人腦聯絡圖

        朋友路過寫了篇科學隨想 《我思我不再》http://my.cnd.org/modules/wfsection/article.php?articleid=18080 借用不同的科學materials來表達她自己的某些想法。路過的思維和敘述風格明顯有“瓦爾登湖”影響，比較發散，比較自由。對認識主體的思考本身就沾上了哲學味道。

       文章涉及學科廣泛，科學概念隻是粗線條掠過，哲學命題也是淺嚐輒止，對“我”的詮釋不能算很成功。不過，這又有什麽關係，三百多年來對笛卡爾的哲學命題“我思故我在”的各種詮釋汗牛充棟，還不是莫衷一是？

        我讀這篇文章，著眼於路過的思維和思路，一個活潑的心智活動總是讓人欣喜的。在網上討論中，神經科學家小爐匠（可不是林海雪原的欒平）寫出一篇《人腦聯絡圖》，報告我們神經科學領域前沿正在發生的精彩，轉載如下：

        人腦子裏大約有一千億個神經細胞 ，百分之六七十住在大腦皮層裏。這麽多神經細胞互相連接，傳遞信號，構成了一個複雜無比的網絡。因為這個網絡的活動是我們思想意識的源泉，它常被人們稱之為宇宙中最複雜的係統。

        把皮層裏的神經電線（軸突，樹突）一根根接起來可以從地球連到月亮。在芝麻大小的一塊（1 立方毫米）的皮層組織裏，含有有幾公裏長的軸突和樹突。有這麽多電線，細胞間的連接方式一定很複雜，不知道包含有多少密秘。因此就有喜歡大工程大戰役的人提出在人類基因工程基本完成後，下一步目標就是要搞清大腦皮層裏神經線路的結構。摹仿人類基因工程（human genome project）這個名字，有人還搞出了個吸引人的名字“人腦聯絡圖工程”（human brain connectome project）。

        這人腦聯絡圖可絕對不是小爐匠可以搞到的。軸突樹突細到微米以下，細的部分比光的波長都短，隻有用電子顯微鏡才能看見。目前的電鏡要能看清楚一定要切很薄的片，這樣幾毫米厚的皮層就可能要切成幾十萬片，然後在每一片中把千萬根軸突，樹突一根根標記好，最後把每片中標記好的軸突樹突在幾十萬片切片中一片片地對起來，才能搞清每根電線的走向和接點。

        其實在1980年代，就有人突發奇想要搞清一個神經係統的全部連線。當時看電鏡片子完全靠人工，由於工程的艱巨選用了一個很簡單的動物標本，線蟲（C. elegans)，隻有270個神經細胞。 這工作於1986年發表，文章長達340頁，厚厚的一大本。我那時侯剛當學徒，跟著導師給研究生上討論課，大家一步一步地閱讀討論這篇文章，曾被其深深地震撼。

        到了今天技術已經發展了。由德，美兩個小組合作，製成了大尺度的超薄切片機和專門看大片的電鏡。即使如此，要讀出那切出來的大批片子還是為人力所不可及，隻能以毒功毒，靠專門設計的機器腦（神經網絡）來讀片。這機器腦可以在人的指導下不地斷學習，糾正錯誤，最後達到高度可靠和獨立地看電鏡片子，24小時連續工作。

        在今年剛剛閉幕的神經科學年會上，一位科學家演講時放了一段“大腦聯絡圖”的電影。這雖隻是一個縮影，隻有頭發絲那麽粗，紙那麽薄的一小片組織。電影中神經細胞之間複雜的三維連係，配著悸動的現代音樂，在巨大的屏幕上一步一步地展現出來。全場萬眾被這宏偉的圖像感動得歡聲如雷，即使在看不見演講者的分會場，觀眾也對著電影屏幕報以長時間的熱烈掌聲。

        外行看熱鬧，內行看門道。俺擠在這如醉如癡的大眾之中，除了感到文革運動般的狂熱，還想到些什麽呢？

        這個計劃最大的弱點是隻能造出一張地圖. 一張城市地圖雖然可以包括很多信息，但卻並不能給出每一個街區，每一個大院，每一盞燈光之下正在發生的故事。大腦皮層裏有上千萬億個突觸，即細胞和細胞之間的聯係點。隨著我們的所聞所見，隨著我們心猿意馬的思想，每一個突觸都在不斷地變化，聯係強度加強或減弱，用這種方法記錄下我們的思想，並用這個記錄來處理新的信息。在組織被固定，準備電鏡切片的一瞬間，發生在突觸上的所有故事會嘎然而止，隻留下考古遺跡般的痕跡。

        要想知道這些突觸上正在發生的故事，就必須看到他們的動態變化，也就是說在地圖變化之後要再做一張，才能找出因為思想造成的變化。每秒鍾要做幾百張這樣的地圖才能趕上我們猶如電光石火般的思維。組織切片了就不會再有活動，因此要看動態地圖一定要有先進的影像技術而非先進的電鏡技術。

        最後，讓我們假定所有技術困難都能克服，我們可以隨心所欲地看到大腦皮層裏產生思維的一切活動。那麽是不是就能揭開思維的秘密了？ 答案很可能是不行。因為包含的信息量太大了，遠遠超出人類大腦所能理解的容量。可能對人類思維過程的最後理解發生在機器裏。爭論人類能不能理解自己的大腦，對許多人來講已經是個過時的哲學問題，現在時髦的討論是，還要有多久人腦就可以被矽文明理解。或者說，什麽時候能把人類的全部文明上傳到互聯網上。