來(lái)源：混沌巡洋艦

在人類(lèi)對(duì)大腦認(rèn)識(shí)的歷史上，曾經(jīng)使用過(guò)很多隱喻來(lái)描述腦，比如齒輪機(jī)械、電話(huà)交換機(jī)、計(jì)算機(jī)等等。目前，“腦就像一臺(tái)計(jì)算機(jī)”這個(gè)隱喻仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位，盡管人們對(duì)于這個(gè)隱喻的貼切程度的看法存在分歧。2015年，在論文集《這個(gè)想法必須消亡》收錄的他的一篇文章中，機(jī)器人專(zhuān)家羅德尼·布魯克斯（Rodney Brooks）把腦的計(jì)算機(jī)隱喻選為了他最反感的觀點(diǎn)。早在20多年前，歷史學(xué)家S. 瑞安·約翰森（S. Ryan Johansson）就指出：“無(wú)休止地爭(zhēng)論‘腦是一臺(tái)計(jì)算機(jī)’這類(lèi)隱喻的真?zhèn)问窃诶速M(fèi)時(shí)間。它提出的關(guān)系是隱喻性的，是在敦促我們?nèi)プ瞿承┦虑?#xff0c;而不是在試圖告訴我們真相是什么?！彪m然這些話(huà)的言辭不像布魯克斯的態(tài)度那么尖銳，但結(jié)論是類(lèi)似的。同樣，神經(jīng)科學(xué)家馬泰奧·卡蘭蒂尼（Matteo Carandini）認(rèn)為，腦與當(dāng)前尖端技術(shù)的類(lèi)比可能很快就會(huì)過(guò)時(shí)并顯得古怪，但他仍然強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)隱喻有一定的價(jià)值：“腦無(wú)疑是一個(gè)信息處理器官，因此對(duì)腦和我們最好的信息處理設(shè)備進(jìn)行比較，這是有意義的。”加里·馬庫(kù)斯則為腦的計(jì)算機(jī)隱喻做了更為有力的辯護(hù)：

簡(jiǎn)而言之，計(jì)算機(jī)是接受輸入、編碼和操縱信息并將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。就我們所知，腦也是如此。真正的問(wèn)題不是腦本身是不是一個(gè)信息處理器，而是腦如何存儲(chǔ)和編碼信息，以及一旦信息被編碼，腦會(huì)對(duì)這些信息進(jìn)行什么操作。

馬庫(kù)斯接著說(shuō)，神經(jīng)科學(xué)的任務(wù)是對(duì)腦開(kāi)展“逆向工程”，就像研究計(jì)算機(jī)那樣，檢查其組成部分及其相互連接，以破譯其工作原理。這個(gè)提議已經(jīng)存在一段時(shí)間了。1989年，弗朗西斯·克里克（DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者之一，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者）認(rèn)識(shí)到了這種策略的吸引力，但覺(jué)得它不會(huì)成功，因?yàn)槟X有著復(fù)雜而混亂的進(jìn)化史——他夸張地宣稱(chēng)，這會(huì)像是嘗試對(duì)一項(xiàng)“外星科技”開(kāi)展逆向工程?？死锟苏J(rèn)為，試圖從邏輯出發(fā)通過(guò)腦的結(jié)構(gòu)找出腦工作機(jī)制的總體解釋注定會(huì)失敗，因?yàn)閹缀蹩梢钥隙ǖ氖?#xff0c;這么做的出發(fā)點(diǎn)就是錯(cuò)誤的——腦如何工作并沒(méi)有一個(gè)整體的邏輯。

計(jì)算機(jī)的逆向工程通常被用作思維實(shí)驗(yàn)，以展示我們?cè)谠砩侠斫饽X的可能性。這些思維實(shí)驗(yàn)毫無(wú)疑問(wèn)是成功的，它們鼓勵(lì)我們以這種方式去理解我們腦袋里的這個(gè)柔軟器官。但是在2017年，兩位神經(jīng)科學(xué)家決定在一個(gè)真實(shí)的計(jì)算機(jī)芯片上做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)芯片有真實(shí)的邏輯、真實(shí)的組件和設(shè)計(jì)明確的功能。事情并沒(méi)有像預(yù)期的那樣發(fā)展。

這兩位科學(xué)家是埃里克·喬納斯（Eric Jonas）和康拉德·保羅·科爾丁（Konrad Paul Kording），他們使用了通常用于分析腦的技術(shù)，并將其應(yīng)用到MOS 6507處理器上。MOS 6507處理器是一種20世紀(jì)70年代末和80年代初的計(jì)算機(jī)使用的處理器，能使這些計(jì)算機(jī)運(yùn)行《大金剛》《太空侵略者》《陷阱》等視頻游戲。首先，他們掃描了芯片中的3 510個(gè)增強(qiáng)型晶體管，獲得了它們的連接組，并在一臺(tái)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)上模擬了這種芯片（包括運(yùn)行游戲程序10秒鐘）。然后他們使用了神經(jīng)科學(xué)的各種技術(shù)來(lái)研究這張模擬的芯片，如“損毀”（把某些晶體管從模擬芯片中移除）、分析虛擬晶體管的“鋒電位”活動(dòng)并研究它們之間的連接，以及通過(guò)測(cè)量其運(yùn)行每個(gè)游戲的能力來(lái)觀察各種操作對(duì)系統(tǒng)行為的影響。

掃描一個(gè)MOS 6507處理器，在電腦上重構(gòu)模擬出每一個(gè)連接

然后對(duì)某些連接做“損毀手術(shù)”，以此研究腦可能的結(jié)構(gòu)和工作原理

移除晶體管（這相當(dāng)于破壞一個(gè)腦區(qū)）產(chǎn)生了一些頗具吸引力的明晰結(jié)果。例如，喬納斯和科爾丁總共發(fā)現(xiàn)了98個(gè)晶體管，如果單獨(dú)移除其中的任何一個(gè)，就會(huì)使系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)《大金剛》，但對(duì)《太空侵略者》或《陷阱》沒(méi)有影響。但正如作者們認(rèn)識(shí)到的那樣，這并不意味著處理器中存在任何類(lèi)似“大金剛晶體管”的東西。他們表示，把這些晶體管描述成“大金剛晶體管”會(huì)產(chǎn)生“嚴(yán)重的誤導(dǎo)”。事實(shí)上，每個(gè)組件都只是完成了一個(gè)簡(jiǎn)單并且基本的功能，這些功能對(duì)《大金剛》是必要的，而其他兩個(gè)游戲則不需要。

雖然使用了這些強(qiáng)有力的分析方法，而且研究者對(duì)芯片的工作原理事實(shí)上也已經(jīng)有明確的解釋（用技術(shù)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，它擁有“基準(zhǔn)真相”），但這項(xiàng)研究未能檢測(cè)出芯片內(nèi)部信息處理的層級(jí)結(jié)構(gòu)。正如喬納斯和科爾丁所說(shuō)，這些技術(shù)不能產(chǎn)生“有意義的理解”。他們的結(jié)論是悲觀的：“最終，問(wèn)題不是神經(jīng)科學(xué)家無(wú)法理解微處理器，而是他們目前所采用的方法使他們無(wú)法理解它。”

這個(gè)令人警醒的結(jié)果表明，盡管計(jì)算機(jī)隱喻很有吸引力，而且腦確實(shí)在處理信息，并以某種方式表征外部世界，但我們?nèi)匀恍枰碚摲矫娴闹卮笸黄啤＜幢阄覀兊哪X是按照邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的，我們目前的概念和分析工具也完全不足以解釋腦。更何況腦不是按照邏輯設(shè)計(jì)出來(lái)的。但這并不意味著模擬研究毫無(wú)意義：通過(guò)建模（或者模擬），我們可以檢驗(yàn)假設(shè)，通過(guò)將模型與已建立的、可以精確操縱的系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，我們可以深入理解真正的腦是如何運(yùn)作的。這是一種極其強(qiáng)大的工具，但這類(lèi)研究在給出結(jié)論時(shí)需要有一定程度的謹(jǐn)慎。此外，面對(duì)將腦和人工系統(tǒng)進(jìn)行類(lèi)比時(shí)存在的困難，我們需要現(xiàn)實(shí)一點(diǎn)。

甚至像計(jì)算人腦的存儲(chǔ)容量這樣簡(jiǎn)單直接的事情，研究者在嘗試時(shí)也會(huì)崩潰。泰瑞·謝諾夫斯基的團(tuán)隊(duì)曾對(duì)樹(shù)突棘的數(shù)量和大小以及突觸上神經(jīng)遞質(zhì)囊泡的數(shù)量進(jìn)行了仔細(xì)的解剖學(xué)研究，根據(jù)他們的計(jì)算，每個(gè)突觸平均至少能存儲(chǔ)4.7比特的信息。這表明人腦可以存儲(chǔ)至少1拍字節(jié)（petabyte）的信息，也就是100萬(wàn)吉字節(jié)（gigabyte）的信息。不管這聽(tīng)起來(lái)多么值得注意，或者對(duì)于那些認(rèn)同數(shù)學(xué)和工程學(xué)可以告訴我們腦如何工作的人來(lái)說(shuō)多么有吸引力，這種計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)是扭曲的。神經(jīng)元不是數(shù)字的（這是信息數(shù)字化的基礎(chǔ)），腦（即使是線蟲(chóng)那算不上腦的腦）也不是硬連接的（hard-wired）。每個(gè)腦都在不斷地改變突觸的數(shù)量和強(qiáng)度，而且最重要的是，腦并不僅僅依靠突觸工作。神經(jīng)調(diào)質(zhì)和神經(jīng)激素也會(huì)影響腦的運(yùn)作方式，但由于它們的作用方式和起效的時(shí)間尺度與計(jì)算機(jī)隱喻不相符，所以這類(lèi)研究中沒(méi)有把它們的影響納入考慮。

計(jì)算腦的存儲(chǔ)容量充滿(mǎn)了概念和實(shí)踐上的困難。腦的運(yùn)作是自然的、進(jìn)化的現(xiàn)象，腦不是數(shù)字設(shè)備。使用粗糙的（甚至是復(fù)雜的）信息概念無(wú)法完全理解腦。

更根本的問(wèn)題是，腦和計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)完全不同。2006年，在一本由23位頂尖神經(jīng)科學(xué)家撰寫(xiě)的著作中，拉里·阿博特重點(diǎn)闡述了一些有待解決的問(wèn)題（其中大部分問(wèn)題至今仍未得到令人滿(mǎn)意的回答）。在他撰寫(xiě)的文章《這東西的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在哪兒？》（Where Are the Switches on This Thing?）中，阿博特探討了電子設(shè)備的最基本組件——轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在腦中可能的生物物理對(duì)應(yīng)物。盡管抑制性突觸可以通過(guò)使下游神經(jīng)元失去響應(yīng)來(lái)改變神經(jīng)活動(dòng)的流動(dòng)，但這種相互作用在腦中是相對(duì)較少的。細(xì)胞并不像二元轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)那樣可以開(kāi)關(guān)，進(jìn)而組成一個(gè)電路。相反，神經(jīng)系統(tǒng)改變其運(yùn)作模式的主要方式是改變細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)模式，這些細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)由大量單元組成。正是這些網(wǎng)絡(luò)來(lái)引導(dǎo)、切換和分流神經(jīng)活動(dòng)。這些網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)與我們目前能設(shè)想的任何設(shè)備的不同之處在于，它們不是像晶體管或電子管那樣的穩(wěn)定點(diǎn)，而是一組組的神經(jīng)元（成百上千甚至成千上萬(wàn)之多）。這些神經(jīng)元能作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)隨著時(shí)間的推移做出一致的響應(yīng)，即便這些細(xì)胞會(huì)表現(xiàn)出不一致的行為。

在大型生物的腦中，理解腦功能所需的分析似乎越來(lái)越不應(yīng)該停留在霍拉斯·巴洛“五法則”那樣的細(xì)胞層面了，腦就像一臺(tái)計(jì)算機(jī)甚至腦內(nèi)有一張連線圖的想法似乎也不再有效了。真實(shí)情況要比這復(fù)雜得多。

上文編譯整理自

首部中文通俗腦科學(xué)全史

《大腦傳》

這是我一生中出版界出版的所有關(guān)于腦的圖書(shū)里最好的那一本（沒(méi)有之一）。

理查德·C.?阿特金森

美國(guó)五院院士（會(huì)士）

加州大學(xué)系統(tǒng)榮休校長(zhǎng)

美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)前主席

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)前主席

如果你想只讀一本書(shū)來(lái)了解腦科學(xué)的過(guò)去與現(xiàn)狀，這本書(shū)大概是不二之選。

陳嘉映

首都師范大學(xué)哲學(xué)系資深教授

《大腦傳》

作者：[英] 馬修·科布

譯者：張今

裝幀：精裝

定價(jià)：128元

出版時(shí)間：2022年3月

我們的感覺(jué)和身體活動(dòng)的指令來(lái)自何方，情緒、意識(shí)、學(xué)習(xí)與記憶等認(rèn)知活動(dòng)的居所又在哪里？自有文字記載起，人類(lèi)對(duì)這些問(wèn)題就從未停止過(guò)好奇。漫漫幾千年來(lái)，我們對(duì)這些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)從樸素、粗淺的心靈中心觀，走到了精細(xì)、深入的腦中心觀。腦，這個(gè)“已知宇宙中最復(fù)雜的物體”，吸引了人類(lèi)歷史上無(wú)數(shù)最聰穎的頭腦去破解它的秘密。

在認(rèn)識(shí)腦工作機(jī)制的過(guò)程中，人類(lèi)一直在使用各種隱喻，這些隱喻無(wú)一不受技術(shù)、時(shí)代以及人類(lèi)當(dāng)時(shí)對(duì)腦認(rèn)知水平的限制，在完成自己的歷史使命后會(huì)被新的隱喻所取代。在《大腦傳》中，作者馬修·科布以腦的隱喻為切入點(diǎn)，介紹了人類(lèi)腦的認(rèn)識(shí)史上一個(gè)又一個(gè)里程碑以及那些做出偉大發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家。從心智源自心臟的觀點(diǎn)到把腦視作機(jī)器的機(jī)械觀，從電與神經(jīng)活動(dòng)的關(guān)系到神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元學(xué)說(shuō)，從神經(jīng)信號(hào)如何表征信息到腦功能的局域化定位與分散式分布之爭(zhēng)，從把腦看作一成不變的電路到把腦視作一個(gè)具有可塑性的網(wǎng)絡(luò)，作者歷數(shù)了人類(lèi)對(duì)腦認(rèn)識(shí)的曲折演進(jìn)歷程，講述了腦科學(xué)研究對(duì)計(jì)算機(jī)、人工智能等領(lǐng)域的誕生和發(fā)展產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響，勾勒出了一部群星閃耀、波瀾壯闊的科學(xué)史詩(shī)。

未來(lái)智能實(shí)驗(yàn)室的主要工作包括：建立AI智能系統(tǒng)智商評(píng)測(cè)體系，開(kāi)展世界人工智能智商評(píng)測(cè)；開(kāi)展互聯(lián)網(wǎng)（城市）大腦研究計(jì)劃，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)（城市）大腦技術(shù)和企業(yè)圖譜，為提升企業(yè)，行業(yè)與城市的智能水平服務(wù)。每日推薦范圍未來(lái)科技發(fā)展趨勢(shì)的學(xué)習(xí)型文章。目前線上平臺(tái)已收藏上千篇精華前沿科技文章和報(bào)告。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的给计算机处理器做手术来研究大脑的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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