“大脑地图”越来越清晰，人工智能或许就靠它了

人脑如何成就了人类的独特智慧？科学巨人爱因斯坦的那颗不平凡大脑究竟隐藏了什么？早在100多年前，著名的西班牙科学家、神经系统研究的先驱者卡赫曾经说过，“只要大脑的奥秘尚未大白于天下，宇宙将仍是一个谜”。

今天，科学家们有望冲破迷障，使用新技术和自动化操作，以前所未有的分辨率和完整度来绘制“大脑地图”。

一只老鼠的脑部只有半克重，里面有1600万个神经细胞。但这些数字与人脑相形见绌，人脑平均重量达到1.4公斤，由1000亿个神经细胞组成，如果将它们排成一列，长度可达4.8万公里。每个神经元都含有要发送给其他神经元的信息，它们像棒球投手一样，将包含各种身体信息的“神经递质”传递给其他神经元。每一个神经细胞完成的都是最简单的工作，但当1000亿个神经细胞开始有序工作的时候，便产生了复杂、丰富的意识与智慧。

虽然如今我们对大脑已有较为丰富的认知，但在人类的大半历史中，曾一度对它到底是何物一无所知。

古代的医生相信大脑是黏液组成的。亚里斯多德认为大脑就像一台冰箱，负责冷却火热的心脏。从他的年代以降至文艺复兴时期，解剖学家信誓旦旦地宣称人类的知觉、情感、理性以及行动都是“动物本能”的产物，这些本能是一团团神秘未知的云雾，在我们头部的空腔内旋转，在身体各处游走。

17世纪的科学革命开始推翻这一切。英国医师汤姆士·威利斯发现我们的心理世界原来就存在于大脑组织内。为了了解大脑如何运作，他解剖了羊、狗和死亡病患的大脑，绘出人类史上第一张准确的大脑地图。

又过了一个世纪，研究者才发现大脑是个发电器官。在大脑里传递、并进入身体神经系统的不是动物本能，而是电脉冲。但即使到了19世纪，科学家对于这些脉冲行进的途径仍少有了解。

从19世纪末开始，人们逐渐认识到要解开大脑之谜，一方面必须描绘脑的各种组构，摸清它们的相互联系，另一方面必须分析脑的各部分如何工作以及它们如何协同实现各种功能。

从104个到180个，新的脑区被发现

事实上，迄今为止，我们对大脑如何运作、甚至它到底是何物仍是一知半解。

比如，科学家们还不了解任何单个机体的大脑工作机制。秀丽线虫只有300个神经元，仅形成7000种联接，然而绘制它的神经联接却花费了超过10年的时间。光是描绘一个人类大脑中单种蛋白质分布的“明晰”图，就可能产生多得吓人的数据——大约2000兆位元组，或相当于好几十万部高解析度影片的档案大小。

而在细胞解析层面，对于大脑结构的工作机制基本一无所知。如果将大脑比作一个城市，那么目前的技术只能使人们看到城市的大概轮廓，却无法了解里面发生了什么。

2003年4月人类基因组计划提前完成，在这一计划实施之前，曾有人认为基因测序是白日梦，然而它的成功彻底改变了人们之前的看法，也给从事脑科学研究的科学家注入了信心。2013年，美欧先后公布了具有战略意义的人脑研究计划。

就像我们要去研究火星，首先要建造一艘能够到达火星的飞船。大脑研究不但需要理论的进步，还需要技术设备的同步更新。今天，科学家们正在使用新技术和自动化操作，并以前所未有的分辨率和完整度来绘制神经回路。

2016年，华盛顿大学医学院科学家尝试使用磁共振成像技术构建大脑地图，测量了血液在不同思维活动中的流动，在这张新的“大脑地图”上，每个半脑有多达180个分区。在此之前一些神经学家在定义脑区时，仍然基于一个发表于1909年的名为布罗德曼分区的脑图，该脑图将每个半脑分为52个脑区。

研究结果显示，在一共360个皮层区域中，能够感受到听觉、视觉及冷暖等外部环境的变化并作出反应的部位，有83个区域属于已知，剩下的97个区域是首次发现。

同一年里，中科院自动化所脑网络组研究中心也发布了全新人类脑图谱，这是他们经6年努力绘制出来的，包括246个精细脑区亚区。这张图不仅包含了精细的大脑皮层脑区与皮层下核团亚区结构，而且描绘了不同脑区亚区的解剖与功能连接模式，并对每个亚区进行了细致的功能描述。

破译大脑活动，转为可理解信号

有了更精确的“大脑地图”，研究者就能破译人类的大脑活动。

2016年7月，复旦大学脑智能科学与技术研究院团队首次绘制脑功能网络的动态图谱。他们同时发现，大脑功能网络的动态变化与人类的智能高度相关。据此，未来将有可能通过赋予人工智能系统内部各部件动态相互作用的模式，使机器人真正产生人类的思维方式。

这样的研究还在向更深层次迈进，今年7月日本京都大学教授神谷之康及其团队在《自然·通讯》中发表研究报告称，根据其团队的研究成果，发现可以利用人工神经网络破译人类的大脑活动，将其转为可理解的信号。

在这一研究中，人工神经网络其实就是一种在实验室造神经元基础之上建立起的计算机模型。通过传统的算法技术，人工神经网络能够制造出具有理解能力和解决难题能力的计算机软件，它的运行方式类似于人类大脑神经元，能够解读人类思维。

这种软件可以使计算机具备学习、成长和自适应的能力。也许就在未来十年，你的办公桌上将会放置一台人工大脑。

此外，“大脑地图”的绘制还会在脑重大疾病的诊疗上带来重大发现。利用“大脑地图”，科学家可以制作“神经标准人大脑”，与那些精神分裂症、临床抑郁症或自闭症患者的大脑进行比较研究，以发现其脑活动的不同之处。大脑图谱也能帮助研究人员理解疾病是如何形成和发作的，进而更好地加以治疗。。


齐鲁晚报·齐鲁壹点 记者 任志方