大腦，這個(gè)人體最神秘的器官，數(shù)千年來(lái)一直是先哲們最癡迷的話題之一。進(jìn)入21世紀(jì)后，腦科學(xué)以及與之相關(guān)的人工智能和腦機(jī)接口技術(shù)不僅是當(dāng)下最前沿的科學(xué)領(lǐng)域，也是最有可能徹底改變?nèi)祟?lèi)社會(huì)未來(lái)的科學(xué)和技術(shù)。那么，數(shù)千年來(lái)人類(lèi)對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了怎樣的歷程？以前的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)又是否能讓我們更準(zhǔn)確和全面地認(rèn)識(shí)大腦？針對(duì)這些話題，馬修·科布教授在這本《大腦傳》中做了細(xì)致的介紹和闡釋?zhuān)@是近年來(lái)不可多得的一本腦科學(xué)研究史佳作。

在這部巨著里，科布教授講述了在歷史的長(zhǎng)河中，從古代先賢到當(dāng)今的科學(xué)家，人類(lèi)是怎樣一步步揭開(kāi)大腦的神秘面紗的。在此我從一名腦科學(xué)研究者的角度出發(fā)，簡(jiǎn)單勾勒一下這本書(shū)中描述的歷史脈絡(luò)，并討論一下腦科學(xué)研究發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)。

腦科學(xué)研究的歷史脈絡(luò)：從上古到今天

沿著本書(shū)中的時(shí)間線，按照腦科學(xué)發(fā)現(xiàn)的相對(duì)重要程度劃分，我認(rèn)為腦科學(xué)研究大致可以分為四個(gè)歷史階段：蒙昧?xí)r代（16世紀(jì)前）、啟蒙時(shí)代（17到19世紀(jì)）、近現(xiàn)代（20世紀(jì)），以及當(dāng)代（21世紀(jì)）。

在蒙昧?xí)r代，科學(xué)家與智者們無(wú)法通過(guò)觀察得知大腦的真正功能。比如，古希臘的亞里士多德認(rèn)為，心臟才是產(chǎn)生感覺(jué)與情緒的器官，大腦看上去遠(yuǎn)不如時(shí)刻跳動(dòng)的心臟更有活力，不是嗎？中國(guó)古代的先賢也持類(lèi)似的觀點(diǎn)，所以我們才會(huì)有“傷心”“心碎”等描述情緒的詞語(yǔ)。單純根據(jù)我們的直觀感受，情緒波動(dòng)的時(shí)候心臟的跳動(dòng)好像確實(shí)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，所以得出這種結(jié)論并不奇怪。

公元162年左右，古羅馬的蓋倫提出了一個(gè)有關(guān)大腦的驚世駭俗的假說(shuō)。在動(dòng)物身上開(kāi)展了一系列的實(shí)驗(yàn)后，他提出大腦——而不是心臟——很有可能才是產(chǎn)生思想的地方。蓋倫提出了一個(gè)無(wú)比玄乎的概念“精氣”（pneuma），認(rèn)為大腦產(chǎn)生的這種看不見(jiàn)摸不著的氣體能在神經(jīng)中流動(dòng)，進(jìn)而控制全身的運(yùn)動(dòng)。今天來(lái)看，這種“精氣”的運(yùn)作方式一定程度上就像一種非常樸素的電傳導(dǎo)模型。1543年，兩部影響深遠(yuǎn)的科學(xué)巨著出版。一部是尼古拉·哥白尼的《天體運(yùn)行論》，另一部則是安德烈·維薩里的醫(yī)學(xué)巨著《人體構(gòu)造論》。在《人體構(gòu)造論》中，維薩里惟妙惟肖地繪制了大腦的結(jié)構(gòu)并否定了蓋倫“精氣”的觀點(diǎn)。

進(jìn)入啟蒙時(shí)代后，先哲笛卡兒經(jīng)過(guò)富有遠(yuǎn)見(jiàn)的思考，認(rèn)為蓋倫是對(duì)的：大腦里確實(shí)有可以快速移動(dòng)的“精氣”，這些“精氣”控制著人體的運(yùn)動(dòng)和各種思考。今天看來(lái)，這甚至可以看作是大腦反射弧的一個(gè)雛形。但大腦的科學(xué)基礎(chǔ)究竟是什么呢？

17至18世紀(jì)最偉大的科學(xué)進(jìn)展是牛頓引領(lǐng)的物理學(xué)革命，科學(xué)家剛剛開(kāi)始認(rèn)識(shí)到龐大星球之間的神秘引力。而揭開(kāi)大腦神秘面紗的，卻是對(duì)自然界中另外一種力量——電的研究。

到18世紀(jì)末，路易吉·伽伐尼、亞歷山德羅·伏打等意大利科學(xué)家率先揭示了生物體中電的奇妙力量，他們甚至可以利用電讓青蛙的肢體收縮。古老的“精氣”終于被找到了，那就是生物電。類(lèi)似于伏打電池這樣的發(fā)明也讓人類(lèi)開(kāi)始能夠操縱簡(jiǎn)單的生物電，甚至可以用微弱的電流刺激動(dòng)物的大腦，觀察大腦被刺激后怎樣讓四肢發(fā)生運(yùn)動(dòng)。

除了生物電的革命性發(fā)現(xiàn)外，許多腦科學(xué)教科書(shū)與科普書(shū)還會(huì)提及19世紀(jì)的顱相學(xué)研究。顱相學(xué)的說(shuō)法現(xiàn)在看上去十分荒誕不經(jīng)，其主要觀點(diǎn)是，既然大腦是控制行為甚至性格和智力的重要器官，那大腦的結(jié)構(gòu)必定會(huì)被包裹大腦的頭骨所反映，因此如果想知道一個(gè)人的性格乃至智力，摸摸腦袋或許就能判斷了。

這個(gè)啟蒙時(shí)代的奇談怪論從未成為學(xué)界的主流，但我此處希望談一談的是這個(gè)學(xué)說(shuō)中涉及的另一個(gè)問(wèn)題：性格與智力是先天決定的還是后天決定的？

據(jù)說(shuō)拿破侖對(duì)顱相學(xué)嗤之以鼻，是因?yàn)樗约旱慕?jīng)歷：一個(gè)人的性格和智力難道不都是后天努力學(xué)習(xí)與奮斗形成的嗎？拿破侖自己出生于一個(gè)破落貴族之家，從一名炮兵軍官奮斗至法蘭西皇帝，這難道不是后天努力的結(jié)果嗎？怎么可能通過(guò)摸摸一個(gè)人的頭骨就判定出他的人生走向呢？可以想象，在努力改造社會(huì)成為社會(huì)主流的19世紀(jì)后半葉，顱相學(xué)很快就被掃進(jìn)了歷史的故紙堆。

其實(shí)從科學(xué)的角度看，顱相學(xué)也并非一無(wú)是處。大腦的某種功能由特別的區(qū)域來(lái)控制，這一觀點(diǎn)后來(lái)被發(fā)現(xiàn)其實(shí)是能找到證據(jù)支持的。1865年，通過(guò)對(duì)一系列語(yǔ)言障礙病人的研究，法國(guó)醫(yī)生保羅·布羅卡發(fā)現(xiàn)，一旦大腦左額葉的一個(gè)區(qū)域受損，人的語(yǔ)言功能就會(huì)被嚴(yán)重破壞。這個(gè)區(qū)域后來(lái)被以布羅卡的名字命名，稱(chēng)為布羅卡區(qū)（Broca’s area），并被證明是大腦中分管語(yǔ)言的區(qū)域。

在啟蒙時(shí)代的兩三百年時(shí)間里，科學(xué)家建立起了包括生物電、功能分區(qū)等在內(nèi)的一系列關(guān)于大腦的基本知識(shí)框架。而大腦研究真正成為科學(xué)的一個(gè)分支要等到19世紀(jì)末了，至此腦科學(xué)研究也進(jìn)入了近現(xiàn)代的階段。

某個(gè)學(xué)科成為真正的科學(xué)分支的標(biāo)志，是這個(gè)學(xué)科擁有了一系列可以被廣泛使用并推廣的研究手段，這樣一個(gè)科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)就很容易被其他科學(xué)家重復(fù)驗(yàn)證并推進(jìn)。當(dāng)然，研究技術(shù)的成熟只是一個(gè)必要條件，科學(xué)的真正進(jìn)步常常是我們所說(shuō)的“范式革命”。在其著作《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中，科學(xué)家、哲學(xué)家托馬斯·庫(kù)恩闡述了范式革命的過(guò)程。用通俗的話說(shuō)，就是看待問(wèn)題的角度改變了。再通俗一點(diǎn)就是，真正革命性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)不可以被舊的范式“預(yù)測(cè)”出來(lái)。比如，從牛頓的經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法預(yù)測(cè)出愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，從愛(ài)因斯坦的相對(duì)論也無(wú)法推測(cè)出量子物理學(xué)理論。讓我們來(lái)看看腦科學(xué)的范式革命是如何發(fā)生的。

現(xiàn)代腦科學(xué)第一個(gè)革命性的發(fā)現(xiàn)，是20世紀(jì)初西班牙神經(jīng)解剖學(xué)家圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾提出的神經(jīng)元學(xué)說(shuō)。大腦的結(jié)構(gòu)究竟是怎么樣的？雖然細(xì)胞學(xué)說(shuō)已經(jīng)被廣為接受，但大腦中是否也有細(xì)胞？發(fā)明了一種神奇染色方法的意大利科學(xué)家卡米洛·高爾基在對(duì)大腦做了一番染色后指出，大腦里沒(méi)有單個(gè)的細(xì)胞，而是無(wú)數(shù)細(xì)胞連接起來(lái)的群體。但卡哈爾用這種以高爾基的名字命名的“高爾基染色法”對(duì)動(dòng)物大腦染色后卻驚奇地發(fā)現(xiàn)，大腦里的每一個(gè)細(xì)胞都是獨(dú)立存在的。對(duì)無(wú)數(shù)生物的大腦做了難以計(jì)數(shù)的染色后，他系統(tǒng)性的闡釋了大腦內(nèi)的細(xì)胞不僅獨(dú)立存在，相互之間的連接樞紐還是一個(gè)非常特化的結(jié)構(gòu)，也就是后來(lái)被發(fā)現(xiàn)的突觸（synapse）。

謝天謝地全世界的科學(xué)家沒(méi)有被高爾基誤導(dǎo)，卡哈爾的神經(jīng)元學(xué)說(shuō)讓腦科學(xué)的研究真正進(jìn)入了快車(chē)道。盡管從細(xì)胞學(xué)說(shuō)出發(fā)，好像也能“推測(cè)”出大腦中應(yīng)該有細(xì)胞，但由于糾正了大腦里的細(xì)胞是連通的這一錯(cuò)誤學(xué)說(shuō)，并繪制出令今人仍然嘆為觀止的大腦細(xì)胞染色圖，卡哈爾一直被現(xiàn)代腦科學(xué)工作者奉為祖師爺。

大腦的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)差不多搞明白了，那這如夢(mèng)似幻的“精氣”——生物電究竟是如何在大腦細(xì)胞（神經(jīng)元）中產(chǎn)生并傳輸信號(hào)的呢？至今難忘當(dāng)我在學(xué)生時(shí)代讀到神經(jīng)生物學(xué)教科書(shū)的這一部分，也就是著名的霍奇金–赫胥黎傳導(dǎo)模型（Hodgkin-Huxley model）時(shí)，那種震撼的感覺(jué)。

盡管自第二次工業(yè)革命起人類(lèi)就已經(jīng)可以成功生產(chǎn)并使用電能，但一直到20世紀(jì)中葉，科學(xué)家對(duì)神經(jīng)元之間的電傳導(dǎo)規(guī)律仍然一無(wú)所知。主要的原因可能是，生物電本身就非常微弱，必須用精密的儀器才能夠檢測(cè)。研究對(duì)象的選擇也很重要，哺乳類(lèi)動(dòng)物的大腦被包裹在堅(jiān)硬的頭骨內(nèi)，如果要對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行電記錄，必須先通過(guò)腦外科手術(shù)去除頭骨，在這之后纖細(xì)的電極還需要充分接觸到很細(xì)的神經(jīng)纖維。20世紀(jì)上半葉的技術(shù)還很難完成后者這樣的操作。那怎么辦呢？

兩位英國(guó)的科學(xué)家艾倫·霍奇金和安德魯·赫胥黎巧妙地使用一種烏賊發(fā)現(xiàn)了電傳導(dǎo)的規(guī)律。他們選擇槍烏賊的巨軸突系統(tǒng)作為研究對(duì)象，這樣電極可以輕松地接觸到神經(jīng)纖維進(jìn)行記錄。在對(duì)槍烏賊細(xì)胞的放電情況進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量后，霍奇金和赫胥黎發(fā)現(xiàn)細(xì)胞放電的規(guī)律可以用一個(gè)簡(jiǎn)潔優(yōu)美的方程式來(lái)解釋?zhuān)@就是著名的霍奇金–赫胥黎方程。這個(gè)方程式解釋了神經(jīng)元放電的基本規(guī)律。這個(gè)真正革命性的發(fā)現(xiàn)揭示了神經(jīng)元放電的原理，基本上就是鈉、鉀離子的跨膜流動(dòng)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)同時(shí)也表明，生物學(xué)過(guò)程的底層規(guī)律仍然是物理學(xué)原理。自這個(gè)發(fā)現(xiàn)起，神經(jīng)生理學(xué)作為一門(mén)新興的學(xué)科，正式走進(jìn)了科學(xué)的殿堂。

除了以上內(nèi)容外，20世紀(jì)一系列有關(guān)腦的重大發(fā)現(xiàn)——如查爾斯·謝靈頓提出的突觸概念、大腦中的神經(jīng)化學(xué)概念等——《大腦傳》都一一做了精彩的描述。大腦中細(xì)胞間通過(guò)化學(xué)物質(zhì)（也就是所謂的神經(jīng)遞質(zhì)）來(lái)傳導(dǎo)信息的發(fā)現(xiàn)，開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域——神經(jīng)化學(xué)。其中最為人所知的是有關(guān)成癮的一系列神經(jīng)化學(xué)發(fā)現(xiàn)，比如對(duì)多巴胺、阿片受體等的研究。但隨著腦科學(xué)研究的深入，科學(xué)家逐漸認(rèn)識(shí)到，大腦中的化學(xué)物質(zhì)只是細(xì)胞間通訊的媒介，更重要的是細(xì)胞之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是如何工作的，這些都屬于當(dāng)代腦科學(xué)研究中的神經(jīng)環(huán)路研究。

在20世紀(jì)的腦科學(xué)研究中，還有一個(gè)非常重要的分支，《大腦傳》中的描寫(xiě)也很有趣，那就是試圖運(yùn)用機(jī)器來(lái)模擬并接近人類(lèi)的智能。這個(gè)領(lǐng)域的先驅(qū)的思考推動(dòng)了電子計(jì)算機(jī)的誕生?？茖W(xué)家一直希望用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬大腦的工作過(guò)程，然而模擬腦的一系列努力在半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里一直雷聲大雨點(diǎn)小，進(jìn)展緩慢。一直到21世紀(jì)發(fā)端，機(jī)器學(xué)習(xí)算法的橫空出世，以及不斷增長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)算力在某些領(lǐng)域開(kāi)始與人類(lèi)的智能相匹敵，人工智能時(shí)代終于到來(lái)了。

在了解了大腦的基本結(jié)構(gòu)、細(xì)胞組成、電活動(dòng)的工作原理并擁有不斷增強(qiáng)的計(jì)算機(jī)算力后，接下來(lái)要做的就是展開(kāi)探索大腦最重要奧秘的攻堅(jiān)戰(zhàn)了。當(dāng)代腦科學(xué)研究（21世紀(jì)）的很大一部分，就在致力于探索這些問(wèn)題。

即使你不是專(zhuān)業(yè)人士，如果問(wèn)你腦研究領(lǐng)域最重要的研究有哪些，估計(jì)你也能答個(gè)八九不離十：記憶是怎么形成并存儲(chǔ)的？情感是怎么產(chǎn)生的？意識(shí)是怎么讓我們與眾不同的？等等。

確實(shí)，大腦研究皇冠上最耀眼的明珠就是這些高級(jí)認(rèn)知功能的原理。坦白地說(shuō)，對(duì)于這些問(wèn)題，我們目前還沒(méi)有令所有人滿意的答案。我們都在期待真正“革命性”發(fā)現(xiàn)的到來(lái)。

《大腦傳》的第三部分觸及到了一部分這些內(nèi)容，但可能因?yàn)檫@方面的進(jìn)展太過(guò)迅猛，我個(gè)人認(rèn)為書(shū)對(duì)這部分的描述略有缺憾，我在此處略做補(bǔ)充。

真正第一次揭示認(rèn)知功能原理的革命性腦科學(xué)研究，我認(rèn)為是西摩·本澤（Seymour Benzer）在20世紀(jì)后半葉開(kāi)展的果蠅遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)。他在果蠅這種易于繁殖與觀察的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中誘導(dǎo)隨機(jī)的基因突變，再觀察果蠅的哪些行為被基因突變所改變，進(jìn)而一下子追溯到了行為的最底層——基因的層面。使用這種方法，本澤找到了控制生物節(jié)律的基因以及學(xué)習(xí)記憶的基因。我認(rèn)為這些研究是真正革命性的，盡管距現(xiàn)在已經(jīng)有超過(guò)半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，但仍然可以被稱(chēng)為當(dāng)代的腦科學(xué)研究成果，因?yàn)槠裨S多研究仍然沒(méi)有走出本澤的研究范式。

但要研究清楚某一個(gè)基因具體是如何影響某種復(fù)雜行為的，基因和行為之間顯然還有巨大的鴻溝和空白。在試圖填補(bǔ)這些空白的當(dāng)代腦科學(xué)研究中，最熱門(mén)的領(lǐng)域之一就是研究大腦的某個(gè)腦區(qū)或者神經(jīng)元之間的連接會(huì)怎樣影響某種特定的行為（例如學(xué)習(xí)與記憶、成癮、恐懼、開(kāi)心與愉悅）。雖然研究進(jìn)行得熱火朝天，但這個(gè)領(lǐng)域里不斷涌現(xiàn)的最新發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有帶來(lái)“范式革命”級(jí)的突破。科學(xué)家們打趣地說(shuō)，現(xiàn)在的研究基本上都有“套路”，無(wú)非是腦區(qū)甲的細(xì)胞A與腦區(qū)乙的細(xì)胞B形成連接，一起調(diào)節(jié)了行為C，如此種種。汗牛充棟的研究絕大部分都可以被這樣“預(yù)測(cè)”出來(lái)，那么真正“革命性”的發(fā)現(xiàn)在哪兒呢？

其實(shí)科學(xué)家們自己也很清楚，目前對(duì)于單個(gè)腦區(qū)的研究非常有局限性。我們?cè)谶M(jìn)行某個(gè)復(fù)雜行為的時(shí)候，大腦中不可能只有一個(gè)腦區(qū)的某些細(xì)胞在放電，一定是許多腦區(qū)中的許多細(xì)胞在配合默契地放電。因此，只盯著一個(gè)地方研究，只會(huì)是管中窺豹。面對(duì)這樣的問(wèn)題，腦科學(xué)研究領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展出了一系列最新的技術(shù)，其中一種叫作神經(jīng)像素（neuropixel），這是一種用無(wú)數(shù)的纖細(xì)電極同時(shí)對(duì)小鼠大腦的多個(gè)腦區(qū)進(jìn)行電記錄的神奇方法。有了這種方法，我們也許就可以對(duì)產(chǎn)生復(fù)雜行為的大腦電活動(dòng)情況有更全面的認(rèn)識(shí)。

當(dāng)然，最大的問(wèn)題可能還不是實(shí)驗(yàn)方法的革命。目前絕大多數(shù)腦科學(xué)研究都依賴于某種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，最常用的哺乳類(lèi)動(dòng)物是實(shí)驗(yàn)小鼠?？茖W(xué)家能夠用遺傳學(xué)手段對(duì)小鼠的基因進(jìn)行定點(diǎn)剔除和標(biāo)記，甚至可以準(zhǔn)確地跟蹤某一類(lèi)神經(jīng)元。但我們始終不能忘記，早在7 500萬(wàn)年前，嚙齒類(lèi)動(dòng)物在進(jìn)化樹(shù)上就已經(jīng)與人類(lèi)的祖先分道揚(yáng)鑣了。我們很難在小鼠身上再現(xiàn)人類(lèi)的復(fù)雜情感與高等的認(rèn)知行為（比如意識(shí)）。

不僅如此，在小鼠中也很難建立人類(lèi)腦疾病的模型。當(dāng)在小鼠大腦中嘗試誘導(dǎo)人類(lèi)的腦疾病時(shí)，很多情況下都不會(huì)產(chǎn)生與人類(lèi)病患類(lèi)似的病理癥狀。那么我們?cè)谛∈笱芯恐械玫降哪X科學(xué)知識(shí)，能夠真正反映人腦中發(fā)生的情況嗎？可能還不夠。因此腦科學(xué)研究還需要人類(lèi)的近親——非人靈長(zhǎng)類(lèi)的參與。要想真正揭開(kāi)人腦的奧秘，科學(xué)家需要將不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)應(yīng)用到超越嚙齒類(lèi)的動(dòng)物模型上。

未來(lái)腦科學(xué)的挑戰(zhàn)：結(jié)構(gòu)和功能

當(dāng)我們回顧腦研究數(shù)千年的發(fā)展史時(shí)，首先感嘆的是科學(xué)的發(fā)展非常依賴于研究技術(shù)的進(jìn)步。如果沒(méi)有生物電的研究和顯微技術(shù)的發(fā)明和優(yōu)化，人類(lèi)對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)或許只能停留在蒙昧?xí)r代。

腦研究的發(fā)展史還讓我們看到，與其他生命科學(xué)領(lǐng)域相比，腦科學(xué)領(lǐng)域具有很有趣的特點(diǎn)。這些獨(dú)特性決定了科學(xué)家在接下來(lái)的一百年里將面臨的主要挑戰(zhàn)。

一個(gè)挑戰(zhàn)是剖析大腦的結(jié)構(gòu)。相比于循環(huán)系統(tǒng)的心臟、消化系統(tǒng)的腸胃等器官，神經(jīng)系統(tǒng)的大腦的結(jié)構(gòu)顯然是最復(fù)雜的。深入到分子和細(xì)胞水平去剖析如此復(fù)雜的構(gòu)造，是科學(xué)家尚未解決，在未來(lái)的一個(gè)世紀(jì)中將會(huì)面臨的最大挑戰(zhàn)。

面對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，科學(xué)家們先后提出了幾種解決方案，比如其實(shí)已經(jīng)失敗的第一代大腦連接組計(jì)劃?？茖W(xué)家們?cè)谑嗄昵疤岢隽诉@個(gè)計(jì)劃，希望用電子顯微鏡來(lái)重構(gòu)大腦，結(jié)果用了超過(guò)5年的時(shí)間才將小鼠大腦中一塊體積為0.013立方毫米的區(qū)域搞明白。這顯然是一個(gè)不可能完成的任務(wù)。

腦中神經(jīng)元之間的連接就像一座大城市里的千千萬(wàn)萬(wàn)條大街小巷，因此研究神經(jīng)元間連接的工程非常浩大，很了不起。但這仍然不夠。要弄清大腦的結(jié)構(gòu)，還需要搞明白不同細(xì)胞的性質(zhì)和連接的關(guān)系。因此，剖析大腦結(jié)構(gòu)的這整個(gè)工程就像是需要搞清楚這座大城市的每幢建筑物里有多少住戶，每個(gè)住戶會(huì)跟哪些住戶經(jīng)常交往，以及每幢建筑物是做什么用途的等一系列問(wèn)題一樣。如果將小鼠的大腦和人類(lèi)社會(huì)的大城市做一個(gè)類(lèi)比，你就能體會(huì)到認(rèn)識(shí)大腦——哪怕是小鼠的大腦——的難度究竟有多大了。大城市上海有2 600萬(wàn)人口，而小鼠大腦中的神經(jīng)元多達(dá)7 000萬(wàn)個(gè)！目前最全面的小鼠神經(jīng)元連接圖譜也僅僅重建了不到2 000個(gè)小鼠神經(jīng)元的連接。這就相當(dāng)于一群科學(xué)家去一個(gè)陌生的大城市探險(xiǎn)，在經(jīng)過(guò)數(shù)年努力后只搞明白了一兩幢建筑物里的住戶情況。

面對(duì)這類(lèi)似愚公移山的任務(wù)，科學(xué)家們接下來(lái)該怎么辦？繼續(xù)一幢建筑物接著一幢地勘察？還是先想出一個(gè)更聰明的工作計(jì)劃？在這里，我顯然沒(méi)法給出一個(gè)明確的方案。在我們身處的21世紀(jì)，人工智能、量子計(jì)算，或者其他什么先進(jìn)的研究技術(shù)可以助力腦科學(xué)研究，攻克大腦的奧秘？目前還沒(méi)有人能給出一個(gè)滿意的答案。

腦研究面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是解析大腦的工作原理。大腦的結(jié)構(gòu)雖然極其復(fù)雜，但剖析腦的結(jié)構(gòu)畢竟還只是一個(gè)工程問(wèn)題，哪怕可能要花上人類(lèi)幾百年的時(shí)間，至少看上去還是能實(shí)現(xiàn)的?？茖W(xué)家們面臨的真正嚴(yán)峻考驗(yàn)，是搞清楚大腦的工作原理具體是怎么樣的。比如，前文中提到過(guò)的那些重要問(wèn)題：記憶是如何產(chǎn)生并存儲(chǔ)的？人類(lèi)的意識(shí)與其他動(dòng)物有何不同，讓人類(lèi)具有人之為人的獨(dú)特性？此外，人類(lèi)的復(fù)雜行為甚至精神狀態(tài)是如何被控制的？更別說(shuō)目前讓醫(yī)生和科學(xué)家都束手無(wú)策的眾多腦疾病——阿爾茨海默病、精神分裂癥、自閉癥等等——的具體機(jī)制了。

我相信真正革命性的腦科學(xué)發(fā)現(xiàn)必然需要研究數(shù)據(jù)的大量積累。從牛頓物理學(xué)到愛(ài)因斯坦的相對(duì)論歷經(jīng)了兩百多年的積累，腦科學(xué)作為自然科學(xué)里最年輕的分支之一，在下一個(gè)革命性發(fā)現(xiàn)到來(lái)之前，必然需要在從基因到細(xì)胞，再到神經(jīng)元間的連接等不同層面上建立起扎實(shí)的知識(shí)積累。

通過(guò)腦科學(xué)當(dāng)下一個(gè)非常熱門(mén)的應(yīng)用領(lǐng)域——腦機(jī)接口，我們已經(jīng)能夠看到解析大腦控制運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞機(jī)理，結(jié)合最新的電子技術(shù)與材料科學(xué)，有可能怎樣拓展大腦的疆界，從而讓癱瘓的病人支配肢體重新站起來(lái)，甚至可能讀取大腦的奧秘，實(shí)現(xiàn)科幻電影中上傳意識(shí)與記憶的場(chǎng)景。

大腦讓人類(lèi)成為萬(wàn)物之靈，而人類(lèi)對(duì)大腦的深層次認(rèn)識(shí)才剛剛開(kāi)始。在科幻小說(shuō)《三體》中，當(dāng)人類(lèi)面對(duì)更高級(jí)文明的威脅時(shí)，他們選擇了將一個(gè)人類(lèi)的大腦作為使節(jié)送給三體人，而恰恰是這個(gè)人類(lèi)大腦窺探到了三體人文明的秘密。當(dāng)我讀到書(shū)中的這一段時(shí)，不禁為大腦的神奇感到震撼。

數(shù)千年來(lái)，大腦這個(gè)“已知宇宙中最復(fù)雜的物體”吸引了人類(lèi)歷史上最聰穎的頭腦去破解它的奧秘?！洞竽X傳》詳實(shí)地記錄了這些曲折的探索歷程。相信一百年后的《大腦傳》必將記錄當(dāng)今的無(wú)數(shù)科學(xué)家是怎樣不畏艱險(xiǎn)，探索大腦的奧秘的。向著未來(lái)，讓我們出發(fā)！

仇子龍

中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心高級(jí)研究員

書(shū)名：《大腦傳》
作者：[英] 馬修·科布