神经科学家详解:《超验骇客》中的上传大脑能否变成现实?

在生物进化的路途中,某些原始人可能是第一个认识到自己有一天终将死去的动物。而人类终其一生都在应对终将一死的现实。许多人向宗教寻求来生的慰藉,而有些人则希望能够逃离死亡,从庞塞德利昂对青春之泉的探寻,到现在时髦的人体冷冻技术。然而,这些不可避免被证明是不现实的。 11miller-master675-v2 最近,出现了一种吸引人的想法——把你死去的大脑冷冻保存起来,以便让未来的文明把它再次复活。如果未来的科学家也不能让你起死回生,那么就希望他们能够分析大脑的结构,并用其来重建一个功能性的心智,不管是放在经过改造的活体组织中,还是放在机器身体内的计算机里。这里的功能性是指能够思考、感受、交流、看见、听见、学习、记忆、行为等。你的意识会苏醒,就像是睡了一觉醒来一样。你仍然带着自己的记忆、感觉和思维模式,然后继续存活在这世上。 我是一个理论神经科学家。我研究大脑神经回路的模型。如果我们想按照大脑的细节结构来重建功能性大脑,那么就不能缺少我所研究的这些模型。从理论上说,我认为我刚才描述的那些事情在遥远的将来是可能变为现实的(尽管这方面还有着很大的哲学争论)。但是要想实现这些,未来的科学家需要了解大脑结构复杂性的方方面面,这些细节远超过如今的死亡大脑保存技术能保存的内容。 为了重建一个功能性的大脑,我们需要知道什么呢?我们先来了解一些定义。在大脑里通过电流来传递信息的细胞叫神经元。它们的电信号构建了你的视觉、听觉、思考、行动等等。每个神经元会伸出带分支的轴突去跟其它神经元交流。神经元连接处叫做突触。我们通常认为记忆大都被存储在神经元之间的突触连接模式中。反过来,记忆也会影响神经元之间的电行为。 现在重建功能性大脑的大部分希望都寄托在神经连接组学上——致力于为哺乳动物大脑中神经突触的连接情况构建一个完整的线路图。不幸的是,连接组学虽然是基础研究的一个重要部分,但是想凭它来重建大脑还远远不够,原因有二。第一,我们还远达不到构建连接体的程度。在目前最好的成果中,我们也才弄清楚了大脑组织里的一小片——1700个突触——的连接情况,而人类大脑有超过万亿倍的突触。虽然进展很迅速,但是没人能够实际估算需要多久才能弄清大脑规模的连接体。(我大胆猜想:若干世纪吧。) 第二,就算连接体的结构弄清楚了,那也仅仅是万里长征的第一步。我们要重构大脑,除了要弄清楚大脑结构,同时还要弄清楚大脑里的电行为。如果神经元A有个突触连接神经元B,我们要知道这个突触的权重才能知道神经元B会在多大程度上被神经元A影响。连接体可能会给每个突触连接一个平均权重,但实际的权重是随时间而变化的。在短时间内(从千分之一秒到数十秒之间),这个权重受神经元A发送的信号影响,变化十分剧烈。在更长的时间尺度下(从分钟到年),所有权重和短期变化模式会发生更永久的改变,作为学习的一部分。每个突触变化的细节都不一样。仅通过一个固定权重的模型就想描述这个复杂的信息传递过程,就像是用每两个机场之间平均航班数去刻画空中交通一样,不太实际。 这复杂行为的背后,是复杂的结构:每个突触都是超级复杂的分子机器,是生物界中众所周知最复杂的一个,每个突触由超过1000种不同的蛋白构成,不同种蛋白的数量也不同。为什么突触需要这如此复杂?我们也许不知道突触所做的所有事,但是,除了动态地改变它们信号的权重之外,突触也许还需要控制它们自身的变化性——关于我们在不会覆盖过去记忆的情况下如何存储新记忆的研究方面,当下最好的模型表明,每个突触需要持续整合它过去的经验(神经元A和神经元B之间的活动范式)来决定在面对新的经历时,它应该在多大程度上保持不变或随之改变。这个理论表明,如果突触之间没有可塑性,我们的记忆可能会快速消失,或者很难存储新记忆。如果我们没法描绘突触对新输入会发生什么实时变化,我们就没法重建那个动态的、学习的、并不断变化的、被称之为心智的实体。 这还不够。神经元自身是复杂多变的。轴突在传递的速度和可靠性方面,各有各的不同。每个神经元伸出树形的分支去连接其他神经元,像树的枝干伸向阳光一样。这些分支叫树突,它们对突触输入信号的敏感度不一样。它们的分子成分以及树突的形状决定了它们会怎样处理从突触传来的电信号。 在活的大脑中,这些部分都不是固定不变的。这些大脑的组成成分,包括神经元、轴突、树突和突触等等,每时每刻都在不断适应着它们的电流和化学「经历」,作为学习的一部分,以能够对不同输入做出不同反应。这样能够让大脑保持稳定,防止癫痫。这些适应性依赖于每个神经元里动态的分子机器。这些组成成分的状态不断被脑干神经元发送的化学物质调节。这些化学物质决定了我们什么时候醒来,什么时候专注,什么时候睡着。它们也会被身体内荷尔蒙调节。而荷尔蒙能有助于提升我们的动机。而每个成分在面对这些影响时的敏感性又不同。 要想重构一个大脑,我们或许不需要复制每个分子细节。一旦有足够多的结构信息,剩下的就会自我校正。但是一个更深层次的细节我们必须要考虑,那就是我们不仅要描绘大脑的连接体,还要理解神经元、树突、轴突和突触是怎样动态运行、改变以及自适应的。 我并不觉得一个复杂得要命的大脑模型才有用。恰恰相反,我们用来理解大脑功能的理论研究工具中,最有用的通常都相当简单——举例说,我们会用一个全局的权重来描绘突触而忽略树突的结构。我就是靠研究这种模型为生的。这些简单的模型是依靠实验结果发展起来的。它们能揭示大脑回路运作的基本规则。给模型增加复杂度并不见得能够帮助我们更好地理解大脑回路,因为我们并不知道这些复杂性背后的细节,因此这种复杂性有可能会反过来模糊我们想要理解的联系。但是,在我们能刻画整个大脑的动态运行之前,我们还需要更多的信息。要理解一个人独特的心智是由什么结构形成的,这依旧是一个相当复杂的任务。 神经科学在快速发展,但是离真正了解大脑是怎么工作的还有非常远的路要走。离我们要想能充分保留大脑每个细节,也肯定还有很长一段时间。也许在更远的将来,也许几千年,甚至数百万年以后,某个文明将有拥有技术实力去上传、重构一个大脑。 当然,我对死亡也有恐惧。但是我也知道,在我出生之前,宇宙就已存在了138亿年,我并不存在于这段时间里,而且我希望在我死后也是这样。宇宙的存在与否,与我或其他个体的存在都无关;我们生生死死,来来去去,只是一个更宏大的过程的一小部分。我越来越满意自己的这个觉悟。对死亡所带来的问题,我们都能找到自己的解决办法。但在可预见的未来,让你的大脑起死回生,并不是这些答案之一。   选自《纽约时报》,作者KENNETH D. MILLER,机器之心翻译出品。参与人员:林国强,汪汪。
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