互联网中的大脑

推荐人:刘锋 中国科学院虚拟经济与数据科学研究中心客座研究员、威客理论和互联网进化论创始人

推荐语:

这是一篇容易被忽视的科技报道,但它很可能隐含着21世纪最重要的科学启示:互联网与脑科学的关系问题。

大工业革命使人类无论在力量使用还是观察能力上都获得了极大的提高,为此后100年开始的物理学大突破,奠定了技术基础。相对论和量子力学就是20世纪科学突破的成果。1969年开始,互联网为代表的新技术革命在美国发动,从那时到现在的40多年里,互联网取得了迅猛的发展。

应该说,互联网对于人类的影响已经远远超过了大工业革命。与工业革命增强人类的力量和视野不同,互联网极大地增强了人类的智慧和知识,大工业革命导致了物理学的巨大突破,那么互联网引发的科学革命在哪里?大量迹象都指向了一个方向,神经学或脑科学领域。

2008年我们在人类功效学杂志发表论文提出互联网与大脑交叉对比观点,指出互联网正在向人脑的方向进化,而人类大脑至少在数万年前就应该拥有目前完整的互联网结构和应用。两年后,我们在中国科学院研究生院进行了实验。通过对比人脑记忆以及回忆特定词汇和图像的方法,验证人脑中是否存在搜索引擎。

2010年6月的这篇科技报道,进一步增强了这个观点:互联网的进化将导致21世纪脑科学的重大突破

文章内容

互联网中的大脑

文/欧飒

美国一项新研究发现,老鼠大脑一小块区域中的神经系统类似互联网结构。这对大脑神经系统是个分等级结构的传统理论提出挑战。

新发现

美国南加州大学神经系统科学家拉里·斯旺森和理查德·汤普森隔离起老鼠大脑中与愉悦和奖励相关的伏核区,在同一点同时注入两枚“示踪剂”,分别用于显示信号去向和来源。“示踪剂”跟随信号移动,但不会干扰信号移动,能发光,可在显微镜下观察到。他们发现,信号在一个个圈组成的网络中移动,这个网络“不是一个有上下之分的等级架构”。

汤普森花费8年多时间发明和完善这次研究所用的示踪方法。其他示踪方法大多只能在一个位置跟踪一个方向一个信号。“我们可以在同一个动物身上同时观察一个大脑回路中的4个连接,”斯旺森说。学术界假设过大脑中神经系统类似互联网结构,但先前没有实验证实过这种假设。研究报告由《国家科学院院刊》(PNAS)发表。

旧理论

研究人员先前认为,大脑中的神经系统好像一个大企业,可以绘成一个从中枢部门分叉到下面一个个小部门的直线联系图。

英国广播公司(BBC)8月11日援引斯旺森的话报道:“‘从上到下理论’在已有实验神经科学文献中占有惊人的统治地位,这一理论可上溯至19世纪。”斯旺森说,大脑中互联网式结构的存在可以解释大脑能克服局部损伤的现象,“你可以拿掉互联网任何一个单独部分,但网络其他部分照常工作”,神经系统同样,没法说某一部分绝对不可或缺。

下一步

斯旺森说,眼下至少在老鼠大脑的伏核区发现不同以往认为的神经系统结构,今后可以用这次研究中使用的示踪法观察其他部位,最终绘出整个大脑神经网络图。

斯旺森说,绘制整个大脑神经网络图是个无比复杂的工作,目前不能肯定这个图对解答意识和认知方面难题会产生何种影响。“不过,好比人类基因组项目。人们相信找出人类脱氧核糖核酸(DNA)完整序列是研究生物学的一块基石,无论花费多长时间都要完成这项工作,”斯旺森说。

节选自网文《老鼠大脑中神经系统类似互联网结构》

延伸阅读:大脑有什么,互联网就有什么

文/程苓峰

中科院的刘锋博士尝试在大脑和互联网之间建立关联。

互联网里的个人空间,比如微博或微信账号,就是大脑的神经元。社会化网络就是连接这些神经元的神经网络。云计算是中枢神经系统。云计算把数据收集起来统一运算并下命令,就是中枢神经系统对人体干的事情。物联网是躯体感觉神经系统,比如传感器,和运动神经系统,比如联网的打印机。

大脑指挥身体的过程叫神经反射弧:感觉神经系统采集数据——中枢神经系统运算并下命令——运动神经系统操作。互联网也有这些东西。物联网之后,收集的数据不再只限于人在电脑里创造的信息,而是全世界每一秒里产生的信息。任何联网的设备比如打印机、无人飞机、机器人都是运动神经系统的一部分。

2011年科学家在老鼠大脑里发现了路由器的类似功能。当一条线路或一个区域中断后,经过自动计算路由器会找到另一条相对最简的通路继续传递信息。科学家用跟踪剂证实了鼠脑有此功能。

这个想法可以指导现实。社会化网络有两种链接方式,微博的单向链接和SNS的双向链接。神经元之间是否也存在这两种方式?神经科学家已经着手研究大脑里是否存在彼此任意双向连接的“Facebook神经元”。

搜索是互联网的基本功能。科学家也在寻找大脑存在检索功能的证据。某网页的权重是由其链接数和链接网页的质量决定。大脑对某信息的重要性判断可能神似。

互联网不同产品形态可能跟大脑不同行为相关。比如搜索对应记忆和检索,社会化网络对应联想。分别擅长记忆、推理、联想的学生可能因为大脑的神经网络结构不同,有些更树状有些更网状,通过链接传递的信息特点也有所不同。

今天的互联网相当于五六个月大的胎儿,神经系统基本完备,正在健全中枢神经系统比如云计算;在发育感觉和运动神经系统比如物联网。互联网相对于大脑还缺什么,就有什么创业机会 。

节选自《大脑有什么,互联网就有什么》

虎嗅网

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