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卡哈尔（Santiago Ramòn y Cajal）的直觉判断——这位神经科学之父之一早在 1897 年就预言：“只要愿意，每个人都可以成为自己大脑的雕刻师。” 他的大脑和其他用户的大脑一样，知道如何做、为何做，这很好。 后记 宇宙的起源、物质的结构、生命之谜和智慧的进化是现代科学面临的四大问题，投身其中的科学家需要花费数十年，甚至是未来的几个世纪来解决这些问题。然而，我认为智慧问题是属于这一世纪的挑战，正如物理学之于 20 世纪上半叶、遗传生物学之于 20 世纪下半叶一样。 理解和重塑智慧虽然艰难异常，但它无疑是四个问题中最关键的一个挑战。原因是，解决智慧问题取得的进展既让我们增长了自己的智慧，也让帮助我们解决其他重大问题的计算机变得更加聪明。 就在 100 年前，我们还相信银河就是整个宇宙，直到爱德文·哈勃（Edwin Hubble）向我们揭示了银河系只是大约 200 亿个星系之中的渺小一员。就在 70 年前，我们还不知道遗传的奇迹是如何创造出来的，直到弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森向我们揭示了隐藏在每个细胞中的密码。从那时起，科学发展几乎让我们的平均寿命翻了一倍，更让我们的知识成倍增长。换句话说，科学为人类进化增添了又一份力量。 显然，自然选择塑造了现代人，用同样的工具它也塑造了蕨类植物和猴面包树、昆虫和大象：这些工具就是基因。但只是基因不足以解释人类智慧的演化。这其中还有思想，也就是生物学家理查德·道金斯（Richard Dawkins）称之为“模因”的东西。模因就像基因一样，能够相互竞争或相互合作，既能保存也能变异。的确，思想的传播正如病毒一样，先是复制，然后再进化、选择。 人类发展出的科技，从火的利用到轮子的发明都已经演变成了人类自身进化中的一个组成部分，人类进化已然和文化发展、科技发展无法分割了。从这一角度看，我们可以说人类逐渐拥有了一种超级大脑，一种全面的智慧，超越了个体的智慧。举个简单的例子：世界上没有一个人能够明白（或制造）所有的微芯片、所有的饮食和交流系统，更不能明白现代智能手机中包含的所有软件——如今的一台智能手机比 NASA 最初几次阿波罗任务中使用的电脑要强大几百万倍。 我们正站在人工智能，特别是机器学习正式迈出脚步的历史关键点上。神经科学和计算机科学的融合注定要将一定量的智慧注入不断完善的机器中，这一点可能会在公众健康、教育、安全等领域引起争议，也会在更广泛的意义上影响到这个从艰难选择中诞生的艰难世界的整体繁荣。我个人一直深信，在未来，人工智能将会帮助我们做出更优越的集体选择。在这样一个已然全球化的、被人类彻底改变的地球上，这些选择对于我们应付困境来说是非常有必要的。 有人可能认为，这种对于智慧进化的“宇宙”观和未来观念对于一本大脑科普读本来说没什么关联。我觉得事实正好相反。正是大脑一代又一代积累的知识绘制了整个我们熟知的世界。不过就像马克·马格里尼观察到的那样，神经机器的个人用户对机制的工作原理普遍不甚了解。大脑的异常机制有时无法预知、违背直觉，在神经科学研究中越来越为人们熟知，但对此大多数的人们还是一无所知。 到了 21 世纪，应该消除这样的差距。学校的任务是提供教育内容，然而却丝毫没有涉及关于这个学习用的复杂生物机器到底是什么、它是如何工作的等等问题。认识情绪和感情背后、动力与创造力背后的电化学过程完全不会减少生活的乐趣，这样反而能够让人真正地更加清醒地生活。从我个人出发，我希望能有越来越多的人，从各个国家的代表性从政人士开始，能够了解我们迄今为止掌握的知识，并准备好随时为了明天将会发现的知识而改变想法。 就像哥白尼、伽利略和哈勃改变了人们关于我们在宇宙中所处位置的知识一样，大量神经科学研究正在探索整个宇宙中最复杂、最惊人的东西——人脑。这本书就为此做了一个非常完美的总结，甚至还成功地用风趣的形式展现了出来。 托马索·波乔 麻省理工学院 大脑、意识与机器研究中心（CBMM）主任 1概述 在过去的每一秒，包括现在“这一秒”中，你的中枢神经系统都在主导着成千上万个化学反应，只是你自己察觉不到。这些化学反应就是大脑用来接收、加工、传递信息的语言。 大脑向来被视为一台机器。每个思想都是时代的产物。勒内·笛卡儿（René Descartes）将其比作一个水泵；西格蒙德·弗洛伊德（Sigmund Freud）则比作蒸汽机；艾伦·图灵（Alan Turing）的比喻是计算机。很显然，图灵的观点更贴合我们这个时代。大脑虽然并非是一台计算机，但此二者之间的相仿程度无可否认，而且二者都以电信号传递信息。 的确，计算机使用的是数字信号（用二进制数学的 0和 1 表示），大脑使用的则是模拟信号（用差值为几毫伏的可变弧表示）。不过问题比这更加复杂，因为如果模拟信号的总和超过一定阈值，神经元就会“启动”然后向连接着的其他神经元传递电脉冲。而如果这个阈值没有被突破，那就什么都不会发生。因此这种模拟信号也是二进制的：或是或非，或启动或熄灭。 计算机与大脑都会进行计算。但如果说计算机是按照程序结构，也就是按照预设的顺序进行计算的，那么大脑的操作就是平行的，大批量计算同时进行。另外，当前应用于图像领域的微处理器（即图形处理器，GPU）就已经使用了平行处理的科技。 计算机与大脑都需要能量。计算机的能量是以电子形式供应，而大脑的能量则来自氧气和葡萄糖。 计算机与大脑都拥有可扩充的记忆。计算机只需添加或替换硅质的内存条就可以了，大脑则需通过学习、练习和重复来增加神经元之间的连接。 计算机与大脑都是随着时间进化的：计算机的发展速度呈指数增长，每两年计算能力就能翻一番，而智人的大脑则是以原始无脊椎动物的原始大脑为起点，经过了 5 亿年的时间进化而来的，而且在最近的 5 万年中几乎没有什么本质性变化。所以尊敬的用户，实际上你所拥有的基本大脑型号和上一代并无差别。 上千年以来人们都坚信，除去学习语言、行走等基本技能的婴儿时期，人脑本质上是静态的、不可变的。一旦大脑受到器质性损伤就无法修复，也无法补偿。人们常常认为，学习不好的孩子在做算数时就一定会遇到不可超越的认知障碍，于是一代又一代的社会不平等现象应运而生。人们还相信不好的习惯和对成瘾性物质的依赖都会伴随人们一辈子，或者一个八十岁的老人不可能拥有五十岁的记忆能力。不过，从 20 世纪 70 年代开始，我们逐渐发现事实恰好相反 : 大脑在不断变化着，而且改变就来源于大脑自身的机制。这种特性也称为大脑可塑性（brain plasticity），它带来的效果远远超出人们想象。 大脑是一台功能强大的计算机，既可异步操作也可并行操作，不过更重要的是它可以不断调整自身的硬件。 大脑的硬件由排列方式极为精巧的原子和分子组成，每个重量为1.35 千克的大脑中包含大约 860 亿个神经元。每个神经元每秒可以激活并向临近神经元发送 200 次多达上千个信号，有人因此估计大脑每秒可以进行 3800 万亿的操作。有种说法称人类只使用了 10% 的大脑，这是没有道理的。不过更棒的一点是，大脑做到这些每小时只需要消耗不到 13 瓦特的能量。世界上还没有哪个计算机能够超越人脑的计算能力（视觉、听觉或想象能力也包括在“计算”范畴），或者超越这种杰出的耗能效率。但这仅仅是冰山一角。 几乎所有人体细胞都会生成然后凋亡，持续不断——是的，几乎所有人体细胞，但神经细胞例外，它们是唯一一种始终伴随你存在步伐的细胞——从生命的第一天直到最后一天。归根结底，是神经细胞铸成了你自己，你的性格、能力、才华、学识、词汇量、喜好、口味，甚至连对过去的记忆都是以某种方式写入你的个人神经结构之中的。这种神经结构特殊到世界上再没有另一个大脑与你的完全相同，就算是双胞胎兄弟姐妹也不可能。 上述机器甚至能够在一定范围内修正自身硬件的缺陷。当一个区域遭到意外损伤后，大脑通常能够重新安排，进行调度以补偿缺失的链接环节，本质上就是自我修复。如果说这种修复机制适用于偶尔出现的大规模损伤（比如失明之后，之前未使用的大脑区域开始为其他感觉工作），那么对于小规模损伤的大脑就要持续不断地修复，因为随着年龄的增长，很多神经元都会死亡而且一去不复返。不过仍然活跃的神经元知道如何重组以保证机体年龄继续增加却不会出现生命危险。但一个硅质的处理器就根本无法与之相比，一个有缺陷的晶体管足以中断整个精密机器的运行。 不过，我们说神经元的重组，指的是估计数量在 150 兆的神经元连接中的变动，大脑没必要像处理紧急情况一样去面对，自然而然就发生了。 一个神经元对与之相连的上百个神经元的影响可以很强、很弱或是中等，取决于每个突触的连接性和能力的强弱。加拿大科学家唐纳德·赫布（Donald Hebb）于 1949 年提出过一个规律：“一起激活的神经元会连接在一起（Neurons that fire together， wire together）。”一起激活的神经元会彼此牵连，增强彼此的连接强度。大脑以这种方式不断地重构，建立新的突触，巩固旧的突触，删去没用的突触。以学习为代表的大量脑功能都是由这种持续的突触修复活动以及突触之间的强度、连接性来决定的。总之，与数个世纪以来人们的信念相反，人脑根本不是静止的、不可变的 : · 某些情况下大脑能够自我修复； · 一名“学习落后”的孩子也能学会学习。需要教会他的是如何学习，而非羞辱或鼓励他； · 任何一种坏习惯，不论是令人深恶痛绝还是十分轻微，都可以改掉。就算是极为严重的成瘾现象（比如重度沉迷电子游戏），也可以得到控制或完全克服； · 一位老人也可以保持年轻人的记忆能力，只要不停地学习、锻炼大脑； · 相反，长期的高压状态，或是某种创伤后压力综合征会为大脑带来不可预测的变化，并长期影响神经元之间的连接。 · 注意：在某些情况下，大脑机器工作如果有缺陷，可能预示着某些病症或我们不希望得到的答案，但这些都不在这本单纯以科普为目的的使用手册的探讨范围内，而且需要听从专家的意见进行治疗。 · 如果用户的大脑正常运行，你就会发现你有能力改变、修正、调和自己至少一部分突触结构，方法几乎只能是通过意志力，也就是意愿的确立来达成，其实简单来说就是你能决定自己的人生。在还没有确认任何一个拥有高级智慧的外星人之前，智人的大脑就是宇宙中最复杂、最震撼、最美妙的东西。其复杂性使得神经元能够制造思想、智慧和记忆，而且专为每位用户定制。其震撼性在于，大脑这种生物机器的计算能力和效率仍然远超世界上的任何机器。最后就让我们一起感受一下大脑的美妙性吧！

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