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1900年,德国数学家戴维·希尔伯特在第二届国际数学家大会上提出了20世纪数学家应当努力解决的23个数学问题。这一步确实重要,虽然有些问题到现在还没有解决,但现在已解决的问题往往形成了数学研究的一些分支,大大推动了数学发展。
脑研究目的是什么?回答似乎很简单:就是要解决什么是“智能”和什么是“意识”?问题是如何着手解决这两问题,要解决这两问题的关键点是什么?脑研究为什么提不出这样问题。说明脑研究专家对主要解决些什么?关键问题还搞不清。即使有人提出种种理论,但相互之间都存在矛盾,谁也说服不了谁,最可怕的是矛盾的理论相互之间却能长期和平共处,造成这种状态的理由都归结为脑太复杂,(这种状态在生命科学中广泛存在,在物理、化学、数学等学科都基本不存在这样情况下)。
应该看到在不知道关键问题之前,会使脑研究十分盲目,很多不应该做的事却有很多人在做,需要解决的问题却很少有人问津。很多人只按各自观点做大量神经方面实验,根据实验发表些令人奇怪的看法和理论,没有人会去反对它和批评它,这样使脑数据库大大超过了基因数据库,人们总以为造成这一状态原因都归因于“脑太复杂”。根本无法有“权威”能理清思路提出“脑的23个问题”,甚至使人怀疑脑是否可以被认识的,因此大大影响了脑科学的进展。
不同的观点的人提出的关键问题也会不一样。在科学界中不同意见争论是正常现象,通过争论可逐渐知道争论焦点在何处,核心问题是什么?其实数学中这“23个问题”也并不是一人提出,希尔伯特也是把大家意见归纳起来。
文献【1】是一本专门从哲学角度来分析目前脑(神经)科学研究中存在问题,它较全面地分析了现有各种理论所得出的结论,其中包括了(Blakemore、Crick、 Damasio、 Edelman、 Gazzaniga、 Kandel、 Kosslyn、 LeDoux、Penrose 和Weiskrantz 等人提出的理论)可以说已经包含了主要学术各派的论点。指出关于心脑关系的概念混淆影响了神经科学的进展。文献【1】企图想理清脑科学中自相矛盾的种种学说,但是这本书一开始也表明此书是受到争议的。应该说,书中本身确实存在明显的问题,例如文献中明确提出:人的行为的心理规律不能被还原为神经规律?结论看来很明确,但是为什么是这样?没有证据,较多的是按经验、大多数人的感觉来分析问题。最后还是使人感到是是而非的感觉。
我们根据自己的观点(见【2】)和自己接触的一些问题(文献中和专家提出问题)进行归类。
我们认为只有解决下面12最最基础的问题,才有条件理出一条通向脑的本质研究的道路,才能揭开脑机理。
我们提的问题如下:
问题之1
脑科学的核心是信息问题,还是生化问题?
与此问题相关的还有如下问题:
1) 脑的科学就是研究脑的机理,脑的工作机理是什么?应该是脑的信息处理机理吗?脑是否是信息加工的器官?
2) 研究脑的机理与研究肝、脾、肾等的机理有本质区别吗?为何我们要大张旗鼓地鼓动脑科学研究?
3) “智能”和“意识”是否属于信息问题?还是生化问题?还是心理问题? 心理学、智能和意识与生化科学较靠近,还是与信息科学较近?
4) 研究脑的机理是生化学家的任务还是信息学家的任务?还是两者共同任务?
5) 日本提出口号“了解脑,保护脑,创造脑”。研究脑内肿瘤、脑中风的形成机理和治疗是属于脑科学吗?这是否属于“保护脑”的一部分?
6) 心情愉快能使病情好转是真的吗?脑与全身各组织的联系是靠神经信息还是靠生化(血液)或是靠淋巴系统或其他去传输?
问题之2
神经信息是神经网络的属性还是从分子(DNA)到脑组织的多层次的属性?
与此问题相关的还有如下问题:
1) 是否存在“语言”基因【3】,“唱歌”基因?是否存在“愉悦”或“忧郁”细胞或回路【4】【5】?
2) 是否存在祖母细胞【6 】?有镜像神经元吗【7】?
3) 忧郁症能在分子层面上找出原因吗?忧郁症会遗传吗?
4)大脑皮层的功能是分区的吗?分得有多细,最小单元是什么?这与功能柱理论有关吗?
问题之3
什么是神经编码?
与此问题相关的还有如下问题:
1)研究神经信息是否必须了解神经编码?不知道神经编码能研究神经信息吗?
2)脑电(EEG)携带怎样的信息?EEG是可以用“神经编码”来解读吗?脑电(EEG)可以作为意识传递工具吗?
3) 现在的脑机---接口是真正的“脑机接口”?真正的“脑机接口”定义应该是什么?
4) 脑内信息传递的介质是什么?脑内是以什么形式传递信息的?脉冲序列是传递信息用的吗?
5) 细胞内是以什么形式传递信息?电磁场或电磁波是传递信息的介质?机械波是传递神经信息的介质【8】?
6)轴突和树突中传递信息是一致的吗?如何解释Rate code【9.10.11.】、 temporal code【12,13】、population code【14,15】(或称Assembly code)? 量子神经信息理论有道理吗【16】?这些理论哪些是对的哪些是错的?
7) 神经编码传递的是什么意义信息?人的感觉系统感觉到的信息有三种,一如嗅觉是没有时空结构的信息,二听觉是有时间结构的信息,三视觉图像是有空间结构的信息,活动图像是具有时空结构的信息,神经编码如何解决这三种不同信息。
8) 人头部或眼受震动是就出现“眼冒金星”的现象?这也是神经编码问题之一吗?神经信息理论如何解释此现象?
问题之4
脑作为系统是稳定的、确定性的系统,还是不稳定、不确定性系统?
当我们确定神经信息的所属层次和范围后,最最重要的问题是这个问题。这决定了我们要用什么理论工具,需不需要有新的理论工具产生等?
与这有关的问题:
1) 如何理解神经脉冲序列的不确定性【17】【18】,决策的不确定性,灵感产生的不确定性?
2) 如何理解脑电EEG的不确定性,意识的不确定性?
3) 现代科学理论是否都是确定性的因果关系的理论?脑是否是不稳定和不确定系统? 现有理论能解决脑的机理研究吗?
4) 脑研究是否必须要有新的概念引入?
3) “统计”能用来分析神经系统吗?
4) 有没有自由意志存在?如何解决自由意志和决定论的矛盾?
5) 认识脑的“不确定性”是进行脑的信息机理研究必须跨越的鸿沟吗?我们可以避开这条鸿沟来研究脑吗?
问题之5
神经信息过程是定量过程还是定性过程?
与此问题相关的还有如下问题:
1) 神经网络是模拟系统,还是数字系统?数字机能否准确地仿真脑?
2) konishi 的5微妙之谜【19】【20】能用定性理论解决吗?
3) 如何从定性研究转向定量研究?是否仅仅是量变到质变关系?
4) 人工神经网络可以区别很多不同类型,它能用来定向吗?人眼可以跟踪远方目标,用人5)“阿法狗”可以在围棋上战胜人,它能否用来代替鼻子区别微量气味存在吗?能代替海关检查毒品和炸药吗?
6) 人一拿起电话叫声“喂”。对方就能知道是那个熟人。“阿法狗”能识别吗?是否我们在“阿法狗”基础上再做些努力就能达到?或在“阿法狗”基础上根本无法达到?(我们认为以上这些例子都是定量系统才能精细地区别,定性过程无法区别。“阿法狗”只是定性系统,无法定量分析)。
7) 现在的所有人工智能都是定性分析吗?根本与定量无关吗?
问题之6
在脑中神经结构性回路与神经信息回路是否是分开的吗?
与此问题相关的还有如下问题:
1) 脑内信息的流动与电子电路一样吗?整个脑所有神经元是一起来处理信息吗?结构性回路与信息回路是同一回路吗?
2) 为什么脑不能在同一时间做两件事?
3) 为什么在睡眠时在脑内还是有很多神经脉冲,这些神经脉冲有什么用?
4) 做梦、失眠的机理是什么?
5) 笛卡尔的心脑两元论有道理吗?如何解决两元论与一元论矛盾?两者能统一吗?【21】
6) 查默斯的“意识困难问题”是意识研究的瓶颈还是一个伪问题?
7) 工程技术是否应该或可能复制大自然进化的一切策略?有没有脑样计算(brain-like computing)?
8) 人的“思维活动”是如何产生的?是大量神经元产生同步、自组织、涌现形成的还是少量神经元就行?
9) 人的性格指什么?它形成的机制是什么?
10) 何为灵感?灵感如何产生?
11) 何为“意识”的私密性?
12) 意识的神经相关物(neuronal correlation of consciousness ,NCC)提法正确吗?【22】
问题之7
神经信息至少分高、低两层次信息吗?
与此问题相关的还有如下问题:
1) 脑内信息是分成许多层次吗?
2) 现代信息理论都是属于低层次信息吗?
3) 高、低层次信息有否根本性差异?
4) 脑内信息究竟能分少层次?
5) 查默斯的“意识困难问题”是意识研究的瓶颈还是一个伪问题?
6) 语音识别和“相对论”产生都是脑的活动产物,这两者是属于一个层次的吗? 研究神经信息学能解决相对论问题吗?
7) 低层次神经信息存在编码,高层次也存在同样编码?还是在低层次基础上发展的新编码?
8) 什么是决策?
9) 什么是联想?
问题之8
脑内记忆的机理
不同的记忆机制会影响对信息处理的机理认识。人脑的记忆与计算机不同,它的信息处理方法与计算机完全不同,计算机存贮图像是把所有像素都存贮起来,所以要识别两张图是否一样,只要把两张图的对应像素作比较就行了,脑与计算机记忆方式不同,所以图像处理方法不同,人有很多视觉错觉现象,计算机中不存在。
目前有关脑的不同的记忆说:
1) 用不动点作为记忆?这方面几乎大家都知道,虽然已经有几十年历史,但是人们一直对它存在看法【23】。后来又有人提出其他理论如下。
2) 用极限环作为记忆【24】?
3) 用平衡线作为记忆【25】【26】?
4) 用不稳定流形作为记忆【27】?
6) 究竟哪一理论正确?
7) 衡量记忆的标准是什么?
问题之9
脑内是否存在两类疾病(器质性疾病和非器质性疾病)
非器质性疾病是指生化指标与正常人一样,也就是说脑在器质上没有任何病变,但是脑行为不正常。(如忧郁症、强迫症、神经质等精神类疾病),
器质性疾病是指人体局部的物质上的异常(如指生化成分变化,组织结构变化,和物理性质变化等)所形成的疾病。
1)只有把这两类疾病分清了才能找到正确的治疗方法。
2)非器质性疾病用药物有用吗?
3)能否在血液中找出精神病形成原因吗?能否在血液中找到忧郁症的原因吗?
问题之10
什么是智能?是否存在机器智能?
这是研究脑最终需要解决的问题,自从出现了“人工智能”后智能的概念一下就显得模糊起来,如果人工智能也算具有智能,那么原来最优控制早就具有智能了,计算机当然也是具有智能,也就是图灵机也是具有智能?这样手摇计算机也具有智能?
相应的问题:
1)脑的智能是什么?人工智能与脑有何本质差异吗?
2)人工智能理论的核心是什么?
4) 现在人工智能的进一步发展能否代替脑?深度学习、网络卷积、区块连等在理论上有否新的突破?它是否更接近脑的机理?
5)动物与人脑的信息处理机理是一样吗?
6)低等动物有智能吗?
7)Jeff Hawkins说:真正认识人类大脑是开发智能机器的必由之路【28】,这句话已是十几年的事,现在还正确吗?
问题之11
意识是什么?
这是研究脑最终需要解决的问题。
与此相关的问题:
1)什么是意识?什么是无意识?什么是潜意识?
2) 什么是决策?什么是联想?
3) 动物有意识吗?人脑和动物脑机理一样吗?动物是否有人脑一样的意识。如何理解“狼孩”现象?
4)什么是两元论?
5) 什么是意识的私密性?
6)什么是机器意识?机器能否具有像脑一样的意识吗?
7)意识、智能与语音识别是属于同一层次的问题吗?
8) 读心术有道理吗?
问题之12
研究方法问题
对于脑研究来说,研究方法问题是十分重要的事,方法不对,会浪费大量时间和精力。
1)对脑研究采用自上而下(Top down)还是自下而上( Bottom-Up)?还是两者都可以。
2) Jeff Hawkins 说:采用自下而上的研究方法是行不通的【28】。这句话对吗?
3) 脑科学研究能像瞎子摸象一样摸到哪里就算深入到哪里?有人说:脑如此复杂,我们只能做大量实验,各人在实验基础上随便提出自己看法和解释。这样研究路线正确吗?
4) 我们能否给出自上而下的理论框架?如果确信自上而下是正确的,我们一时又给不出自上而下的理论框架,我们也不能回避自上而下问题,从而挑一个自下而上的实验来做,然后发表种种奇怪议论。这种做法是极大错误的。
5)还原论在这里还能用吗?
6) 如果是采用自下而上研究路线,我们能提出一系列有意义问题吗?
我们认为,只有解决了1—9几个问题,才有研究10-11的两个问题条件。当然所提出问题还是很初步的,这里仅仅按我们根据所写的书【2】提出一些问题,只是起到一些抛砖引玉的作用,我们欢迎批评和补充。有谁提出更好的问题,我们也愿意加入一起讨论。
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