我么可以徹底了解大腦神經(jīng)嗎？

來(lái)源：神經(jīng)現(xiàn)實(shí) 時(shí)間：2019-11-12 10:43:46

在哥本哈根，有一座擁有玻璃墻溫室和花園的19世紀(jì)別墅，名叫嘉士伯學(xué)院(Carlsberg Academy)。該學(xué)院在科學(xué)史上是一塊圣地，它最早是嘉士伯啤酒公司創(chuàng)始人J。 C。雅各布森(J。 C。 Jacobsen)的住處。后來(lái)雅各布森將此地指定為“投身于科學(xué)、文學(xué)或藝術(shù)事業(yè)之男男女女的榮譽(yù)會(huì)所”。

從1932年至1962年，丹麥籍物理學(xué)家尼爾斯·玻爾就曾在該學(xué)院工作，并憑借在量子力學(xué)如何決定原子結(jié)構(gòu)方面的貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。玻爾曾與阿爾伯特·愛因斯坦、維納·海森堡以及J。羅伯特·奧本海默等科學(xué)界名流在該學(xué)院散步和交流，探討奠定了核時(shí)代基礎(chǔ)的基本物理學(xué)問(wèn)題。

時(shí)至今日，嘉士伯基金會(huì)(位于嘉士伯學(xué)院)仍然是舉辦科學(xué)會(huì)議和專題研討會(huì)的大本營(yíng)和后花園。今年5月，這里召開了為期三天的會(huì)議，十幾位來(lái)自全球各地的科學(xué)家們聚集在此，圍繞一個(gè)既令人著迷又令人困惑的根本問(wèn)題分享自己的看法。這個(gè)問(wèn)題之于他們，就像當(dāng)年的量子力學(xué)之于玻爾，那就是：大腦是如何工作的?

—Brian Stauffer

他們主要討論了準(zhǔn)備如何解決這一問(wèn)題。信息是如何在這一像海綿般、充滿脂肪的器官中得以呈現(xiàn)和處理的?860億個(gè)形狀和其他物理屬性差異巨大的神經(jīng)如何通過(guò)相互作用，促成了人類的推理、決策和運(yùn)動(dòng)?是什么因素使得這些系統(tǒng)會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)失靈，又是什么因素使得這些系統(tǒng)能恢復(fù)正常?

這些都屬于此前從未有人探討的大問(wèn)題，而到目前為止，我們最多只能說(shuō)答案還是粗淺的、暫時(shí)的。

“我們正不斷取得進(jìn)展，但問(wèn)題依然非常棘手。”西北大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家薩拉·索拉(Sara Solla)說(shuō)道。她參加了今年的哥本哈根會(huì)議，也參加過(guò)2016年在嘉士伯學(xué)院舉辦的類似會(huì)議。另一位參會(huì)者，紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院的捷爾吉·布薩基(György Buzsáki)很擅長(zhǎng)吸收各種科研成果，但仍未能從這些成果中理出頭緒。他說(shuō)道：“我們離目標(biāo)還相當(dāng)遙遠(yuǎn)。”他剛寫了一本新書，名叫《由內(nèi)而外看大腦》(The Brain From Inside Out)。他在書中寫道：“神經(jīng)科學(xué)仍處于初期階段。”

我們需要更基礎(chǔ)的大腦理論

顯然，大腦仍然是很神秘的東西。我們?nèi)匀徊磺宄撊绾沃委煱柎暮Ｄ?、精神分裂癥，以及其他會(huì)造成嚴(yán)重后果的神經(jīng)失調(diào)?？茖W(xué)家們甚至還不清楚抗抑郁藥起作用或者常常不起作用的原因是什么。擺在參加哥本哈根會(huì)議的神經(jīng)科學(xué)家們面前的挑戰(zhàn)提醒著他們，關(guān)于大腦的問(wèn)題有多么艱深困難，即便腦科學(xué)已經(jīng)成為我們這個(gè)時(shí)代最受追捧的科研前沿。

幾十億美元的資金正在流入諸如美國(guó)的大腦計(jì)劃、歐洲的人類大腦項(xiàng)目和“中國(guó)大腦”計(jì)劃之類的研究和神經(jīng)技術(shù)項(xiàng)目。神經(jīng)科學(xué)家們最近披露，他們通過(guò)操控20個(gè)神經(jīng)元讓老鼠產(chǎn)生了幻覺(jué)。埃隆·馬斯克聲稱，他共同創(chuàng)辦并投入1億美金的Neuralink公司很快就能將極其細(xì)微的“線”(電極探針)插入人類大腦，從而記錄至少1000個(gè)大腦細(xì)胞的信息，而這是通往腦機(jī)心靈感應(yīng)交互的重要一步。

然而，盡管科學(xué)家們也許能夠用越來(lái)越嫻熟的技巧探索大腦的局部區(qū)域，但如果對(duì)大腦沒(méi)有一個(gè)全面的理解，沒(méi)有建立起對(duì)大腦的正確理論(就像玻爾和他的同事們?cè)诟绫竟鶆e墅里構(gòu)建的原子理論那樣)，神經(jīng)科學(xué)就只能取得漸進(jìn)式進(jìn)展，仍然需要依靠不斷地試錯(cuò)，甚至需要一點(diǎn)運(yùn)氣。

全面理解大腦是一個(gè)急迫的問(wèn)題，因?yàn)槿祟惿鐣?huì)已經(jīng)被神經(jīng)和心理疾病困擾已久，并且為此付出了極大的成本和精力。此外，有人宣稱人類大腦可以被駕馭、被更新，可以與機(jī)器融合，甚至意識(shí)可以被上傳到永不休眠的云端服務(wù)器中;而如果理解大腦這一問(wèn)題仍然懸而未決，這一切都無(wú)從談起。

毫無(wú)疑問(wèn)，探究人類和實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物大腦的技術(shù)已經(jīng)讓神經(jīng)科學(xué)家們理解了認(rèn)知的某些面向，例如注意力和記憶是如何在電子信號(hào)和生物化學(xué)變化中體現(xiàn)出來(lái)的。

—Andrew Baker

不過(guò)，這些解釋性研究成果并沒(méi)有解決更大的、實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題。比如說(shuō)，一些理論能夠解釋神經(jīng)元如何通過(guò)相互作用，引起走下樓梯之類的行為，但這些理論不一定適用于經(jīng)驗(yàn)的其他方面，例如你是如何決定要走下樓梯的，或者你是如何回憶起你祖母家里的樓梯的。神經(jīng)科學(xué)尚未建立起像物理學(xué)那樣具有預(yù)測(cè)能力的更基礎(chǔ)的理論，對(duì)物理學(xué)而言，引力理論可以解釋為什么行星會(huì)圍繞恒星轉(zhuǎn)動(dòng)，也能解釋為什么你的筆會(huì)掉到地上。“單一神經(jīng)細(xì)胞已經(jīng)得到部分理解，盡管不是全部。但如果我們把注意力從單一神經(jīng)細(xì)胞上挪開，那么沒(méi)人知道多個(gè)神經(jīng)細(xì)胞是如何協(xié)同運(yùn)作從而產(chǎn)生感知、思想或自主行為的。”丹麥神經(jīng)科學(xué)家佩爾·羅蘭(Per Roland)說(shuō)道。

羅蘭在今年5月和2016年各組織了一次哥本哈根研討會(huì)，在每一次會(huì)上，他都會(huì)讓來(lái)訪的神經(jīng)科學(xué)家探討電極如何在他們各自所研究的大腦區(qū)域相互重疊和融合。他強(qiáng)調(diào)，建立一種關(guān)于大腦如何工作的好理論并不只是出于學(xué)術(shù)研究需要。羅蘭認(rèn)為，通過(guò)將目前的特定研究方式與理論框架結(jié)合起來(lái)，可以讓神經(jīng)科學(xué)取得巨大進(jìn)展。如果不對(duì)更基礎(chǔ)的假說(shuō)進(jìn)行驗(yàn)證，神經(jīng)科學(xué)家們必然不能從所有令人贊嘆的探測(cè)大腦的技術(shù)中提出深刻的新洞見。沒(méi)人希望用Neuralink設(shè)備從事漫無(wú)目的的研究。“比方說(shuō)，假設(shè)我們確實(shí)可以記錄大腦100萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，”羅蘭說(shuō)，“你會(huì)得到很多數(shù)據(jù)，但你想從里面找到什么呢?我們至少要對(duì)自己要找的東西有一些概念。”

即便我們尚未接近于建立大腦的基礎(chǔ)理論，斯蒂夫·拉米雷斯(Steve Ramirez)認(rèn)為，他和他的神經(jīng)科學(xué)家同行們也許最終能找到一條正確的路徑，建立這樣的理論。所以，在與參加哥本哈根會(huì)議的某些科學(xué)家們交談之后，我來(lái)到了拉米雷斯的實(shí)驗(yàn)室，他在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室里搞出了一些不可思議的成果。

記憶研究能揭示什么？

現(xiàn)年31歲的拉米雷斯在2013年就讀麻省理工學(xué)院研究生時(shí)就得到了學(xué)術(shù)界的關(guān)注，當(dāng)時(shí)他和一個(gè)同事輕微激活了一只小鼠的恐懼記憶。當(dāng)他們把恐懼記憶激活時(shí)，呆在盒子里的小鼠立刻驚恐得無(wú)法動(dòng)彈，盡管盒子里沒(méi)有什么讓它感到恐懼的東西。當(dāng)他們把恐懼記憶消除時(shí)，小鼠毫不猶豫地又重新在盒子里跑來(lái)跑去了。

隨后，拉米雷斯和他的合作者又用另一只小鼠做實(shí)驗(yàn)，他們事先在小鼠大腦中植入了恐懼記憶，接下來(lái)他們不需要激活這段記憶，小鼠就對(duì)盒子產(chǎn)生了巨大的恐懼。不過(guò)，拉米雷斯和他的合作者已經(jīng)事先在老鼠大腦中植入了恐懼記憶。然后，他們又把該記憶從大腦中抹掉。他們借用克里斯托弗·諾蘭的科幻電影《盜夢(mèng)空間》的名字，把這項(xiàng)研究稱為“盜夢(mèng)項(xiàng)目”(Project Inception)。

如今拉米雷斯已成為波士頓大學(xué)神經(jīng)科學(xué)助理教授，他仍在研究如何操縱小鼠的記憶，而且研究得更深入了。今年5月，拉米雷斯和他的同事們宣布，他們可以從根本上調(diào)節(jié)老鼠記憶的容量，使得積極體驗(yàn)而非消極體驗(yàn)更容易被老鼠記住。

拉米雷斯是一個(gè)喜歡自嘲又善于社交的人，他的辦公桌上貼有一個(gè)標(biāo)簽，寫著“世界上最棒的老板”。他似乎仍然對(duì)人類能夠如此有效地操控大腦感到不可思議。在他辦公桌上方的高處有一個(gè)架子，擺著6個(gè)空香檳酒瓶，它們是慶祝重要論文發(fā)表或其他里程碑事件的紀(jì)念物。當(dāng)我在7月拜訪他的前一天晚上，一瓶新的香檳剛被開啟，因?yàn)槊绹?guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院剛授予他的實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)一筆為期5年的研究經(jīng)費(fèi)，那是他們極為渴望的。

如果你事先不知道拉米雷斯的實(shí)驗(yàn)室從事的是記憶研究，你第一眼可能會(huì)把這里誤認(rèn)為某類科技創(chuàng)業(yè)公司。博士后、研究生，甚至少數(shù)幾個(gè)本科生研究員坐在小隔間的電腦前。但你只要轉(zhuǎn)個(gè)彎，就進(jìn)入了一個(gè)潔凈的白房間。在那里，你能看到一整個(gè)小鼠大腦在試管底部漂浮，還能看到一臺(tái)機(jī)器，看起來(lái)仿佛是全世界最精細(xì)的熟食切片機(jī)，它能將小鼠大腦切成足夠薄的切片，供研究員放在載玻片上，用標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡進(jìn)行觀察。

—Andrew Baker

沿著大廳有幾間如大型衣柜般大小的房間，它們是從事光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的地方。這種技術(shù)大約2005年由斯坦福大學(xué)的卡爾·戴瑟羅斯(Karl Deisseroth)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，如今已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的一種便宜的工具。在最近的讓老鼠產(chǎn)生幻覺(jué)的研究中，戴瑟羅斯也是領(lǐng)軍人之一。

光遺傳學(xué)技術(shù)始于某種精巧的基因工程技術(shù)。通過(guò)將一種病毒注射進(jìn)動(dòng)物的大腦，科學(xué)家們可以有選擇性地修改特殊類型的神經(jīng)元，以便讓這些神經(jīng)元對(duì)光脈沖產(chǎn)生敏感，并且在處于激活狀態(tài)時(shí)發(fā)光。激光發(fā)射器通過(guò)小鼠頭骨上的一個(gè)孔被插入大腦中，該發(fā)射器的開閉可以激活或抑制神經(jīng)元。同時(shí)，亮光也使得繪制哪些細(xì)胞在特定時(shí)間段處于激活狀態(tài)成為了可能。

拉米雷斯和他最初的合作伙伴劉旭(Xu Liu)第一次使用這項(xiàng)技術(shù)開關(guān)記憶時(shí)，他們瞄準(zhǔn)了海馬體中的細(xì)胞。眾所周知，海馬體是哺乳動(dòng)物記憶形成和存儲(chǔ)的區(qū)域。這項(xiàng)研究意義深遠(yuǎn)。所有構(gòu)成心智生活的無(wú)形體驗(yàn)必定根植于有形的大腦物理結(jié)構(gòu)之中——即使我們接受了這一事實(shí)，要親眼看到意識(shí)的一個(gè)重要特征如何從大腦中產(chǎn)生，這仍會(huì)令人感到不安。

—Brian Stauffer

然而，這項(xiàng)研究的目的已經(jīng)超越了這個(gè)形而上學(xué)問(wèn)題，它還涉及海馬體之外的大腦細(xì)胞。多年來(lái)，科學(xué)家們已經(jīng)不止步于激活神經(jīng)元簇，他們還能嫻熟地激活一個(gè)個(gè)神經(jīng)元，并且能夠在單個(gè)神經(jīng)元作出決策的時(shí)刻激活或抑制它們。如今，在這些實(shí)驗(yàn)中發(fā)光的神經(jīng)元正在幫助我們繪制關(guān)于大腦行為的更細(xì)致、更精微的圖像。拉米雷斯希望自己能夠在大約在5年內(nèi)，將小鼠身上記憶形成和回憶的全過(guò)程生成一張三維渲染圖。該圖像將顯示整個(gè)大腦中的細(xì)胞如何保有一段記憶。它還將揭示神經(jīng)元會(huì)不會(huì)以差異足夠顯著的不同方式同步運(yùn)作，產(chǎn)生積極記憶和消極記憶，以及如果答案是肯定的，這個(gè)過(guò)程又會(huì)如何進(jìn)行。

他的終極目標(biāo)不一定是把光遺傳學(xué)運(yùn)用到人類大腦上——那需要通過(guò)基因工程改變?nèi)祟惖纳窠?jīng)元，并將發(fā)光的激光發(fā)射器插進(jìn)人類的腦袋里。相反，他想知道，小鼠記憶所涉及的大腦結(jié)構(gòu)在多大程度上與人類大腦相似，并且這些結(jié)構(gòu)在記憶中所發(fā)揮的作用在多大程度上被低估了。如果真是這樣，我們就有可能研發(fā)藥物(或者改進(jìn)現(xiàn)有藥物)，瞄準(zhǔn)那些區(qū)域中的細(xì)胞。拉米雷斯推測(cè)說(shuō)，這些藥物或許可以重建或增強(qiáng)人們回憶的能力。也許它們還能與心理治療或其他療法結(jié)合起來(lái)，有效抑制負(fù)面經(jīng)歷帶來(lái)的創(chuàng)傷。

尚在襁褓的神經(jīng)科學(xué)

在為整個(gè)大腦的工作機(jī)制建立終極理論尚未取得進(jìn)展的情況下，這些研究能夠取得突破嗎?拉米雷斯說(shuō)，他不敢保證。一方面，修復(fù)一個(gè)你尚未完全理解的系統(tǒng)也是有可能的。“我是玩‘超級(jí)任天堂’和‘任天堂64’長(zhǎng)大的，我不知道為什么有時(shí)候游戲機(jī)會(huì)死機(jī)，但每個(gè)人都會(huì)把卡帶拿出來(lái)，朝里面吹吹氣，再把它插進(jìn)游戲機(jī)，你知道吧?”他說(shuō)，“或者這有點(diǎn)像是，如果你的筆記本電腦無(wú)法啟動(dòng)了，或者死機(jī)了，你沒(méi)法重啟它或者進(jìn)行任何操作，有時(shí)候你只要關(guān)掉它就好了。你離開電腦，喝上一杯咖啡，然后再回到電腦前，發(fā)現(xiàn)居然又能開機(jī)了。你并不需要依靠計(jì)算機(jī)科學(xué)來(lái)理解剛才所發(fā)生的一切，但你不知怎么就修好了它，你的辦法奏效了。”

這種情況也會(huì)發(fā)生在生物學(xué)中。早在理解免疫系統(tǒng)的運(yùn)作原理之前，人們就靠著運(yùn)氣和試錯(cuò)發(fā)明了疫苗和抗生素，為世界帶來(lái)了巨大的改變。拉米雷斯能夠讓記憶形成或者被抹掉，即便他或其他人都不知道記憶是如何存儲(chǔ)在大腦中的。“我們一定要理解某個(gè)現(xiàn)象的每一個(gè)細(xì)節(jié)，才能知道如何解決問(wèn)題嗎?”他說(shuō)，“有時(shí)我們可能會(huì)碰巧發(fā)現(xiàn)答案。”

不過(guò)他承認(rèn)，科學(xué)家離理解大腦的組織原則還差得遠(yuǎn)，而且建立一個(gè)整體模型的確有可能幫助神經(jīng)科學(xué)獲得更大進(jìn)展。他提到了一本名叫《神經(jīng)科學(xué)原理》(Principles of Neural Science)的教科書。“那本書應(yīng)該完全留白，”他說(shuō)，“也許我們已經(jīng)知道的唯一原理就是，大腦是由大腦細(xì)胞構(gòu)成的。”

然而有趣的是，他補(bǔ)充說(shuō)，這種情況可能正在發(fā)生改變，因?yàn)樯窠?jīng)科學(xué)家們即將全面理解大腦究竟是什么。

—Brian Stauffer

幾個(gè)世紀(jì)的醫(yī)學(xué)和實(shí)驗(yàn)觀察形成了這樣一種印象，即人類經(jīng)驗(yàn)的很多特征來(lái)自大腦的特定區(qū)域：在一根鐵棍戳穿了一個(gè)鐵路工頭的大腦額葉后，他變成了一個(gè)性情暴躁的混蛋;另一個(gè)人被摘除了海馬體后，無(wú)法再形成記憶;視覺(jué)皮層受損會(huì)讓你成為瞎子。

然而過(guò)去幾十年的研究成果越來(lái)越清楚地表明，大腦的不同區(qū)域以多種方式彼此協(xié)同工作?？匆娛挛锊粌H僅是通過(guò)眼睛接受到視覺(jué)信號(hào)，它還與基于其他輸入信號(hào)理解圖像有關(guān)，包括你對(duì)過(guò)去見過(guò)的類似事物的記憶。這也說(shuō)明了為什么拉米雷斯繪制記憶圖需要付出如此大的努力，記憶涉及所有大腦區(qū)域的細(xì)胞，而不僅僅涉及海馬體。

“大腦可不是一塊華夫餅，不是說(shuō)這個(gè)格子負(fù)責(zé)處理空間，那個(gè)格子負(fù)責(zé)處理運(yùn)動(dòng)，還有一些小格子負(fù)責(zé)處理抑郁，”拉米雷斯說(shuō)，“大腦花了40億年，才進(jìn)化成這樣一盤相互糾纏的意面，各部分之間以相當(dāng)復(fù)雜的方式進(jìn)行互動(dòng)。大腦中的每件事物都會(huì)與自己互動(dòng)。”

在紐約大學(xué)的捷爾吉·布薩基看來(lái)，進(jìn)一步發(fā)展上述觀點(diǎn)對(duì)于神經(jīng)科學(xué)而言是革命性的。在哥本哈根會(huì)議上和在他的新書中，布薩基認(rèn)為，神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)太長(zhǎng)時(shí)間陷在了1890年就首次提出的觀點(diǎn)中。

那一年，威廉·詹姆斯(William James)出版了兩卷本的《心理學(xué)原理》。在書中，這位哲學(xué)家兼心理學(xué)家勾勒了他所謂的“心智生活的科學(xué)”。詹姆斯寫道，他對(duì)“感覺(jué)、欲望、認(rèn)知、推理、決策等諸如此類的心智活動(dòng)”如何從大腦中產(chǎn)生這一問(wèn)題非常感興趣，并且他花了好幾個(gè)章節(jié)來(lái)闡述諸如注意力、習(xí)慣、推理、想象和時(shí)間感知等心智特征的性質(zhì)。(在詹姆斯論時(shí)間那一章，即第二卷第十五章中，他寫道：“陶醉于吸食大麻后的體驗(yàn)中，人們明顯對(duì)時(shí)間的感知度有很奇特的提升。當(dāng)我們說(shuō)出一句話，在話說(shuō)完之前，說(shuō)出這句話的最初幾個(gè)字似乎已是發(fā)生在無(wú)比遙遠(yuǎn)之前的事情了。”)

由于神經(jīng)科學(xué)是從心理學(xué)中分離出來(lái)的，20世紀(jì)的神經(jīng)科學(xué)家采納了詹姆斯的觀點(diǎn)，設(shè)法明確詹姆斯所描述的體驗(yàn)的神經(jīng)機(jī)制。不過(guò)，盡管詹姆斯的分類法有助于描述意識(shí)的不同特征，但布薩基還是指出，這些分類有些隨意：它們不一定能描述我們?cè)诖竽X中看到的獨(dú)特模式或狀態(tài)。

—Andrew Baker

因此，布薩基認(rèn)為，神經(jīng)科學(xué)不應(yīng)該只是“從外向里”看，即從現(xiàn)實(shí)世界中選擇某些刺激或體驗(yàn)，然后試圖在大腦中找出相應(yīng)的神經(jīng)關(guān)聯(lián)。他的想法截然相反，認(rèn)為應(yīng)該“從里向外”看。這種方法首先觀察的是整個(gè)大腦的行為模式，然后再去考察這些模式如何產(chǎn)生人類體驗(yàn)的多重面向。

布薩基對(duì)“從外向里”和“從里向外”的區(qū)分，有助于重新審視大腦研究的前景。

新的技術(shù)和數(shù)據(jù)有用嗎？

在很多神經(jīng)科學(xué)家看來(lái)，研究的關(guān)鍵就是使用新技術(shù)獲得越來(lái)越多的精細(xì)數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)總有一天能使得在細(xì)胞層面進(jìn)行精確干預(yù)成為可能。然而要想理解整個(gè)大腦，一次實(shí)驗(yàn)記錄了多少個(gè)神經(jīng)元數(shù)據(jù)并不是至關(guān)重要的參數(shù)。與這些數(shù)據(jù)同樣重要的是科學(xué)家同時(shí)探測(cè)了多少個(gè)大腦區(qū)域，這點(diǎn)甚至可能更加重要。

“我們可以記錄更多的神經(jīng)元信息，并且這些信息的質(zhì)量對(duì)于實(shí)驗(yàn)人員來(lái)說(shuō)也會(huì)越來(lái)越好，”布薩基說(shuō)，“但為了搞清楚哪些信息對(duì)于理解大腦的工作機(jī)制有用，你需要同時(shí)記錄下游大腦結(jié)構(gòu)中的信息，從而了解這些信號(hào)是否被其他神經(jīng)元利用。僅僅說(shuō)‘我記錄了海馬體中500萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的信息’是不夠的，新皮層如何理解這500萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的產(chǎn)出，這點(diǎn)同樣十分重要。神經(jīng)的信息就在這些互動(dòng)中。”

根據(jù)上述觀點(diǎn)，如果埃隆·馬斯克的Neuralink公司能夠同時(shí)記錄1000個(gè)神經(jīng)元信息，正如馬斯克在最近的公開活動(dòng)中炫耀的那樣，這“對(duì)于制造腦機(jī)界面而言是一件非同尋常的事情”，布薩基說(shuō)。神經(jīng)科學(xué)家們驚訝于該公司是如何將三種技術(shù)融合在一起的：柔韌的電極、將電極注射進(jìn)大腦的裝置、在大腦和設(shè)備之間成功傳輸數(shù)據(jù)的方法。然而除此之外，Neuralink公司的產(chǎn)品還有什么其他用處呢?這就很難說(shuō)了。記錄1000個(gè)神經(jīng)元、甚至更多數(shù)量的神經(jīng)元信息，并不必然能揭示出關(guān)于大腦的新洞見。

—Andrew Baker

探測(cè)大腦的任何新工具都可以打開“一扇新的窗戶”，布薩基說(shuō)，“但只有你能以不同的方式看待事物時(shí)，那扇新窗戶才有用。今天我可以做出比艾薩克·牛頓更精密的實(shí)驗(yàn)，但那不能使我成為艾薩克·牛頓。”

布薩基相信“從外向里”的框架強(qiáng)化了人們的誤解，認(rèn)為大腦是被動(dòng)的，這有點(diǎn)像計(jì)算機(jī)——一個(gè)感知引擎從外部世界獲取刺激，再用某種內(nèi)部模型表征那些刺激，而這種模型能將被感知到的事物區(qū)分為好或壞，然后決定采取何種行為，由分管運(yùn)動(dòng)的各個(gè)大腦區(qū)域協(xié)作執(zhí)行。

但即便是昆蟲和其他物種當(dāng)中最小、最簡(jiǎn)單的大腦，盡管小得無(wú)法區(qū)分感知和運(yùn)動(dòng)中心，它也可以采取行動(dòng)，做出回應(yīng)。這些動(dòng)物的大腦和人類大腦又有哪些共同之處呢?它們可以讓自己的身體在自己所處的環(huán)境中生存下去。布薩基認(rèn)為，大腦只有一個(gè)主要的進(jìn)化目標(biāo)：探索世界，持續(xù)從“成功的探索式行為的后果”中學(xué)習(xí)，以便將來(lái)重復(fù)使用。人類與其他生物體的區(qū)別在于，我們更擅長(zhǎng)于此。至關(guān)重要的是，即便在大腦活動(dòng)過(guò)程中并不存在某種決策中心，人類仍然擅長(zhǎng)于學(xué)習(xí)，布薩基說(shuō)道。“大腦不是用來(lái)處理信息的，”他寫道，“而是用來(lái)創(chuàng)造信息的。”

—Brian Stauffer

盡管這種觀點(diǎn)和其他不斷涌現(xiàn)的大腦理論均假定，大腦并非以神經(jīng)科學(xué)家通常所想象的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，但它們很可能帶來(lái)了反直覺(jué)的好處，那就是為理解大腦的工作機(jī)制掃清障礙。畢竟，如果所有構(gòu)成認(rèn)知基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)都要服務(wù)于大腦對(duì)世界提出和檢驗(yàn)假設(shè)的努力，那么這些經(jīng)驗(yàn)可能就具有共同的機(jī)制，能夠被探測(cè)和解釋——也許還能用公式去描述，這是所有健全的科學(xué)理論的基礎(chǔ)。事實(shí)上，至少有一些哥本哈根會(huì)議的參會(huì)者看到了一些跡象，認(rèn)同布薩基的觀點(diǎn)可能是對(duì)的。

華盛頓大學(xué)的計(jì)算神經(jīng)科學(xué)家阿德里安·費(fèi)爾霍爾(Adrienne Fairhall)指出，當(dāng)科學(xué)家同時(shí)測(cè)量很多神經(jīng)元在網(wǎng)絡(luò)水平的行為時(shí)，相對(duì)于參與其中的細(xì)胞和突觸的數(shù)量，這些神經(jīng)元的行為模式“沒(méi)那么復(fù)雜”。她說(shuō)，我們應(yīng)該有可能用公式或算法發(fā)現(xiàn)這些模式，就像描述其他復(fù)雜而動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，比如人群或流體。

正如科學(xué)家不用測(cè)量液體或氣體中的每一個(gè)原子，就可以使用流體動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)液體和氣體的行為，神經(jīng)科學(xué)家也可以不用測(cè)量每一個(gè)腦細(xì)胞，就能通過(guò)模型預(yù)測(cè)大型神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的行為。

在進(jìn)入神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域之前，西北大學(xué)的薩拉·索拉曾經(jīng)是一名理論物理學(xué)家，她說(shuō)，幾百萬(wàn)年的演化可能已經(jīng)讓神經(jīng)元行為產(chǎn)生了諸多變異，而更高層面的系統(tǒng)仍然運(yùn)行良好。“演化在行為層面運(yùn)作，”她說(shuō)道，“演化不會(huì)告訴第52號(hào)神經(jīng)元：嘿，你和大家不在一個(gè)調(diào)子上。”最近的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在僅僅擁有300個(gè)神經(jīng)元的蛔蟲身上證明了這一觀點(diǎn)。盡管遺傳信息完全相同的蛔蟲做出相同的動(dòng)作，它們身上單個(gè)神經(jīng)元的行為卻大相徑庭。細(xì)胞活動(dòng)的不同組合可以產(chǎn)生同樣的更高層面的行為。

—Brian Stauffer