕件，其中發(fā)生的任何事件以及發(fā)生的位置都完全是相互交織在一起的。

想象我們可以再利用我們的神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)運(yùn)行不同的程序，或?qū)⒁庾R(shí)上傳至一個(gè)服務(wù)器，這些觀念聽(tīng)起來(lái)很科學(xué)，但潛臺(tái)詞則是一種回到了笛卡爾及之后的非唯物主義觀念。這種觀念暗示意識(shí)以一種漂浮于腦組織中的形式存在，可以轉(zhuǎn)移到不同的頭腦中，或是被另一個(gè)意識(shí)所替換。這些行為可以用“讀取一組神經(jīng)元的狀態(tài)，并將其寫(xiě)入新的自然或人造物基質(zhì)中”這樣的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述，讓其在科學(xué)上看起來(lái)更體面一些。

但如果要設(shè)想如何實(shí)踐上述觀念，我們必須理解遠(yuǎn)超現(xiàn)如今能夠設(shè)想的神經(jīng)元功能，并研發(fā)出具有極強(qiáng)計(jì)算能力的設(shè)備，同時(shí)精確地模擬腦的結(jié)構(gòu)。如果要在原則上讓這一目標(biāo)成為可能，我們首先要完全模擬保持單一狀態(tài)的神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)，更不必說(shuō)模擬意識(shí)中的一個(gè)想法。人類(lèi)如今的技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這一水平，至少在遙遠(yuǎn)的將來(lái)之前，將意識(shí)上傳只能被視為一個(gè)幻想。

如今，腦-計(jì)算機(jī)隱喻依舊占主流位置，但針對(duì)這一隱喻的強(qiáng)度卻有一些爭(zhēng)議。2015年，機(jī)器人學(xué)家羅德尼·布魯克斯（Rodney Brooks）在論文集《哪些科學(xué)觀點(diǎn)必須去死》（This Idea Must Die）的一篇文章中表達(dá)了他對(duì)腦-計(jì)算機(jī)隱喻厭惡至極。更平和一些，但也擁有相似觀念的屬歷史學(xué)家萊恩·約翰遜（S Ryan Johansson）在20多年前的斷言：“花費(fèi)大量時(shí)間去討論譬如‘腦像一個(gè)計(jì)算機(jī)’這類(lèi)隱喻正確與否是浪費(fèi)時(shí)間。二者的關(guān)系是隱喻性的，意味著是它讓我們進(jìn)一步去做些什么，而不是在訴說(shuō)真相?！?/p>

而另一方面，美國(guó)人工智能專(zhuān)家蓋瑞·馬庫(kù)斯（Gary Marcus）則堅(jiān)定地維護(hù)計(jì)算機(jī)隱喻：“簡(jiǎn)言之，計(jì)算機(jī)是一種系統(tǒng)構(gòu)架，將輸入信息進(jìn)行編碼與處理，并轉(zhuǎn)為輸出信息。而在我們能夠理解的范圍內(nèi)，腦也是如此行動(dòng)的。真正的問(wèn)題并不是腦在本質(zhì)上是否屬于信息處理器，而是腦是如何儲(chǔ)存和編碼信息，并怎樣操作編碼后的信息的?！?/p>

馬庫(kù)斯繼續(xù)說(shuō)明神經(jīng)科學(xué)的任務(wù)是腦的“逆向工程”，就像計(jì)算機(jī)研究者通過(guò)檢查計(jì)算機(jī)的組件和連接來(lái)破解它的工作方式。這一看法也并非什么全新觀念，克里克在1989年表示盡管這一觀念很有吸引力，但是它可能會(huì)以失敗告終，畢竟腦的進(jìn)化史相當(dāng)紛繁雜亂——他形象地將其比作逆向破解“外星科技”的工程。他認(rèn)為嘗試從結(jié)構(gòu)開(kāi)始全面闡釋腦的運(yùn)作機(jī)制注定會(huì)失敗，因?yàn)檫@一出發(fā)點(diǎn)就基本上是錯(cuò)誤的——其中不存在一個(gè)整體邏輯。

計(jì)算機(jī)的逆向工程常作為一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)在原則上解釋?xiě)?yīng)該如何理解腦。可以想象，這些思想實(shí)驗(yàn)都相當(dāng)成功，激勵(lì)著我們通過(guò)這一思路來(lái)理解腦袋里這一濕軟的器官。但在2017年，兩個(gè)科學(xué)家決定在真正的計(jì)算機(jī)芯片上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，芯片里具有邏輯和用途明確的組件，但實(shí)驗(yàn)的結(jié)果卻沒(méi)有那么美好。

二人組——埃里克·喬納斯（Eric Jonas）和康拉德·科丁（Konrad Paul Kording）使用常規(guī)用于分析腦的技術(shù)，對(duì)MOS6507處理器進(jìn)行分析，該處理器見(jiàn)于20世紀(jì)70年代后期和80年代早期的機(jī)器上，可以運(yùn)行《大金剛》（Donkey Kong）和《太空侵略者》（Space Invaders）這類(lèi)電子游戲。

他們首先掃描了芯片中的3510增強(qiáng)型晶體管，并在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)上模擬該設(shè)備（包括運(yùn)行10秒鐘的游戲程序）來(lái)獲得芯片的連接組。之后他們利用各類(lèi)神經(jīng)科學(xué)技術(shù)，例如“損傷”（移除模擬程序中的一些晶體管），分析虛擬晶體管的“尖峰”活動(dòng)并研究其連通性，通過(guò)啟動(dòng)每一款游戲的能力來(lái)觀察不同的操作對(duì)系統(tǒng)行為的影響。

盡管他們配制了強(qiáng)大的分析庫(kù)，并且這一芯片的運(yùn)作機(jī)制清晰（技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)具有“地面實(shí)況”），該研究并沒(méi)有測(cè)量到芯片內(nèi)部處理信息的層次體系。按喬納斯和科丁的說(shuō)法，該技術(shù)不足以產(chǎn)生“有意義的理解”。這一結(jié)論像是潑了冷水：“總之，并非神經(jīng)科學(xué)家們無(wú)法理解一個(gè)微處理器，而是目前采用的方法不足以理解它?！?/p>

這一結(jié)果令人清醒過(guò)來(lái)，盡管計(jì)算機(jī)隱喻相當(dāng)引人入勝，腦也確實(shí)處理信息并通過(guò)一些手段來(lái)表征外部世界，我們?nèi)匀恍枰恍﹦潟r(shí)代的理論突破才能取得進(jìn)展。即使腦以邏輯行運(yùn)作（雖然事實(shí)并非如此），現(xiàn)如今的概念和分析工具仍然完全不足以解釋它。當(dāng)然這并不意味著一些模擬項(xiàng)目毫無(wú)意義，通過(guò)建模（或模擬）的手段，我們可以檢測(cè)假設(shè)，并通過(guò)將模型和可精細(xì)操縱的完善系統(tǒng)相連接，來(lái)一探真實(shí)情況下腦的運(yùn)作方式。這一工具相當(dāng)強(qiáng)大，但在說(shuō)明研究成果時(shí)仍需要保持謙遜的態(tài)度，且在尋求類(lèi)腦的人工系統(tǒng)的道路上，面對(duì)困難時(shí)仍要現(xiàn)實(shí)一些。

如今的“逆向工程”技術(shù)甚至無(wú)法正確理解Atari控制芯片，更不必說(shuō)人腦了

當(dāng)研究者想一探腦的存儲(chǔ)容量時(shí)，都會(huì)遇到一些難以解決的問(wèn)題。這類(lèi)計(jì)算充滿(mǎn)了概念和實(shí)踐上的困難。腦的存在是自然的、進(jìn)化而來(lái)的一種現(xiàn)象，并非電子設(shè)備。盡管有人會(huì)反駁說(shuō)證據(jù)表明一些腦的功能定位于特定區(qū)域，正如一臺(tái)機(jī)器。但隨著神經(jīng)解剖學(xué)持續(xù)的新發(fā)現(xiàn)：腦區(qū)間存在令人始料未及的聯(lián)系；從失去理應(yīng)具有某一特定功能的腦組織后依舊在功能上表現(xiàn)正常并體現(xiàn)出腦驚人的可塑性來(lái)看，這些證據(jù)也不再可靠。

實(shí)際情況下，腦和計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)是完全不同的。2006年，拉里·阿伯特（Larry Abbott）發(fā)表了一篇題為《它的開(kāi)關(guān)何在？》（Where are the switches on this thing?）的文章，探討了電子設(shè)備中最基礎(chǔ)的組成部分——開(kāi)關(guān)可能的生物物理學(xué)基礎(chǔ)。盡管抑制性突觸能夠讓下游的神經(jīng)元無(wú)反應(yīng)而改變神經(jīng)元的活動(dòng)，但這類(lèi)交互作用在腦中相對(duì)較少。

神經(jīng)元并非一個(gè)組成線(xiàn)路圖的二進(jìn)制開(kāi)關(guān)，能夠被開(kāi)或關(guān)。相反，神經(jīng)元通過(guò)類(lèi)似的方法對(duì)刺激做出反應(yīng)，其活動(dòng)隨著刺激的改變而改變。神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)改變神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中大量細(xì)胞的活動(dòng)模式來(lái)做出改變，真正實(shí)現(xiàn)活動(dòng)導(dǎo)向、轉(zhuǎn)換和分流的是這些網(wǎng)絡(luò)。不同于我們?cè)O(shè)想的任何設(shè)備，這項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)并非像是晶體管或閥門(mén)的穩(wěn)定點(diǎn)，而是成組的神經(jīng)元——數(shù)以百計(jì)、成千上萬(wàn)的大量神經(jīng)元，它們能夠持續(xù)作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)做出一致的應(yīng)答，即使其中的一些細(xì)胞有不一致的活動(dòng)。

但如今仍然無(wú)法理解即使最簡(jiǎn)單的這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)。布蘭代斯大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家伊芙·馬德?tīng)枺‥ve Marder）花費(fèi)了她職業(yè)生涯的很長(zhǎng)時(shí)間試圖破解龍蝦胃中的幾十個(gè)神經(jīng)元是如何產(chǎn)生具有節(jié)律的研磨運(yùn)動(dòng)。盡管在其中投入了大量精力并做出了許多創(chuàng)新性的工作，我們?nèi)匀粺o(wú)法預(yù)測(cè)在這一個(gè)小小的網(wǎng)絡(luò)中，如果改變其中一個(gè)組件會(huì)發(fā)生什么。而這一小小網(wǎng)絡(luò)甚至談不上是最簡(jiǎn)單的腦。

這是我們要解決的大問(wèn)題。一個(gè)層面上來(lái)說(shuō)，腦由神經(jīng)元及一些其他細(xì)胞組成，它們相交互組成網(wǎng)絡(luò)，其活動(dòng)不僅受到突觸活動(dòng)的影響，而且與神經(jīng)調(diào)質(zhì)等各類(lèi)因素相關(guān)。在另一層面，腦的功能很顯然包括了種群水平上神經(jīng)元活動(dòng)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)模式。筆者猜想在這兩個(gè)水平間找到關(guān)聯(lián)會(huì)是21世紀(jì)的一大難題。而真正理解精神疾病的本質(zhì)會(huì)是更遙遠(yuǎn)的難題。

也并非所有神經(jīng)科學(xué)家都持有悲觀的態(tài)度——一些樂(lè)觀者認(rèn)為應(yīng)用新的數(shù)學(xué)方法能夠讓我們理解人腦中的大量連接。而持有另一種看法者，如筆者本人，則認(rèn)為應(yīng)該研究動(dòng)物模型，關(guān)注蠕蟲(chóng)或蛆蟲(chóng)的小腦袋，利用成熟的方法尋找簡(jiǎn)單系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制后，再推進(jìn)到復(fù)雜的情況。還有許多神經(jīng)科學(xué)家（如果他們考慮了這一問(wèn)題）認(rèn)為腦研究的進(jìn)展將會(huì)是瑣碎而緩慢的，因?yàn)楝F(xiàn)在還看不到關(guān)于腦的大一統(tǒng)理論。

未來(lái)的腦研究可能會(huì)有萬(wàn)千的可能性：也許各種計(jì)算機(jī)項(xiàng)目有了進(jìn)展，理論家們解開(kāi)了所有腦的運(yùn)作機(jī)制；也許連接體揭示了腦運(yùn)作的法則?；蚴且粋€(gè)全新的理論從我們產(chǎn)生的大量影像學(xué)資料中橫空出世。又或是我們逐步將多種令人信服的理論碎片相結(jié)合，解決了問(wèn)題?？赡芫劢褂诤?jiǎn)單的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)法則時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了更高層次組織的奧秘。也可能一種激進(jìn)的新方法將生理學(xué)、生物化學(xué)和解剖學(xué)相結(jié)合，點(diǎn)亮了研究的道路。興許新的比較進(jìn)化研究提示了其他動(dòng)物如何產(chǎn)生意識(shí)，讓我們得以洞察自身的腦?；蛞环N革命性的新技術(shù)改變了我們的認(rèn)識(shí)，產(chǎn)生了一種腦的新隱喻。又或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)逐漸產(chǎn)生了意識(shí)，提供了意識(shí)問(wèn)題的全新視野。或許從控制論、復(fù)雜性和動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)理論，或是語(yǔ)義和符號(hào)學(xué)中出現(xiàn)了一種全新的框架。又或許我們無(wú)可奈何地接受：腦由于不存在整體性的邏輯而理想中的理論不存在，只能從各個(gè)部分對(duì)其進(jìn)行解釋。也許……

資料來(lái)源The Guardian