神经学家打造超级人脑,未来或诞生"可创造"意识

据国外媒体报道，人工智能是一个热门的研究领域，科学家试图通过模拟人脑的活动来研制出先进的机器人，其终极目标是创造意识。人类的大脑是否能建立起一个超级复制品呢？在ted大会上，洛桑联邦理工学院蓝脑计划负责人亨利・马克拉姆宣布了一项超级蓝图，如果该计划获得成功，那么十年之内或诞生可创造意识形态的全息技术，其有助于创造一个拥有自我意思的人工智能。这位出生于南非的神经学家目前正在试图建立一个完整的人脑模型，从微小的突触到整个脑部半球，并通过一台超级计算机进行模拟。

人工智能已经困扰了科学家几十年之久，大部分人认为这是不可能实现的，意识之谜可能永远无法解开。人脑的结构非常复杂，拥有860亿个神经元以及千万亿级的连接，如果我们能将人脑完全拆开，那么这里将是一片全新的领域。来自加州理工学院的克里斯托夫・科赫教授认为蛔虫仅仅有302个神经元，但是我们还没弄懂这种生物是如何“工作”的。虽然多数神经科学的学科带头人认为马克拉姆的计划并不现实，但是他已经获得了一些支持，一组由15位神经科学博士组成的科学家团队试图模拟拥有100万神经元的老鼠大脑皮层。

相比较于老鼠大脑皮层，人类大脑显得更加复杂，需要更多的资金投入，对此欧盟委员会在今年1月拨款10亿欧元对该项目进行支持，如果马克拉姆的“复制意识”计划获得成功，那么人类必然将进入全新的时代。

书单｜脑科学+提升记忆力最有价值的8本书

以上问题，你想知道答案吗？

怀着对大脑和记忆力的好奇，我收集了30多本关于 脑科学、记忆力的书 ，作者有著名的 神经学家、心理学家、医学博士 等，分别从不同角度阐述大脑的工作原理、有效提升记忆力的科学建议。

读后从中选出最有价值的8本书，推荐给大家。

作者 约翰?梅迪纳 ，是一位杰出的生物学家、教授、畅销科普作家。

《让大脑自由》一书用生动的语言、丰富的案例，解析了艰深的主题，阐述 大脑的工作原理，如何高效用脑进而释放大脑潜力。

全书逻辑清晰，易读易懂，是一本很棒的脑科学科普书。

作者 诺曼?道伊奇 ，是医学博士、精神科医生、教授，同时还是畅销书作家、诗人。

《重塑大脑 重塑人生》一书是介绍 神经可塑性的经典科普书，集合了最近10年大脑研究的精华，通过诸多实例，来说明大脑可以改变的、是如何改变的。

这本书读起来更象一本故事书，作者以深厚的写作功底，将科学研究中的实例，叙述的生动细致，将经历曲折的真人真事与科学知识融为一体，读起来轻松有趣。

作者 温蒂?铃木 ，是知名神经科学家，纽约大学终身教授，同是还是一位出色的健身教练，多年致力于身体对大脑健康的研究。

《锻炼改造大脑》一书通过讲述作者运动、科研的亲身经历，展现 如何运用神经科学原理，用运动改善大脑，彻底改变自己生活的大脑训练法。

全书专业细致，又通俗易懂，贴近实际，感性的真实故事与理性的科学分析结合。你可以把它当作一本脑科学科普书来读，也可以当作一本改善大脑功能的说明书，还可以当作一本小说。

作者 桦泽紫苑 ，是日本著名神经科医生，作家，过去20年读书超过6000本，并持续通过社交媒体传播和输出高效记忆、高效读书的相关知识。

《过目不忘的读书法》一书从神经科医生角度，介绍了作者的 过目不忘读书法体系，帮助读者学会科学高效阅读，内化知识，快速成长 。

全书以具体方法为主，提出的观点有专业依据，又通俗易懂，值得学习借鉴。

作者 本尼迪克特?凯里 ，是美国学习问题专家，《普林斯顿评论》创始人，畅销书作家，本人是一位尖子生，毕业于沃顿商学院、牛津法学院。

《如何学习》一书主要介绍了 简单、高效的“赛博学习法”， 这个方法是作者观察和采访数百位考入常青藤大学的美国尖子生，概括总结他们的优秀方法学习形成的。书中还介绍了学习科学的基本理论，和一些经过反复验证的研究成果，提供了很多增强记忆力、理解力的方法，及两种利用潜意识的方法。

全书用大量各学科的实例，来说明方法如何运用，专业又浅显，生动易读。

作者是 东尼?博赞 ，著名的思维导图发明者，关于大脑和学习的100多本畅销书的作者、合著者。

《启动大脑》一书畅销全球40多年，被称为“大脑使用说明书”， 系统介绍了大脑工作方式，如何增强记忆力、创作思维导图、快速阅读、记笔记，帮助读者加深对自我的认识，形成自己的思维方式。

这本书是东尼?博赞思维导图系列丛书中的一本，大脑系列书的基础，全书图文并茂，逻辑清晰，简洁好读，对了解大脑、改善记忆力很有价值。

作者 斯坦尼斯拉斯?迪昂 ，是著名认知神经科学家，欧洲脑科学研究领头人，也是数学认知、语言及阅读、教育领域专家。

《脑与阅读》一书提出并论证了 阅读是神经元再利用假说， 否认了人脑可以无限适应环境、吸收文化的观点， 认为人脑的结构会受到遗传的限制，同时神经回路具有一定可塑性 。书中还介绍了阅读障碍、阅读学习方面的最新研究成果。

这本书不是很通俗易懂，如果没有脑科学方面基础知识，阅读有些难度。但书中观点和论据有价值、有深度，读后可以更深入的理解大脑和阅读。

作者是 东尼?博赞 ，著名的思维导图发明者，关于大脑和学习的100多本畅销书的作者、合著者。

《超级记忆》与《启动大脑》同为东尼?博赞思维导图系列丛书。

本书详细全面的介绍了 记忆的多种经典方法、高级方法，以及自我增强型大师级记忆矩阵（SEM3）， 可以视为一本 记忆方法大全，包含了常见的绝大多数记忆方法 ，一一进行细致介绍，并运用大量的实例、插图辅助说明，还给出练习，帮助读者边学边练，更快的掌握方法。

全书生动易懂，可读性、实用性都较强。

人脑为什么能记忆.?

古希腊的神话故事说，记忆是神起的作用．有个叫尼库妮西的女神，专管生灵的记忆，“记忆”一词就来自她的名字。 其实，记忆是脑的功能。如果脑子睡着了，或麻醉后暂时失去意识，外界的一切事物也就无论感知、无法记忆了。

有人估计，人脑的记忆容量等于全世界藏书总量中所有的信息。这么多的信息是贮存在哪里的呢？1951年，在加拿大蒙特利尔麦吉尔大学神经学研究所工作的著名神经外科医生彭菲 尔特，在给一个癫痫病人做手术时，偶然刺激到病人右侧大脑 半球的颞上叶，病人突然回忆起以往曾经听到过的一个管弦乐队演奏的情景。当他重复刺激时，病人又听到了同样的音乐。后 来，他给一个11岁的病儿做手术时，刺激了左侧颞叶，这个孩 子也突然回忆起过去跟孩子们玩耍的情景。这些事实表明，大脑颞叶是重要的记忆中枢。此后，科学家相继发现，大脑边缘系 统的许多区域，也与记忆有关。

然而，美国心理学家拉什利却认为，脑中不存在特殊的记忆仓库。他在各种动物身上做了很多实验，发现动物的学习成绩与大脑特定部位的切除关系不大，而与切除面积有关：切除面积越大，对学习成绩的影响也越大。拉什利及其支持者提出，神经细胞之间形成复杂的神经网络系统，没有一个神经细胞能脱离细胞群独自贮存记忆信息。

在人脑中有没有特殊的记忆仓库呢？到目前为止，这仍是一个没有定论的问题。

记忆究竟以什么形式存在于头脑之中呢？这是科学家们十分关注的又一个记忆之谜，自本世纪60年代，人们就设想人脑细胞中可能有无数的记忆分子。最初提出这一见解的是美国密 执安大学的心理学教授麦戈尼尔。1962年，他用涡虫做实验：在开灯的同时给予电击，多次重复后涡虫一见灯光便蜷缩起来。 未经训练的涡虫仍有趋光性，不会对灯光产生逃避反应。麦戈尼尔把训练过的涡虫磨辞，结未经训练的涡虫做饲料，结果这 些涡虫也产生对光的逃避反应。由此看来，带有这一信息的记 忆分子，已被输入未经训练的涡虫体内。

1965年，匈牙利出生的神经化学家安加用大白鼠做实验。 他把大白鼠放在由暗室和亮室组成的间隔箱内，通常大白鼠都 从亮室跑到暗室。可是，当暗室的电击装置使它们经受电击恐 怖训练之后，大白鼠便不再到暗室去了。安加抽取大白鼠脑室 内含有核糖核酸和蛋白质的脑脊液，注射到未经训练的大白鼠脑室内，后者也同受过训练的大白鼠一样“弃暗投明”了。后 来，美国得克萨斯州贝勒大学医学院的科学家，从4000只经过 上述训练的大白鼠脑内分离到一种多肽物质。这是由14个氨基 酸组成的单链，称之为恐暗素。把这种恐暗素注射到未经训练的3000只小白鼠的脑内，结果大多数小白鼠产生了逃避黑暗的反应。据此他们认为，恐暗素把大白鼠害怕黑暗的信息带给了小白鼠。

蛋白质的合成是由细胞内的核糖核酸控制的，因而更多的 人把探索的目光投向了核糖核酸。瑞典哥德堡大学的神经学家海登创造了一种能从脑中分离出单个神经元的技术，可以用来测定单个神经元的核糖核酸的含量。海登训练大白鼠学习平衡 身体爬越绳索以取得食物，结果发现，学习后大白鼠脑细胞中核糖核酸的结构（碱基的比例）有明显变化，由此推测核糖核 酸可能是贮存记忆信息的大分子。

与记忆有关的究竟是蛋白质还是核糖核酸呢？美国宾夕法尼亚大学的弗来克司纳夫妇巧妙地设计了一个实验：在训练小 白鼠学习走迷宫之前，运用一种注射后立即完全阻止蛋白质合成的药物（乙酸环已基酸亚胺），结果小白鼠没有忘记刚学会 的走迷宫技巧，却忘记了过去已学会的技能。看来，长时间的 记忆是与脑内蛋白质的合成密切有关的。不过，这个实验仍是间接的，核糖核酸和蛋白质是怎么在记忆中起作用的，仍是一 个未解之谜。

应该说，记忆迷宫的大门至今仍未打开，现今人们对于记忆生理机制的了解还只是一鳞半爪。但是，在国内外许多心理学家、神经生理学家和生物化学家的共同努力下，记忆之谜必 将彻底揭开，到那时，人类对自身的认识将进入一个崭新的阶段。

动物是否有意识?是否能思维?

没有 不能
意识是从大脑中数以亿计的神经元的协作中涌现出来的。但是这仍然太笼统了，具体来说，神经元是如何产生意识的？
17世纪的法国哲学家有一句名言：“我思故我在”。可以看出，意识在很长时间里都是哲学讨论的话题。现代科学认为，意识是从大脑中数以亿计的神经元的协作中涌现出来的。但是这仍然太笼统了，具体来说，神经元是如何产生意识的？近年来，科学家已经找到了一些可以对这个最主观和最个人的事物进行客观研究的方法和工具，并且借助大脑损伤的病人，科学家得以一窥意识的奥秘。除了要弄清意识的具体运作方式，科学家还想知道一个更深层次问题的答案：它为什么存在，它是如何起源的？

揭开无意识之谜

有意识思维之外的世界你每次关上办公室门时脑子里总会响起某个旋律。你总是喜欢可口可乐而不是百事可乐。配偶脸上的某种表情会莫名其妙地激发你的爱欲或怒气。还有，你当初与配偶结婚的理由现在看起来是多么不可理喻啊。

这些都证明你的无意识在积极发挥作用。尽管这些事例表面看起来虽无关联，但无不揭示了在有意识思维之外另一个不太理性的丰富内心世界。很久之前弗洛伊德就让世界认识到我们的所作所为取决于神秘的记忆和情感力量，如今人们重新开始探索思维和头脑的深度。威斯康星大学神经学家保罗·惠兰说：“我们每时每刻的行动大部分都是无意识的。如果每件事都处于意识的前沿，生活就会是一片混乱。”

凭借有放的神经成像技术，诸如“我们如何作出仓促决定”、“为何对毫无理由的决定感到不安”、“什么令我们满意”之类的问题即将得到解答不是通过研究某个人儿童时期的秘密，而是观察大脑特定部位的神经脉冲。几乎每周都会有这方面的新研究发表。流行文化对神经科学如此着迷，因此马尔科姆。格拉德韦尔的著作《眨眼之间：无意识思考的力量》4周以来一直保持在畅销书排行榜上。

我们当中大多数人都愿意接受这种观点：我们通过在某个遥不可及的地方进行的思维，对事物作出判断。但如今科学家们找到了这些思维过程的神经联接，它们位于大脑中从来不曾受到重视的部位，这些部位与其他部位联络，引发神经传递，并导致我们的行为。埃默里大学心理和行为科学系的教授克林顿·基尔茨说：“你的任何行为、思想、意识和无意识、日常活动，无不具有神经编码。我们最大的挑战就是找出如何研究并解开这些编码。”

无论对个人还是对医疗界来说，对人类无意识的初步了解都意义深远。人类行为也许不全然是高级理性思维的结果，这种认识可能动摇我们对某些宝贵价值观的信仰，例如自由意志、选择的能力，以及对这些选择的责任感等。我们永远无法控制自己的心跳节奏或脑边缘系统的活动。然而，格拉德韦尔写道，“我们的瞬间判断和第一印象都是有缘由并受到操控的……要解释我们的行为，我们就必须承认，一闪念有着与长时间理性分析同样的价值”。

认知神经科学家认为，人们仅在5％左右的认知活动中是有意识的，因此我们大多数的决定、行动、情绪和行为都取决于超出意识之外的那95％的大脑活动。从心跳、推购物车到决定不伤害一窝小猫，我们靠的是一种名叫“适应性无意识”的东西，它是大脑认识这个我们的精神和肉体都必须与之交流的世界的方式。适应件无意识让我们能驾车转过一个街角，而无需用复杂的计算来找出精确的转弯角度、汽车速度和驾驶半径。它还令我们能理解有歧义的句子的正确意思。

无意识研究的商业应用杰拉尔德·萨尔茨曼是哈佛商学院的名誉教授，但他却像神经科学家—样考虑意识层问题。他也是奥尔森·萨尔茨曼同仁咨询公司的创建合伙人之一，该公司指导企业更好地理解顾客的想法。作为营销学教授，萨尔茨曼喜欢研究是什么因素促使人们买某种东西而不是另一种在神经科学领域，这直抵关于动机问题的核心。

在探察客户意识的工作中，萨尔茨曼尝试找到一种方法能越过往往不可靠的抽样小组调查，避免不相干因素的干扰，学握客户的真正需求。这将令销售和推广工作更富有成效。

他的这种方法申请了美国专利，被称为“萨尔茨曼隐喻诱引术”（ZMET）。专利证书描述说，这是一项“得出影响思想和行为的互相联系之构造的技术。一直以来ZMET被用来制造信息以激发客户大脑95％的重要部分的回应，因为客户的很多选择都是在这部分大脑的推动下作出的。它的工作原理是取得那些人们不自觉地与某种产品或感觉联系起来的深度隐喻。

萨尔茨曼说，语言是很有限的，不能将它混同于思维本身。但图像却距离获取繁复而矛盾的无意识感觉世界的片断更近了一步。他要求他的实验对象画出能代表他们对某件事物的想法和感情的图画，即使他们无法解释为何这样画。萨尔茨曼发现，当人们这样做时，常常发现“—个放置在独特情景中的深刻隐喻”。他在世界各地进行研究后相信，这些无意识隐喻的种类是有限的，而且表达希望和悲伤等情感的隐喻对所有人都普遍适用。

萨尔茨曼发现，即使隐喻也具有实际用途。一家建筑公司请他帮忙设计一所新的儿童医院，设法让该医院的环境对住院的儿童、他们的父母和医院的工作人员来说不像过去那样难以忍受。借助ZMET技术，儿童、父母们和工作人员画出了这所医院令他们联想到的图像。随后，研究人员就这些图画对他们进行了近两个小时的询问，发掘他们的想法、感觉和联想。一系列隐喻在谈话中出现了。再经过一系列处理之后，尽管入们的表达和情绪千差万别，核心主题终于跃然纸上。对这所儿童医院来说，主要隐喻是转变，辅助隐喻是控制、交流和能量。

这些主题如何具体体现？2008年医院竣工之后，当患者和家人走进来时，他们会被蝴蝶图案——转变的象征一一所环绕。病房更像家居房间，患儿们对自己的个人空间能有一些控制权。从所有病房都能看到一个大型花园，它象征着转变、也象征着交流和能量。一名设计人员说：“以前，设计是下赌注，成败全凭运气。现在我们知道，这所医院最深层的主题必须与转变有关。”

当然。萨尔茨曼不是唯一研究客户想法的人。在《眨眼之间》一书中，格拉德韦尔描述了可口可乐公司犯下的代价高昂的错误。可口可乐公司根据蒙眼口味测试中的数据更改了饮料配方，但“新可口可乐”在市场上一败涂地。事实上，尽管口味不如百事可乐受欢迎，可口可乐在软饮料领域仍然是龙头老大。在格拉德韦尔的著作完成之后发布的一项最新研究也许能作出解释。

贝勒大学医学院的研究人员让67名可口可乐和百事可乐的支持者进行选择。当蒙注眼睛时，他们更喜欢百事可乐。但是当他们在喝之前看到公司商标时，3/4的入更喜欢可口可东。研究入员扫描了实验对象在测试过程中的大脑，发现可口可乐商标引发了与记忆和自我形象有关的大脑部位的剧烈活动；而百事可乐尽管对大多数人来说口味更好，却几乎没有对这些区域造成影响。这项研究去年10月发布时，贝勒大学布朗基金会人类神经扫描实验室的里德。蒙塔古对此作出了解释：“可口可乐商标有力地影响了人脑中与行为控制有关的活动——回忆和自我形象的闪现。”

他说，关键是大脑做出了能影响行为的反应”。奇怪的是，这种反应与意识层面的喜好毫不相干。对无意识思维的初步认识狗会走上前来嗅你。如果它记得你，而且在它的印象中你是个好人，那么它立刻开始摇尾巴，也许还会赏脸舔舔你的手腕。但它也可能远远躲开你，将你与食物联系起来，或者飞快地咬你一口。所有这些印象、这些联系都是一次闻嗅所触发的。除了不会走过去嗅另人，人在这方面其实与狗是—样的。纽约州立精神病研究所的精神病学家多洛雷斯。

马拉斯皮纳说：”一种气味并不只是一个符号，它包括了广泛的内容。“他解释说，嗅觉信息与众不同，因为它是人类五种感觉中唯一不会在大脑的中继站——丘脑——中停留，而直接抵达前脑皮层的感觉信息。嗅觉无需中转、过滤，猛烈地冲击前脑皮层。研究人员发现，在我们没有意识到的情况下，嗅觉在我们选择配偶时汾演了重要角色。同屋住的女人的月经周期会趋于一致，这是因为她们无意识中闻到的味道启动了其内分泌系统。马拉斯度纳说：”我们的大脑从胎儿时期就开始发育，却注定要把控制权让给嗅觉。”

但如果嗅觉不能正常工作会怎样呢？马拉斯皮纳和其他研究入员正在研究精神紊乱者的嗅觉，并已得出一些耐入寻味的结论。尽管精神分裂症被视为幻觉和错觉的失调，但这种病症的一个更明显和更具破坏性的症状是社交障碍。有些精神分裂症患者不能领会社会暗示，不能处理社会关系。幻觉和错觉注注可以通过药物得到控制，但基本的社交障碍却令患者在应对日常生活时遭遇更大的困难。

研究表明，很多精神分裂症患者也患有“临床意义的嗅觉障碍”，其中包括顶叶（负责将感官信息综合起来以理解某些东西，例如领会社会暗示或将这些暗示综合起来等）的机能失调。既然一种气息能立刻唤起一幅在特定时间和地点的景象，那么缺少这种能力则会造成一个人丧失生命中基本的让会和情绪支撑点。马拉斯皮纳说：“我们逐渐认识到，气味是研究社交能力和社交兴趣的无意识基础的良好途径。”

一名大脑受损的患者躺在床上，不是完全无意识，也没有陷入昏迷，但意识火花只会一瞬即逝，只有细微的动作证明他（她）一息尚存或知道亲友就在身畔。在医学上，这些患者被称为处于最低意识状态。估计现在有lO万到30万美国人是这种状态。

《神经病学》杂志发表了一份惊人的研究报告：研究人员用核磁共振成像设备研究两名最低意识水平者的大脑，然后与7名健康男性和女性的大脑进行比较。扫描显示，最低意识患者的大脑活动还不到其他人的—半。然后研究人员向实验对象分别播放由其家人或朋友所录制的磁带，叙述愉快的往事或共同的经历。一名最低意识患者听的是姐姐回忆她的婚礼和他的祝词。结果非常惊人：所有接受扫描者，包括最低意识者在内，均表现出类似的脑部活动，有些人的视觉皮层还出现了活动。

尽管有证据表明，无论对受损大脑还是健康大脑来说，无意识都广泛存在于日常生活中，但就连萨尔茨曼这样热烈的无意识思维信仰者也建议不要妄下论断。“我认为我们还不知道纯粹理性的思维、以及似乎是纯粹直觉的思维各占多大比例”。这两者之间的平衡、已知和未知、有意识和无意识、5％和95％的混杂——正是研究巨大而复杂的头脑世界的先驱者们将继续探索的。然而我们很可能永远也无法弄个水落石出。毕竟，意识之奥秘、大脑之玄机，永远都是人之所以为“人”的终极谜题

中科院院士：脑科学到下个世纪或依旧是前沿科学

大脑是人体最重要的器官，也可能是宇宙间最复杂的物体——结构复杂、功能复杂，比最大的超级计算机不知道还要复杂多少倍。这个复杂的物体是怎么出现的呢？它是生物演化过程中的一个奇迹。

大脑外面有皱褶的这层叫大脑皮层，是所有重要的脑功能的关键区域。理解大脑，不仅要知道大脑皮层的结构和功能，还要知道大脑皮层里那些复杂的核团的功能。为理解这些问题，科学家至少花了200年时间。

在过去200年里，脑科学到底有哪些进展？

现在，我们对大脑的了解，比如大脑如何处理信息、神经细胞怎样编码和传导信息、信息如何从一个神经元交互到另一个神经元……这些传导机制都理解得比较清楚；对不同的神经元做什么，在各种功能中会产生什么反应，也很清楚。

在过去的一个世纪里，诺贝尔奖涉及的神经科学中的重要发现都跟大脑的信息编码、储存相关。但是，我们只对神经细胞如何处理信息了解得很清楚，对整个大脑复杂的网络结构了解不多。

到底是什么原理使得神经细胞在某种情况下发生某些反应，我们并不是很清楚；对大脑中的信息处理不太了解，对各种感知觉、情绪，还有一些高等认知功能——思维、抉择甚至意识等，理解得比较粗浅。

虽说脑科学已有相当的进展，但是未知的比已知的要多得多。打一个比方，脑科学现在的处境，相当于物理学和化学在20世纪初期的处境，有很多事情已经搞清楚，但是重大的理解和突破还没有出现。

所以现在的脑科学是生物科学里比较神秘的领域，从这点来说，脑科学将成为未来生命科学发展中很重要的一个领域。年轻人将来想钻研科学的话，脑科学就是前沿科学，不但在这个世纪，甚至下个世纪依旧是前沿科学。

脑科学中最亟待解决的问题

脑科学中最关键的问题，是我们对脑的各种功能和神经网络的工作原理知道得非常粗略。

我们知道大脑不同皮层的部位有不同的功能。比如大脑后方是管视觉的，最前方的上方有管运动的、管感觉的、管嗅觉的，前面还有管语言的区域。假如大脑出现损伤，比如脑卒中(俗称中风)以后，受损区域对应的功能会丧失。

目前，我们只是大致理解脑区和功能的关系，但更多的细节就不清楚了。

举个例子，现在应用非常广泛的脑成像技术，即正电子发射图谱、扫描图谱的技术叫“PET”，大医院里都有。PET有什么好处？它可以告诉人们,大脑里哪些区域有电活动，如果有电活动就表明该区域有功能正在进行。如果电活动异常，表明该功能出现异常。

比如我们对大脑功能正常的人进行测试，让被试者在机器里躺着，给他看几个字，你会发现其大脑后方有电活动，表现为葡萄糖使用量的增加。被试者体内的葡萄糖带有放射性，是被单独注射到血液中的。研究人员据此可以很快知道被试者的大脑有活动。

给被试者听几个字，其听觉区就有电活动。我们现在对此可以做到实时观测。叫被试者说几个字，大脑左侧的语言区就有反应。

但是让被试者闭上眼睛不说不讲不听，回想刚才看到的几个字是什么意思，其大脑里到处都有电活动。这个奇怪的现象说明思考是一件非常复杂的事情，它牵涉到大脑里的很多区域。

为什么只是想几个字的意义，大脑网络就全部开始活动？要理解这点，目前还相当困难，需要知道大脑全部的未知奥秘。

《Science》杂志在庆祝创刊125周年时，邀请全球几百位科学家列出他们认为当今世界最重要的前沿科学问题，最后归纳为125个，其中有18个问题属于脑科学。

排在最前面的，包括意识的生物学基础、记忆的储存与恢复、人类的合作行为、成瘾的生物学基础、精神分裂症的原因、引发孤独症或者叫自闭症的原因，这都是大家关心且未被解决的重大问题。尽管该问卷是10年前做的，但我们现在公认的重大脑科学问题依旧未变。

要理解这些问题，就要知道大脑的神经网络。神经网络像电线(缆)一样复杂，人脑中，上千亿的细胞连在一起，送出很多导线——我们叫轴突，跟其他细胞做联接，最终形成了这一网络。

大脑网络非常复杂，神经元数目众多。大脑有1000亿个神经元，而且每个神经元的放电模式不同，编码模式不同，信息处理方式也不一样。所以，要理解这个复杂的系统如何工作，会是一个很大的挑战。

我们可以从三个层面更好地理解这个网络。

刚才所说的PET Imaging或是MRI Imaging等功能成像手段，提供给人们的是一个分辨度在厘米或毫米阶层的宏观视野。在这个范围内，大致可以看到神经束在脑区之间的走向。

每个神经束都由成千上万的神经细胞纤维构成。要进一步知道细节，必须在介观(介于微观和宏观之间的状态)层面对神经环路进行研究，了解每一个神经细胞如何跟其他不同种类的神经细胞进行联接，并输送信息，在各种功能时有什么活动。

还可以在电子显微镜下对细胞进行观察，从微米到纳米层面，这样的微观尺度会让人看得更精细。

目前，神经科学最关键的一点，就是从已知的宏观层面进入介观层面，进而理解大脑网络结构的形成与功能。

举例来说，我们把小鼠的52个皮层的神经细胞用荧光标记后切片，重构其三维结构，其中每一种颜色代表一个神经细胞。

结果发现，大脑的复杂性难以想象。这还仅仅是52个细胞，人脑有上千亿细胞，真正要分析起来，困难该有多大!即便是这52个细胞，也还有不同的种类，它们在大脑中分布的规则也不一样。

这是目前神经科学面临的一个重大挑战。所以，未来脑科学的第一个关键点就是在介观层面上弄清大脑的网络结构，即图谱结构。

大脑的信息传导靠的是电，电活动像电波一样在神经细胞里传导。它跟电子在电线中的传导不同，因为这种横波是跨过细胞膜的离子流动造成的——阳离子从外面流入细胞内，造成了波动，波动不断向前推，其推动速度比电子流的速度慢很多，每秒钟只有几百米。

当电波传到神经轴突终端的时候，会把信息传递给下一个细胞，我们称之为突触。一个神经细胞之所以能够把电信息传给下一个细胞，借助的是释放一种叫作神经介质的化学物质。

当神经介质传到下一个神经细胞后，会继续触发下一个细胞的电活动，这就是电信号的传导模式。

如何观测电信号以及电信号在网络中的处理模式等问题，是我们现今要了解的关键问题。

中国脑计划的一体两翼结构

关于脑科学的未来，第一个要理解大脑，这是我们理解大自然的终极目标之一。我们常常提到神秘的外太空，对于人类来说，宇宙中有很多未解之谜，比如暗物质和暗能量等。其实，我们的大脑里也有一个宇宙，人体的这个内在宇宙的结构是什么，它是如何工作的，这是我们未来所要了解的。

了解这些有什么好处呢？

一方面让我们对自然有更深入的了解，另一方面可以有很重要的应用——模拟大脑，创造出像人一样智慧的机器，这是人工智能的终极目标，也是脑科学的发展方向之一。

此外，在人口 健康 方面，大脑是如此重要，我们要保护好大脑、促进智力发展，防止大脑的衰退以及脑疾病的产生，也是脑科学未来发展的另一个重要方向。

中国科学家经过4年讨论，才在2018年正式确定了中国脑计划的内容。世界各国都有脑计划，美国、日本、欧盟的脑计划规模都不小。

该计划是中国脑 科技 的未来。那么，它要做什么呢？就像下面讲的三个方向，中国的脑计划具有一体两翼的结构。

主体结构是前面介绍的脑认知功能的神经基础，也就是网络基础，我们必须知道它的图谱结构，弄清楚联接图谱，结构图谱。在此基础上，搭建各种平台，帮助解析上述图谱的功能。

为此，我们希望启动一个由中国科学家主导的国际大科学计划，做全脑介观层面上的神经联接图谱。对于介观图谱，不仅中国科学家感兴趣，世界各国的科学家都有兴趣。通过该计划，人们能够研究动物特别是模型动物(包括小鼠、猕猴等跟人最相近的灵长类动物)的大脑图谱。

其中一翼要做脑疾病的诊断与治疗，形成各种新型的医疗产业。另外一翼是类脑人工智能、类脑计算、脑机接口等与人工智能相关的新技术,该领域对未来的人工智能产业具有重大影响。

这就是目前中国脑计划的方向，也是大家公认的最好的方向。与世界其他国家的脑计划相比，虽然我们的计划启动得慢，但我们的设计是最圆满的，希望它的实施也是最圆满的。

制作出全脑神经联接图谱，才能解析神经环路的最终功能

那么，大脑认知的原理是什么？

第一个是基本的脑认知功能。我们的感觉、对外界信息的接收，包括感知觉、学习和记忆、情绪和 情感 、注意和抉择，这些都是基本的脑认知功能。果蝇、小鼠、猴子，甚至斑马鱼、线虫等很多动物都有这种基本功能。

至于高级的脑认知功能，只有灵长类以上比较高等的动物才有。包括共情心与同情心——你悲痛了，我也感到悲痛； 社会 认知，在 社会 群体里面的认知；合作行为，人的合作行为是非常特殊、非常复杂的；各种意识，比如人的自我意识；语言，人类的语言是其他动物所没有的、非常复杂的语言。

了解上述认知功能产生的机理，对于设计类人脑的下一代人工智能具有重要意义。

想要设计出不仅能够理解语音、辨识语音，还能理解语义的人工智能设备，还需要知道人的大脑是怎样处理语言的。

要想做到这一点，必须先有模式动物。我们不能直接在人体上做实验，因为涉及到伦理问题。

由于猕猴的大脑结构跟人非常靠近，是很好的模式动物。所以我们要先在猕猴等动物身上进行各种操作，查找工作原理，之后引申开来，看看人类的大脑是否与此相同。

认知功能的神经基础里面，最关键的还是要制作出全脑神经联接图谱。我们需要知道大脑里神经元的种类、神经元的类型怎样定出来。这是一项很重要的工作，目前世界各国都在做相关研究，我们也要做。

了解了神经元类型之后，还要弄清楚各脑区每一类神经元的输出纤维跟输入纤维，以及它们要送到哪里去，这是结构图谱。

有了结构图谱，我们才能摸清它们的电活动，看看电波何时会出现，又是如何传导信息的，这就是活动图谱。

全部图谱出来后，才能够解析神经环路的最终功能。

脑疾病治疗面临很难找到特异的药物靶点这一难题

在我国，脑科学的一项重大应用就是为 健康 中国服务。如何维持 健康 的大脑发育以及智力发育，是非常重要的 社会 问题。维持大脑的正常功能，延缓大脑退化，这些都是 健康 生活所必需的。

对于老龄化 社会 而言，神经退行性疾病是个大问题。目前，中国65岁以上的老年人有1亿多，是世界上老龄人口最多的国家，甚至超过了印度，已基本进入老龄化 社会 。

因此，防治各种与老龄化相关的疾病显得非常重要。以大家最常听到的阿尔茨海默症(老年痴呆)为例，假如没有很好的治疗方法，到2050年，全世界会有超过1亿人患上阿尔茨海默症；在85岁以上的老年人中，平均1/3的人有发病的可能。如果中国脑计划能够在15年之后把老年痴呆的发病期从85岁延缓到95岁，就是一个巨大的贡献。

其实，不仅是老年痴呆，根据世界卫生组织的统计，包括各种神经类和精神类疾病在内的脑相关疾病，是所有疾病里 社会 负担最大的，占到了28%，超过了心血管疾病，也超过了癌症。因此，重大脑疾病的诊断和干预是未来脑 科技 领域一项非常重要的研究内容。

什么是重大脑疾病？比如说，幼年期的自闭症或者孤独症与智障，中年期的抑郁症和成瘾，阿尔茨海默症与帕金森症等老年期的退行性脑疾病等等，都属于重大脑疾病。

只有充分了解它们的机理，才能够找到最有效的解决方法。但我们在这方面的了解有限，尤其是对抑郁症、双相(俗称躁郁症)、精神分裂等精神类疾病，并不清楚到底是什么原因造成的。要把这些问题搞清楚，可能还需要几十年时间。

不过，我们也不可能等到把致病机理完全搞清楚了才去治病，所以在致病机理完全清楚之前，必须研发出各种脑疾病的早期诊断指标。一旦有了诊断指标，就可以进行早期干预。比如说记忆开始衰退了，有哪些手段可以减缓或延迟衰退。这些干预手段可以是吃药，也可以是物理、心理或是生理干预。

玩 游戏 也是一种干预手段，它是一种心理和生理的干预手段，你要动，你要想，你要做出快速反应。

在脑疾病诊治中所研发出的各种干预手段，在应用到人体之前，必须先进行动物实验，这涉及伦理问题。如果没有研发清楚，是不能够进行临床实验的。因此，建立起很好的猕猴等非人灵长类动物的疾病模型，就变得非常重要。

除了机理不清楚之外，脑疾病治疗还面临着很难找到特异的药物靶点这个难题。

药物都有副作用，但其他疾病药物的副作用不像脑疾病药物的副作用那么大。这是因为脑疾病产生的原因在于大脑的某些网络出现异常。

有些网络异常产生这种病，另外一些网络异常产生其他疾病。但是药物是针对分子和细胞的，而大脑网络都是由类似的神经细胞跟神经突触联接形成，我们很难找到特异的药物。

这也是为什么大的制药公司做了20年的脑疾病药物研发，其中大多数都以失败告终，以至于多数大公司放弃了相关研发。因为每种药物的研发周期异常漫长，十几二十年时间，几十亿美金的投入，研制失败率在90%以上，大公司觉得划不来，所以就放弃了。现在只能依靠科研人员在实验室做出很好的产品，大公司才紧随其后投入进去做检验。

在临床前，为判别药物是否可用，也要进行动物实验。检测的首要指标就是药物的安全性，即看动物使用后是否安全， 健康 会不会受到不良影响，以及药物的代谢问题等等。

以前常常用猕猴等灵长类动物进行药物检测，但目前还缺少灵长类动物的药效检测模型。这是因为进行药效检测的前提是，猕猴等灵长类动物出现相关疾病的症状，才能进行药效实验。但目前研究人员手中并没有灵长类动物的相关模型，以前的模型都是小鼠的，是不能用的，所以科学家也在努力建模。

最近所做的克隆猴项目就是为了研发出克隆猴的疾病模型，以便应用于脑疾病治疗方面。

未来二三十年内可能出现具有通用人工智能的类脑人工智能

脑科学研究的另外一个重要应用就是脑机智能技术、类脑研究方面。

在该领域中，未来很重要的一个发展方向，就是脑机接口和脑机融合的新方法，还有各种脑活动的刺激方法、调控方法以及新一代人工网络模型和计算模型。

尽管现在的深度网络计算模型很好，但与人脑相比，还差得很远。如果能够更进一步研发出类人脑的新型计算模型和新的类似神经元的处理硬件，并将它们应用到新一代计算机上，有可能做出更优秀、更高效的计算机，它们的计算能力也将更接近人类，并且能耗更低，效率也更高。

此外，类脑计算机器人和大数据处理也是未来类脑研究的方向。我重点谈谈图灵测试。

大家也许听说过图灵测试，如何判断一台机器具有人的智能？图灵在70年前就提出过这样一个设想：在彼此看不到对方的情况下，分别与一台机器和一个人对话，并在对话过程中，分辨出对方是机器还是人。如果无法分辨出对方的身份，就可以认定这台机器具有人的智能。其中语义的理解是最关键的。

多年来，人们一直希望做出能够通过图灵测试的机器。通过测试的标准是，只要有1/3的人在5分钟之内辨别不出跟自己对话的是机器还是人，即可认定机器获胜。

小冰是微软(亚洲)互联网工程院在中国推出的人工智能聊天机器人，可以通过对话不断提升自己，增加自身的知识储备，增强回应能力。

虽然问世多年的小冰具有很高的对话能力，但人们还是很容易就知道它不是真的人，而只是一台机器。

在今天，如果真正要做出好的类脑智能，必须依靠新的图灵测试。什么是新的图灵测试？除了语言能力之外，测试指标还应包括对各种信息的感知能力与处理能力。

具体来说，可以让一个机器人和一个人各自操作一只机械手来玩一个玩具，同时要求他们彼此间就动作情况进行对话，以便进行判别。我们很容易发现，类似测试可比跟一台计算机对话复杂多了。

团队合作方面也是测试内容。叫一个机器人与人类合作进行某些活动，比如进行比赛，观察大家是否能够辨别出来队员中哪个是机器人哪个是人。这些都是新的图灵测试所涵盖的内容。

我们可以期待，未来二三十年内，可能出现能够通过新的图灵测试的、具有通用人工智能的类脑人工智能。

本文作者蒲慕明，系中科院院士、中科院神经科学研究所所长、中科院脑科学与智能技术卓越创新中心主任

演讲来自SELF格致论道讲坛

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