人脑可以“复制”吗?

人脑中约860亿个神经元以及这些神经元之间几百万亿的连接，使我们能够思考、行走、讲话、与他人互动。毫不夸张地说，人性皆在大脑中。我们对它的工作原理了解越深刻，就越能更有效地诊断和治疗孤独症和老年痴呆症之类的神经疾病。

欧盟委员会日前公布了为期10年、耗资11.9亿欧元的研究项目，旨在模拟完整的人脑结构。该项目的成本约为大型强子对撞机项目的1/6，是规模最大的神经学研究项目。它是人类对大脑工作原理的了解过程中迈出的重要一步，但也存在着缺陷。

缺陷在于它的目标不现实。用科学期刊《自然》的话说，人脑研究项目提出了完全模拟人脑的惊人目标，但也招致了一些怀疑。尽管该项目具有宝贵的价值——例如，帮助研究人员测试精神疾病药物的药效——但人脑结构太过复杂，难以通过目前的计算机精确建模。根据多数人的估计，这一目标很可能在几十年内都无法

实现。

“蓝脑”计划

早在2007年，瑞士洛桑理工学院亨利·马卡兰教授提出了雄心勃勃的“蓝脑”计划：2008年先用啮齿动物做实验，2011年后试图组装一个猫的大脑模型，然后可能还会模拟猕猴的大脑，最终希望在2015年制造出“人类大脑”模型。于是，经过艰辛努力，他造出了一个模拟幼鼠部分大脑的模型—一个“影子大脑”，一个电脑模拟的大脑。它包括一万个电脑芯片，每个芯片模拟一个神经元细胞的行为模式，连接神经元的树状突触由复杂的电路模拟。马卡兰教授认为，既然我们想要探索人类大脑活动的原理，就可以先从模拟大脑开始，用电脑“复制”人类大脑所有的活动，以及在其内部发生的各种反应。一旦最终“复制”出了人类大脑，像帕金森氏症这样因为大脑信息传递出现问题而引起的疾病就能从中获得治疗灵感。

“任性”的电子鼠脑

为了研制出幼鼠部分大脑的模型，洛桑理工学院研究人员敲开了数以千计的实验鼠的头颅。他们将这些老鼠的大脑切成极其薄的细片，并同时保持它们存活。研究人员给薄片上单个的神经元装上神经元传感器，用以监视神经元发出并传导的信号，还截取周围的神经元细胞对信号的反应。同时，他们向这些大脑薄片发出电流刺激，这些刺激模拟了老鼠闻到奶酪或者突然受到惊吓时大脑的反应，通过这样的监控和反复刺激来研究大脑活动。研究者收集了老鼠的大脑细胞在各种情景里的反应模式，这些数据成为马卡兰实验室“人造老鼠大脑”的基础。这些反应指令被输入芯片，每一个芯片就像一个神经元细胞那样活动，最后，用纵横交错的电路模拟树状突触将芯片连接。从造出它的第一天开始，这个新生“鼠脑”的“任性”就让研究人员吃惊不小。即使没有给它任何电流刺激，监控的电脑屏幕上也显示出它在进行奇怪的行为。研究人员发现，“鼠脑”会对一些信号自动产生反应，而且神经元之间会在没有外来刺激的情况下，相互协调活动。

复制人脑路漫漫

20多年来的人脑模拟试验成果寥寥，部分原因在于对复杂系统的建模难以达到足够的精度（试想预测两周后天气的难度有多大）。物理学家P·W·安德森在1972年发表的一篇经典文章中写道：“人类能将一切事物简化到基本定律，不代表人类能从这些定律出发、重构出宇宙……事物的复杂度每变化一级，都会呈现出全新的性质。”大模型是可能实现的，但模型越复杂，对计算能力的要求就越高，出现误差的可能性也就越大。即便计算机处理能力继续以每18至24个月翻一番的速度发展，真正实现精确、完全的人脑模拟需要的时间可能也远不止十年。此外，即使计算能力足够强，我们对神经元单独工作和互相协作的原理也缺乏足够的认识。我们仍然欠缺基础性的认识（如大脑如何对记忆编码）。我们很难模拟出自己不了解的事物。

即便如此，人脑研究项目仍能够促进诸多有用科学的发展。关键的问题是：资金如何使用？建立起的基础研究架构将服务于数目繁多的科研项目，资金将支持80多家机构的250多名科学家。

分门别类地对大脑各个部位编制目录，虽有新闻价值，却难以实现。人脑研究项目致力于实现这一目标，可能会浪费一部分预算经费。设想500年前有一台笔记本电脑掉落在地球上，世界上最优秀的科学家试图揭秘它的工作原理。一种方法是“解剖”这台电脑，记录线路与晶体管的连接方式，并研制出显微镜和逻辑探头等工具，以彻底理解它的复杂结构。另一种方法则是运用软件探究它的功能。人们会希望结合功能（笔记本电脑可以做什么）和物理结构（电路的工作原理）这两个层面来理解它。单凭测量零件的尺寸，很难重新造出一台功能齐全的笔记本电脑。

现代神经学充斥着对人脑中轴突、树突、神经传递素以及钙离子通道（它使神经元发挥作用）等作用机制的讨论。但至于这些要素如何相互协调，传递思想、表情和动作，人们知之甚少。对于短暂记忆等基本现象的认识也仍然十分匮乏。目前，人脑研究项目似乎过于重视实现物理上的理解，而轻视了功能上的理解。要想真正了解大脑，需要将二者融为一体。

北京大学生命科学学院生物物理系副主任、博士生导师孙久荣教授曾说，大脑内有两种细胞：负责信息传导的神经元细胞和辅助信息传导的胶质细胞。人脑内神经元细胞有一万亿多个，而胶质神经细胞又是神经元细胞的几十倍。如此多的细胞要重造是相当困难的。连接这数以十亿计的神经元和神经之间的突触就更多。而且这些起桥梁作用的突触是随着人的学习、记忆终生可变的。他们今天连接这个神经元和那个胶质，明天可能就是连接另两个神经元了。“人类能在短期之内弄明白意识产生的科学原理就是伟大的成就了，‘复制’人类大脑其路漫漫。”孙教授说。