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人脑联络图-
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人脑联络图
小炉匠 2007 年冬天
人脑子里大约有一千亿个神经细胞，百分之六七十住在大脑皮层里。这么多神经细胞互相连接，传递信号，构成了一个复杂无比的网络。因为这个网络的活动是我们思想意识的源泉，它常被人们称之为宇宙中最复杂的系统。
把皮层里的神经电线（轴突，树突）一根根接起来可以从地球连到月亮。在芝麻大小的一块（1 立方毫米）的皮层组织里，含有有几公里长的轴突和树突。有这么多电线，细胞间的连接方式一定很复杂，不知道包含有多少密秘。因此就有喜欢大工程大战役的人提出在人类基因工程基本完成后，下一步目标就是要搞清大脑皮层里神经线路的结构。摩仿人类基因工程（human genome project）这个名字，有人还搞出了个吸引人的名字“人脑联络图工程”（human brain connectome project）。(谁说米国人比中国人踏实?)
这人脑联络图可绝对不是小炉匠可以搞到的。轴突树突细到微米以下，细的部分比光的波长都短，只有用电子显微镜才能看见。目前的电镜要能看清楚一定要切很薄的片，这样几毫米厚的皮层就可能要切成几十万片，然后在每一片中把千万根轴突，树突一根根标记好，最后把每片中标记好的轴突树突在几十万片切片中一片片地对起来，才能搞清每根电线的走向和接点。
其实在1980年代，就有人突发奇想要搞清一个神经系统的全部连线。当时看电镜片子完全靠人工，由于工程的艰巨选用了一个很简单的动物标本，线虫（C. elegans)，只有270个神经细胞。这工作于1986年发表，文章长达340页，厚厚的一大本。我那时侯刚当学徒，帮着导师给研究生开讨论课，大家一步一步地阅读讨论这篇文章，曾被其深深地震撼。
到了今天技术已经发展了。由德，美两个小组合作，制成了大尺度的超薄切片机和专门看大片的电镜。即使如此，要读出那切出来的大批片子还是为人力所不可及，只能以毒功毒，靠专门设计的机器脑（神经网络）来读片。这机器脑可以在人的指导下不地断学习，纠正错误，最后达到高度可靠和独立地看电镜片子，24小时连续工作。
在2007年的神经科学年会上，一位科学家演讲时放了一段“大脑联络图”的电影。这虽只是一个缩影，只有头发丝那么粗，纸那么薄的一小片组织。电影中神经细胞之间那错综复杂,盘根错节的三维连系，配着悸动的现代音乐，在巨大的屏幕上一步一步地展现出来。全场万众被这宏伟的图像感动得欢声如雷，即使在看不见演讲者的分会场，观众也对着电影屏幕报以长时间的热烈掌声。
外行看热闹，内行看门道。炉匠挤在这如醉如痴的大众之中，除了感到文革运动般的狂热，还想到些什么呢？
这 个计划最大的弱点是只能造出一张地图. 一张城市地图虽然可以包括很多信息，但却并不能给出每一个街区，每一个大院，每一盏灯光之下正在发生的故事。大脑皮层里有上千万亿个突触，即细胞和细胞之间的联系点。随着我们的所闻所见，随着我们心猿意马的思想，每一个突触都在不断地变化，联系强度加强或减弱，用这种方法记录下我们的思想，并用这个记录来处理新的信息。在组织被固定，准备电镜切片的一瞬间，发生在突触上的所有故事会嘎然而止，只留下考古遗迹般的痕迹。
要想知道这些突触上正在发生的故事，就必须看到他们的动态变化，也就是说在地图变化之后要再做一张，才能找出因为思想造成的变化。每秒钟要做几百张这样的地图才能赶上我们犹如电光石火般的思维。组织切片了就不会再有活动，因此要看动态地图一定要有先进的影像技术而非先进的电镜技术。
最后，假定我们能克服所有技术困难，可以随心所欲地看到大脑皮层里产生思维的一切活动。那么是不是就能揭开思维的秘密了？答案很可能是不行。因为包含的信息量太大了，远远超出人类大脑所能理解的容量。可能对人类思维过程的最后理解发生在机器里。争论人类能不能理解自己的大脑，对许多人来讲已经是个过时的哲学问题，现在时髦的讨论是，还要有多久人脑就可以被硅文明理解。或者说，什么时候能把人类的全部文明上传到互联网上。
https://wap.sciencenet.cn/blog-91685-249508.html
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下一篇：种菜带来的收入
小炉匠 2007 年冬天
人脑子里大约有一千亿个神经细胞，百分之六七十住在大脑皮层里。这么多神经细胞互相连接，传递信号，构成了一个复杂无比的网络。因为这个网络的活动是我们思想意识的源泉，它常被人们称之为宇宙中最复杂的系统。
把皮层里的神经电线（轴突，树突）一根根接起来可以从地球连到月亮。在芝麻大小的一块（1 立方毫米）的皮层组织里，含有有几公里长的轴突和树突。有这么多电线，细胞间的连接方式一定很复杂，不知道包含有多少密秘。因此就有喜欢大工程大战役的人提出在人类基因工程基本完成后，下一步目标就是要搞清大脑皮层里神经线路的结构。摩仿人类基因工程（human genome project）这个名字，有人还搞出了个吸引人的名字“人脑联络图工程”（human brain connectome project）。(谁说米国人比中国人踏实?)
这人脑联络图可绝对不是小炉匠可以搞到的。轴突树突细到微米以下，细的部分比光的波长都短，只有用电子显微镜才能看见。目前的电镜要能看清楚一定要切很薄的片，这样几毫米厚的皮层就可能要切成几十万片，然后在每一片中把千万根轴突，树突一根根标记好，最后把每片中标记好的轴突树突在几十万片切片中一片片地对起来，才能搞清每根电线的走向和接点。
其实在1980年代，就有人突发奇想要搞清一个神经系统的全部连线。当时看电镜片子完全靠人工，由于工程的艰巨选用了一个很简单的动物标本，线虫（C. elegans)，只有270个神经细胞。这工作于1986年发表，文章长达340页，厚厚的一大本。我那时侯刚当学徒，帮着导师给研究生开讨论课，大家一步一步地阅读讨论这篇文章，曾被其深深地震撼。
到了今天技术已经发展了。由德，美两个小组合作，制成了大尺度的超薄切片机和专门看大片的电镜。即使如此，要读出那切出来的大批片子还是为人力所不可及，只能以毒功毒，靠专门设计的机器脑（神经网络）来读片。这机器脑可以在人的指导下不地断学习，纠正错误，最后达到高度可靠和独立地看电镜片子，24小时连续工作。
在2007年的神经科学年会上，一位科学家演讲时放了一段“大脑联络图”的电影。这虽只是一个缩影，只有头发丝那么粗，纸那么薄的一小片组织。电影中神经细胞之间那错综复杂,盘根错节的三维连系，配着悸动的现代音乐，在巨大的屏幕上一步一步地展现出来。全场万众被这宏伟的图像感动得欢声如雷，即使在看不见演讲者的分会场，观众也对着电影屏幕报以长时间的热烈掌声。
外行看热闹，内行看门道。炉匠挤在这如醉如痴的大众之中，除了感到文革运动般的狂热，还想到些什么呢？
这 个计划最大的弱点是只能造出一张地图. 一张城市地图虽然可以包括很多信息，但却并不能给出每一个街区，每一个大院，每一盏灯光之下正在发生的故事。大脑皮层里有上千万亿个突触，即细胞和细胞之间的联系点。随着我们的所闻所见，随着我们心猿意马的思想，每一个突触都在不断地变化，联系强度加强或减弱，用这种方法记录下我们的思想，并用这个记录来处理新的信息。在组织被固定，准备电镜切片的一瞬间，发生在突触上的所有故事会嘎然而止，只留下考古遗迹般的痕迹。
要想知道这些突触上正在发生的故事，就必须看到他们的动态变化，也就是说在地图变化之后要再做一张，才能找出因为思想造成的变化。每秒钟要做几百张这样的地图才能赶上我们犹如电光石火般的思维。组织切片了就不会再有活动，因此要看动态地图一定要有先进的影像技术而非先进的电镜技术。
最后，假定我们能克服所有技术困难，可以随心所欲地看到大脑皮层里产生思维的一切活动。那么是不是就能揭开思维的秘密了？答案很可能是不行。因为包含的信息量太大了，远远超出人类大脑所能理解的容量。可能对人类思维过程的最后理解发生在机器里。争论人类能不能理解自己的大脑，对许多人来讲已经是个过时的哲学问题，现在时髦的讨论是，还要有多久人脑就可以被硅文明理解。或者说，什么时候能把人类的全部文明上传到互联网上。
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