研究大腦，必須得先虛擬個(gè)大腦

原標(biāo)題：研究大腦，必須得先虛擬個(gè)大腦

最近德國科學(xué)家作了一項(xiàng)研究，其通過構(gòu)建一個(gè)重度抑郁癥計(jì)算模型，來揭示重度抑郁癥對老年人的記憶和遠(yuǎn)期記憶的影響。如果這個(gè)計(jì)算模型是正確的話，則表明重度抑郁癥可能會對老年人的短暫記憶甚至是長遠(yuǎn)的記憶產(chǎn)生毀滅性的影響。

引起我們關(guān)注的不僅僅是其對抑郁癥影響老年人記憶的關(guān)注，更在于其研究方式：建立大腦計(jì)算模型，即虛擬大腦。研究人員通過捕捉病人的大腦特征，成功測試了其模型存儲和和回憶新記憶的能力。并且發(fā)現(xiàn)，在抑郁癥發(fā)作的時(shí)候，大腦模型中形成了較少的神經(jīng)元。

通過構(gòu)建“虛擬大腦”來實(shí)現(xiàn)對大腦的研究，可能是當(dāng)下最普遍也最靠譜的方式了。理論上來講，如果能夠做到真正地還原大腦，就可以揭示出大腦的奧秘，進(jìn)而解決諸多疑難雜癥。實(shí)際上，限制虛擬大腦功用的，正是模型完善度的不足。

或許，是時(shí)候了解一下到底何為“虛擬大腦”了。

大腦之難，難于上青天

大腦可以說擁有著整個(gè)人體當(dāng)中最復(fù)雜的運(yùn)行機(jī)制。若干年來，人類逐漸對身體的各個(gè)器官、組織的形狀、成分構(gòu)成、具體功用有了明確的認(rèn)知，卻唯獨(dú)在大腦面前仍然是一個(gè)小學(xué)生。在弄清楚了自己的生理運(yùn)行機(jī)制之后，人類非常想弄清楚關(guān)于精神和意識方面的內(nèi)容，并且毫不懷疑地將這些內(nèi)容的儲藏地指向了大腦。

然而要想對大腦做出更深層次的研究，人們毫無疑問需要跨過好幾個(gè)檻兒。

首先，大腦實(shí)在是太脆弱了。從結(jié)構(gòu)上來講，我們大腦是在堅(jiān)固的頭骨的護(hù)佑之下運(yùn)行活動的。之所以被頭骨包圍，就是因?yàn)榇竽X本身很軟，要不怎么都說“豆腐腦”呢。但是要對大腦進(jìn)行研究，就必須要觸碰到這些軟軟的本體，如果操作失誤，很可能會給病人帶來無法挽回的損失。并且大腦上布滿了密密麻麻的神經(jīng)元，隨便動壞哪一塊兒下半輩子可能都不好受。所以，研究活體大腦是一件爭議很大的問題，即便是用拿病人來做研究，也存在面臨未知風(fēng)險(xiǎn)的可能。

正是由于腦損傷的不可逆性，我們無法直接把手術(shù)刀伸進(jìn)病人的大腦里左沖右突。在此之前，借助現(xiàn)代的醫(yī)療手段，比如讀取腦電波、做ct、腦部磁共振等，本質(zhì)上都是對大腦狀態(tài)的復(fù)制和還原。但是其仍然存在一個(gè)問題：病人的大腦是處于變化之中的，利用這些檢查做出的判斷在嚴(yán)格意義上來講都是“過去”的情況?？赡芤惶彀胩斓臅r(shí)間對處理一些常規(guī)的大腦疾病問題不大，但要破解大腦的奧秘，可能需要的就是實(shí)時(shí)的跟蹤，而非總是落后一步。

而正因?yàn)榇竽X里可能藏著決定“人是人”的密碼，在對其進(jìn)行研究的時(shí)候還會經(jīng)常面臨倫理問題。比如對大腦的干預(yù)活動很可能會影響一個(gè)人的性格的改變。如果能讓一個(gè)花花公子變成個(gè)謙謙君子倒還好，畢竟誰都喜歡；但是如果變成了地痞流氓怎么辦？還能找醫(yī)生再要一個(gè)人出來嗎？

所以我們看到科學(xué)家們更多地選擇對動物的大腦進(jìn)行研究，以此試圖找到對人類大腦研究的啟示。這項(xiàng)工作誠然很有意義，但如果邁不到對人類大腦研究的那一步，其似乎永遠(yuǎn)都與最終目標(biāo)差了一個(gè)階段。

所以，大腦自身的復(fù)雜脆弱性、現(xiàn)代通用研究技術(shù)的限制性、倫理的爭議性以及他物推及的不便性，似乎都在呼喚著新的大腦研究手段的到來。而虛擬大腦的提出，可能將會是對這些呼喚的最好的回應(yīng)。

離我們很近的實(shí)體大腦

目前來講，虛擬大腦主要有四種表現(xiàn)形式：3D打印模型、計(jì)算機(jī)虛擬模型、全息成像還原大腦場景和實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的大腦。

3D打印目前來講已經(jīng)相當(dāng)成熟，其在醫(yī)療方面的應(yīng)用目前看來大有燎原之勢。在醫(yī)療領(lǐng)域推廣的過程中，3D打印被廣泛用于各種手術(shù)的術(shù)前模擬當(dāng)中。這樣可令手術(shù)變得可重復(fù)，從而可以大大提高手術(shù)的成功率，降低風(fēng)險(xiǎn)。開顱手術(shù)對3D打印模型的應(yīng)用自然是非常迫切的。以目前3D掃描的技術(shù)精度，打印出來的大腦模型能夠精確地展現(xiàn)患者的血管和神經(jīng)結(jié)構(gòu)。難道這就夠了嗎？當(dāng)然不夠。只是呈現(xiàn)出大腦的形狀已經(jīng)不能滿足科學(xué)家們的胃口了，最近他們正在測試不同的材料，以為3D打印的大腦添加觸覺。如果其能成功，可能就意味著這個(gè)虛擬大腦從此有可能成活了。

而3D大腦存在的一個(gè)缺陷是，其可能由于算力的不足而導(dǎo)致對大腦的還原度不夠，比如一些細(xì)微的血管、神經(jīng)等。那么，提高模型的精度也就成為了3D打印大腦模型的重要工作。在這方面，德國尤利希研究中心的科學(xué)家們則利用了深度學(xué)習(xí)的方法來分析數(shù)千個(gè)超薄的大腦組織切片，然后在重新建立3D模型。

可以說，3D打印大腦是“看得著”的一種虛擬大腦，它是專為解決醫(yī)療問題而生的。而與之對應(yīng)的實(shí)體虛擬大腦，則更能引起我們的興趣。

在討論這個(gè)之前，我們首先需要確定一下：我們所說的虛擬，是有別于一個(gè)人天然而生的大腦而言的。也就是說，除了從娘胎里帶出來的是真實(shí)大腦之外，其他的任何無論是做出真實(shí)的可觸性大腦還是基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的大腦，都是我們所說的虛擬大腦。

然后，我們可以討論一下另一種實(shí)體大腦：實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)大腦。

人工已經(jīng)能夠制造出大腦了？是的，這已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。

美國俄亥俄州立大學(xué)的科學(xué)家們在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)出了第一個(gè)幾乎完全成型的人類大腦。這個(gè)大腦一厘米見方，其發(fā)育程度大約相當(dāng)于5周的嬰兒。該大腦由體細(xì)胞被誘導(dǎo)才成為不成熟的干細(xì)胞之后通過編程為腦細(xì)胞生長。而英國的劍橋大學(xué)也培養(yǎng)出了在5個(gè)月長到4毫米見方的人造大腦，其擁有超過200萬個(gè)神經(jīng)元。而相似之處在于，這些人造大腦全都是沒有意識的。

按照如今科技發(fā)展的速度，未來培養(yǎng)出完全適用于人類的大腦應(yīng)該不是什么難事。而一旦此項(xiàng)技術(shù)成熟，其將可以被用來研究大量的醫(yī)療難題，尤其是精神方面的疾病，比如自閉癥、阿爾茨海默癥、帕金森氏癥、精神分裂癥等等。這些人造大腦將會為真正的大腦實(shí)驗(yàn)提供無限的可能。

但是大腦又不同于身體的其他器官，一旦人造大腦產(chǎn)生了意識，那么科學(xué)家們對它的研究也一定會再次遇到倫理方面的問題。在攻克疾病和倫理之間，人類就必須要做出一個(gè)選擇。

看起來很遠(yuǎn)的“真·虛擬大腦”

在計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域，虛擬大腦則顯得更為科幻一點(diǎn)。

比如在2013年，華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院、西班牙龐培法布拉大學(xué)和其他幾個(gè)歐洲大學(xué)共同完成了一個(gè)用于研究大腦解剖學(xué)構(gòu)造如何幫助產(chǎn)生和維護(hù)休息狀態(tài)的大腦網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)模型。研究人員通過該模型來將大腦傷害和其他原因?qū)е碌拇竽X網(wǎng)絡(luò)損傷和記憶力、注意力等問題聯(lián)系在一起進(jìn)行研究。比如說，將中風(fēng)等傷害加入到模型當(dāng)中，來觀察部分細(xì)胞受到摧殘以后大腦功能的影響。

研究結(jié)果還是非常令人滿意的，其觀察的模擬情況基本與人類差別不大。但是僅僅20分鐘的大腦模擬，就需要功率強(qiáng)大道德計(jì)算機(jī)連續(xù)工作26個(gè)小時(shí)以上，可見要想利用計(jì)算機(jī)完全虛擬大腦活動，計(jì)算機(jī)的算力必須要足夠才行。

無獨(dú)有偶，最近德國、日本、挪威和瑞典的聯(lián)合研究小組就通過創(chuàng)造一種新的算法，百分百模擬了整個(gè)大腦的100億個(gè)神經(jīng)元的互連。尷尬的是，目前即便是使用超級計(jì)算機(jī)也無法滿足該算法對模擬大腦的需求。據(jù)了解，即便是該算法的早期版本，研究人員們在超級計(jì)算機(jī)上也只實(shí)現(xiàn)了1%的神經(jīng)互連。由此，很難想象要用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對大腦的真正模擬還需要多遠(yuǎn)的路遙走。

而有一群人則是在尋找另外一種方式來實(shí)現(xiàn)虛擬大腦，這就是利用全息成像的方式來還原大腦場景。

所謂全息成像還原大腦場景，即是利用閃光來控制神經(jīng)元，從而對大腦活動實(shí)現(xiàn)復(fù)制粘貼。利用全息投影來實(shí)現(xiàn)對神經(jīng)元的控制，我們將能夠?qū)崿F(xiàn)對感覺的復(fù)制。簡單來講，神經(jīng)元成為了一種可以自由操縱的東西，比方說你總是怕疼，那就刪掉！你不喜歡癢，刪掉！甚至你如果想擁有男朋友的記憶，一樣可以偷偷地將其植入到自己的腦袋里，這樣你們家的日常聊天一定就會變成實(shí)話實(shí)說。

而更遠(yuǎn)的未來是，其將可以植入更多類型的感覺或者強(qiáng)化某種感覺。如果是盲人，其可以植入“視覺”的感覺，以后盲人出門走路有沒有障礙物全靠意念；如果你想陪男朋友看世界杯但是自己又對足球沒興趣，那完全可以通過植入來強(qiáng)化，這樣甚至還能夠維系愛情和諧……

當(dāng)然，這項(xiàng)被稱為“全息大腦調(diào)制器”的技術(shù)好像還聽起來有點(diǎn)科幻，但是科學(xué)家們確已在老鼠的身上實(shí)現(xiàn)了利用閃光來激活神經(jīng)元。只是在具體的動作與實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等方面還需要進(jìn)一步的研究和完善，但不可否認(rèn)的是，這項(xiàng)技術(shù)將很可能改變整個(gè)人類。

而無論通過何種方式實(shí)現(xiàn)對大腦的模擬，其最終的目的都是一致的：讓人類在避免對自己造成損傷的情況下弄清楚自己。也許對著腦袋開一刀是最簡單便捷的方式，但因?yàn)樵S多原因，人類選擇了通過繞路的方式來逼近終點(diǎn)。也許最遠(yuǎn)的路才是正確的路，在這個(gè)途中，我們可能將一點(diǎn)一點(diǎn)地解決記憶、遺忘、存儲、精神疾病等問題，甚至在最后還可能實(shí)現(xiàn)對大腦的手動武裝，比如裝個(gè)腦機(jī)接口什么的。

大腦本身就很科幻，而用虛擬的方式來研究一項(xiàng)科幻的內(nèi)容，想象都覺得這是一件逼格很高的事情。

生成海報(bào)

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性，讀者在使用前請進(jìn)一步核實(shí)，并對任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對有關(guān)資料所引致的錯(cuò)誤、不確或遺漏，概不負(fù)任何法律責(zé)任。任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識產(chǎn)權(quán)或存在不實(shí)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)及時(shí)向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實(shí)情況說明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實(shí)情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實(shí)，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。