互联网:解开大脑之迷

推荐人:郭昕 云华时代智能科技有限公司创始人、前IDC大中华区总裁

推荐语:

越来越多的迹象表明,互联网与人类大脑有着强烈而神秘的关系。无论是物联网、云计算、大数据的提出,还是智慧地球、智慧城市的建设,它们都预示着互联网正在向着与人类大脑高度相似的方向进化。云计算代表着互联网的中枢神经系统,物联网代表着互联网的运动神经系统和感觉神经系统,而大数据正是互联网智商的提升表现。

2009年,本文作者刘锋在科学院研究生院进行了人脑中是否存在搜索引擎的实验。2010年,美国科学家在科学院杂志发表论文指出,老鼠的大脑里存在类路由一样的功能,科学家们不断利用实验验证了这样的结论,人脑至少在数万年以前就已经进化出所有的互联网功能,大脑中也已经拥有Google一样的搜索引擎、Facebook一样的SNS系统、IPv4一样的地址编码系统、思科一样的路由系统。

40多年来人类从不同的方向在互联网领域进行创新,并没有统一的规划将互联网建造成什么结构,但有一天人类抬起头来观看自己的产品,将发现这个产品与大脑的结构高度相似,而且可以作为揭开大脑之谜的钥匙。这是一个非常奇特的现象。

“看不见的手”像幽灵一样盘踞在人类社会的发展过程中,时隐时现。如果说社会学、经济学还只是模糊地看到这只手的影子,那么互联网的进化有可能第一次把“这只看不见的手”逼到科学的解剖刀下。如何解剖它,需要未来更多的研究者思考和实践,我相信这个秘密的解开将会给人类带来重大而深远的影响。

文章内容

互联网:解开大脑之迷

文/刘锋

历史上,神经科学家研究大脑之谜主要采用了两条截然不同的思想线路: 还原论和整体论(图1)。

还原论又被称为自下而上的研究方法。该方法试图通过研究单个分子、细胞或回路等神经系统的基础元素的特性来理解神经系统。

这种思路可以研究神经细胞的信号传递特性,从而了解神经元相互之间是如何通讯的,彼此之间通讯的模式在发育的过程中如何建立的,以及这种模式是如何被经验活动所修饰的。

 整体论又被称为自上而下的研究策略。它主要是从研究功能入手来理解神经系统,该方法主要关心的方面是系统的活动如何调节或是反映在行为上。这两套研究思路都有不可避免的缺点,但是在神经科学反展的历史上也都曾取得了重大的成就。

采用整体论研究神经科学的科学家们,早在十九世纪中叶就取得了他们的第一个重大的成功,即采用选择性损毁特定脑区的方法来分析行为的变化。

还原论的成功是出现在二十世纪对于大脑的信号系统的分析研究上。这些工作使我们了解了神经信号传递的一些基本的分子机制,比如,单个神经元是如何通过产生全或无的动作电位来进行长距离的信号传递的;神经元之间又是如何通过突触传递来实现彼此之间的通讯联系的。

通过单细胞的研究工作,我们还了解到感觉刺激是如何被分类并通过不同的途径转化成大脑可以理解的电信号的。这方面的工作也证实了形而上学心理学家的推测,即我们的大脑的感知并不是简单地复制了外部的物理世界,而是从最初的初级感觉器官中就开始了对感觉物理信息的抽象和重现。

经过3年的努力,到2007年底我们发现互联网正在向与人类大脑高度相似的方向进化,之后的互联网发展一步步让这个论断成为现实。云计算与互联网中枢神经系统,物联网与互联网感觉和运动神经系统,搜索引擎网络蜘蛛,IFTTT网站的诞生与互联网自主神经系统等等。

几乎在发现互联网类似于人脑的同时,我们也很自然地联想到,神经学的研究有没有可能受到互联网的影响。也就是说,人脑的结构会不会反过来也高度类似于互联网。会不会也有路由系统、搜索引擎、IPv4/IPv6地址编码系统、维基百科、Facebook一样SNS系统。如果这个猜想成立的话,那么通过比较互联网和人类大脑的结构,大脑之谜将在互联网面前被彻底解开(表1)。

表1:互联网虚拟大脑与生物大脑研究对比

通过这张表我们可以得出这样的结论:互联网虚拟大脑和人类大脑在科学研究领域,可能非常互补,也就是说用已经了解的人类大脑结构我们可以预测互联网下一步的发展动向。同时也可以用已知的互联网特点解开人类大脑的秘密。

用互联网的特点分析人脑的应用和结构,在整体论和还原论之外开始了一条新的探索路径——逆仿生方法。首先我们先了解以下什么是仿生学。

所谓仿生就是模仿生物系统的功能和行为,建造技术系统的一种科学方法。它打破了生物和机器的界限,将各种不同的系统沟通起来。运用仿生方法可创制新的机械,发明现代化识辨仪器,改进通信系统,设计新颖的工艺和研制人工脏器等。如现代的飞机、极地越野汽车、雷达系统的电子蛙眼、航海的声纳系统、航空建造工程的蜂窝结构、人工肾及人工心脏等,都是仿生的结晶

早在20世纪后期,美国生物学家卡拉汉教授就已经提出了“逆仿生学”的概念。他认为仔细研究人们已经设计制造出来的东西,就有可能解开某些自然之迷。

从算盘到电脑,从汽车到飞船,人类的许多发明和设计并不是直接对某种自然现象进行模仿,而是遵循了一定的自然规律。同时生物的许多高超技能也并不是超自然诞生的,它们同样遵循了自然的规律。两者的相似,是共同自然规律发生作用的结果,可谓殊途同归。它认为我们可以先仔细分析人类的制造技术,再详细观察自然界的生物是怎样用过类似的技术,并将这两方面联系起来。

回顾前人的研究,可以看出逆仿生的过程可分为三个阶段:一、研究生物体,找到人工机器的原型。二、根据人工机器的原理,提出科学假说。三、通过实验手段,对假说进行验证。当然,作为高级运动形式的生命现象有其特殊的规律。但可以肯定地说,逆仿生学将成为研究生命源泉,解开自然之迷的一把得力钥匙。

在应用方面,针对昆虫的趋光行性机制的科学之谜,卡拉汉教授从逆仿生学的角度提出了生物天线假说,认为昆虫趋光是因为求偶行为所致,即昆虫的触角有各种各样的突起、凹陷及螺纹。

这些结构类似现代使用的天线装置,使昆虫的触角可以感受信息素分子的振动而吸引昆虫,灯光中的远红外线光谱与信息素分子的振动谱线一致,昆虫的触角可以感受该信息导致趋光。

互联网进化论提出用互联网的功能和结构作为分析人脑秘密的工具,为逆仿生学提出了新的思路,即总结互联网的技术、结构、商业模式的特点,形成大脑研究的实验方法,不断进行科学实验,逐步推进21世纪神经学的发展。

节选自《互联网进化论》

清华大学出版社2012年8月

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