分解大腦的逆向工程

到本世紀(jì)中期，在人工智能的歷史上我們將能夠完成下一個(gè)里程碑：分解人類大腦的逆向工程。科學(xué)家為不能生產(chǎn)由硅和鋼制作的機(jī)器人而感到灰心，他們又嘗試相反的方法：一個(gè)神經(jīng)元一個(gè)神經(jīng)元地分解大腦，就像一個(gè)機(jī)械師一個(gè)螺絲一個(gè)螺絲地取下一個(gè)馬達(dá)，然后在巨型計(jì)算機(jī)上模擬這些神經(jīng)元。這些科學(xué)家還系統(tǒng)地試圖模擬動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)，從老鼠、貓開(kāi)始，沿著動(dòng)物進(jìn)化的階梯一級(jí)一級(jí)向上。這個(gè)目標(biāo)非常明確，到本世紀(jì)中葉有可能實(shí)現(xiàn)。

麻省理工學(xué)院的弗雷德·哈普古德（Fred Hapgood）寫道：“如果發(fā)現(xiàn)了大腦怎樣工作，它是怎樣‘精確地’工作的，就像我們知道馬達(dá)怎樣工作的那樣，那么幾乎圖書(shū)館中的每一本教科書(shū)都要重寫?！?/p>

分解大腦逆向工程的第一步是理解大腦的基本結(jié)構(gòu)。就是這一步也是一個(gè)漫長(zhǎng)的痛苦的過(guò)程。歷史上，大腦的各個(gè)部分是在尸體解剖中鑒別的，不知道它們的功能。隨后情況漸漸改變，科學(xué)家分析有腦損傷的人，注意大腦某部分的損傷與行為的相應(yīng)改變。中風(fēng)患者、有腦損傷和腦疾病的人呈現(xiàn)特定的行為變化，然后將行為變化與大腦的受傷部位相匹配。

最壯觀的一個(gè)例子是在1848年，在美國(guó)佛蒙特州（Vermont），一根3英尺8英寸（1.118米）長(zhǎng)的金屬桿穿透了鐵路工頭菲尼亞斯·蓋奇（Phineas Gage）的頭顱。這個(gè)歷史性的事故是在火藥意外爆炸時(shí)發(fā)生的。這根金屬桿從臉的側(cè)面穿入，粉碎了他的下顎，進(jìn)入大腦，從頭的頂部穿出。像奇跡一樣不可思議，他居然從這個(gè)可怕的事故中活過(guò)來(lái)了，盡管毀壞了他的一個(gè)或兩個(gè)前腦葉。治療他的醫(yī)生開(kāi)始時(shí)不相信任何人經(jīng)過(guò)這樣的事故還能幸存下來(lái)，并且仍然活著。他處于半知覺(jué)狀態(tài)幾周時(shí)間，但后來(lái)奇跡般地恢復(fù)了。他居然又活了12年多，做些零工和去旅游，死于1860年。醫(yī)生仔細(xì)保留了他的頭骨和金屬桿，從那以后進(jìn)行了大量的研究?，F(xiàn)代技術(shù)CT掃描還用來(lái)重建這個(gè)不同尋常的事故的細(xì)節(jié)。

這個(gè)事件永遠(yuǎn)改變了“心身”（mind-body）問(wèn)題這一當(dāng)前流行的觀點(diǎn)。以前，人們相信，甚至在科學(xué)家的圈子內(nèi)，靈魂和身體是分開(kāi)的實(shí)體。有人心照不宣地寫到激活人體的“生命力”是獨(dú)立于大腦的。但是廣泛流行的報(bào)告說(shuō)明蓋奇的個(gè)性在事故后產(chǎn)生了顯著的變化，從一個(gè)健康的外向的人變成愛(ài)罵人的和敵視的人。這些報(bào)告的影響增強(qiáng)了這樣一種想法，大腦的特定部分控制不同的行為，因此身體和靈魂是不可分的。

在20世紀(jì)30年代又有了一個(gè)新的突破，像懷爾德·潘菲爾德（Wilder Penfield）那樣的神經(jīng)學(xué)家注意到，在為癲癇病人做大腦手術(shù)時(shí)，當(dāng)他碰到大腦的某些連接點(diǎn)，病人的身體部位有刺激反應(yīng)。接觸大腦皮層的這一部分或那一部分可以引起手或腿動(dòng)。用這種方法，他構(gòu)造一個(gè)大腦皮層的哪一部分控制什么器官粗略的輪廓。結(jié)果，他可以重新繪制一個(gè)人的大腦圖，一個(gè)相當(dāng)奇怪的人體映射到大腦表面的圖，看上去像一個(gè)有巨大的指尖、嘴唇和舌頭，但身體很小的奇怪的小人。

更近一些時(shí)候，磁共振成像掃描給出了揭示思維大腦的圖片，但不能追蹤思想的特定的神經(jīng)路徑，也許僅涉及幾千個(gè)神經(jīng)元。但是近年來(lái)，一個(gè)叫做光遺傳學(xué)（Optogenetics）的新領(lǐng)域把光和遺傳學(xué)結(jié)合起來(lái)拆開(kāi)動(dòng)物的特定的神經(jīng)通路。類似地，這可以和試圖創(chuàng)造一個(gè)路線圖相比。磁共振成像掃描的結(jié)果類似于確定大的州際高速公路和高速公路上大的交通流動(dòng)。但是，光遺傳學(xué)也許能夠?qū)嶋H上確定單個(gè)的道路和路徑。在原則上，它甚至有可能通過(guò)刺激這些特定的路徑控制動(dòng)物的行為。

這又一次產(chǎn)生了很多令人感動(dòng)的媒體故事?！暗吕獔?bào)告”（Drudge Report）的聳人聽(tīng)聞的大字標(biāo)題驚呼：“科學(xué)家創(chuàng)造了遙控蒼蠅?！边@個(gè)媒體訴求遙控蒼蠅的眼力去執(zhí)行五角大樓的卑鄙的工作。在“今夜秀”（Tonight Show）節(jié)目中，杰·雷諾（Jay Leno）甚至說(shuō)到一個(gè)遙控的蒼蠅可以按照命令飛到喬治·布什的口中。盡管喜劇演員有了一個(gè)領(lǐng)地，大白天想象五角大樓按一下按鈕控制一窩昆蟲(chóng)的奇異的場(chǎng)景，但現(xiàn)實(shí)卻相差很遠(yuǎn)。

果蠅大腦中大約有15萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元。光遺傳學(xué)使科學(xué)家能夠激發(fā)果蠅大腦中與某一行為相應(yīng)的神經(jīng)元。例如，當(dāng)果蠅的兩個(gè)特定的神經(jīng)元激活后，它就向果蠅發(fā)出逃跑的信號(hào)。然后，這個(gè)果蠅就會(huì)自動(dòng)伸開(kāi)腿，張開(kāi)翅膀起飛。科學(xué)家能夠從遺傳上繁殖一群果蠅，每一次一個(gè)激光束打開(kāi)時(shí)，它們的逃跑神經(jīng)元就被激活。如果你將一束激光照在果蠅上，它們立刻起飛。

確定大腦結(jié)構(gòu)的意義是十分重要的。我們不僅能夠慢慢梳理開(kāi)與一定行為相應(yīng)的神經(jīng)路徑，還能利用這些信息幫助中風(fēng)患者和其他受大腦疾病和事故折磨的病人。

牛津大學(xué)的蓋羅·米森博克（Gero Miesenb?ck）和他的同事能夠用這種方式鑒定動(dòng)物的神經(jīng)機(jī)制。他們不僅研究了果蠅大腦中反映逃跑的神經(jīng)路徑，也研究了反映氣味的神經(jīng)路徑。他們研究了控制蛔蟲(chóng)尋找食物的神經(jīng)路徑。他們還研究了與老鼠做決定有關(guān)的神經(jīng)路徑。他們發(fā)現(xiàn)在果蠅中與激發(fā)行為有關(guān)的神經(jīng)元少到只有兩個(gè)，但是在老鼠做決定時(shí)激發(fā)的神經(jīng)元大約有300個(gè)。

他們所用的基本工具是能夠控制某些染色體產(chǎn)生的基因，還有能與光相互作用的分子。例如水母的一個(gè)基因能夠產(chǎn)生綠色熒光蛋白質(zhì)。此外，有很多分子，如視網(wǎng)膜色素能對(duì)光做出反應(yīng)，當(dāng)光照射在它們上面，可使離子通過(guò)細(xì)胞膜。用這種方式，照射在這些生物體上的光能夠激發(fā)化學(xué)反應(yīng)。有了這些染色體和光敏感化學(xué)物質(zhì)，這些科學(xué)家能夠首次拆開(kāi)控制特定行為的神經(jīng)回路。

因此，盡管喜劇演員喜歡開(kāi)這些科學(xué)家的玩笑，說(shuō)他們想創(chuàng)造可以用按鈕控制的作法自斃的果蠅，但現(xiàn)實(shí)是，在歷史上科學(xué)家首次追蹤了大腦的控制特定行為的神經(jīng)路徑。