如果人脑的计算方式类似电脑，那么1分钟内就会烧坏

【网易智能讯 6月25日消息】今年3月，Randy Gallistel在旧金山市中心的凯悦酒店的一间拥挤的房间里，他的演讲为神经学家解答了一个谜题。

“如果大脑计算的方式像人们想象的那样的话”，他说“大脑就会在一分钟之内烧坏。”

处理各种各样的的信息会使我们的大脑像电脑主机一样过热。数千年来，人类不断尝试了解我们的大脑。人们用科学技术方面的知识去比喻和形容大脑，比如“大脑皮层”。当然这种用熟悉事物去建构一个不为人知的事物的方法，可以一定程度上使人们对陌生事物有一些认识。

在古希腊，人们认为大脑是一个液压系统，体液从中泵出。在18世纪，哲学家们从机械钟中汲取理解大脑的灵感。20世纪早期的神经科学家又把神经元与电线或电话线相类比，认为神经元传递神经信息就像传递摩尔斯电码那样。

现如今，最受青睐的比喻自然是计算机。计算机的硬件和软件分别像是大脑的机体和用大脑去思考。所以，在这个科技盛行的时代，人们很容易就会认为我们大脑的运行方式与我们的智能设备相似。

但是，这种认为大脑和电脑类似的比喻可能会阻碍如今我们对大脑的进一步研究。当Gallistel向认知神经科学协会演讲时，他解释了这种与电脑类比的方式可能会存在的问题。如果像大多数神经科学家所认为的那样，记忆是通过神经元之间的连接强弱决定的，那么储存所有这些信息将会消耗很多的能量，尤其如果大脑的记忆是按照香农的二进制编码的方式记录这些高保真信息。这样的话，我们的大脑一定会像电脑一样过热。

尽管如此，Gallistel等科学家们并没有完全抛弃这种类比方式，相反将他们的理论进行了改良，他们试图将大脑集体与电脑计算的复杂性结合起来。Gallistel是罗格斯大学的一名退休教授，他不认为大脑的信息加工是二进制的，他还为这种“分子以二进制的方式将信息存储在神经中”的假设提出了一个新设想。他认为，化学刺激比突触结构更省力。这种化学刺激的方法被认为是科学的标准程序，由于有证据支持，这种方法解决了“过热”的问题，填补了原有理论的空白。他认为遵循电脑与人类的类比也会导致许多问题，产生了各种各样的误解，尤其是在科技领域。

“我认为这种大脑与电脑类比的隐喻，把我们的研究引入了歧途，”荷兰的Donders研究所的认知神经学家Floris de Lange说。“这样人们会认为软件和硬件是可以相分离的。”这一假设导致一些支持身心二元论的科学家认为，通过研究大脑机体，我们不会有什么新发现。

最近，神经科学家试图证明，目前研究大脑机体的技术对理解大脑的思考方式并没有多大帮助。科学家尝试从硬件着手，希望通过研究大金刚（任天堂的一款游戏）的处理器，看它是否能解释其软件的运行，而且，他们仅使用了连接体和电生理学等类似技术。结果是除了控制开关外，他们找不到别的什么发现。

所以科学家认为分析硬件不会对软件的深入了解有帮助，但实际上，他们对大金刚的研究方法是错误的。实验假设计算机芯片的情况就是大脑的真实情况。然而，大脑和思考方式比电脑芯片和软件要更加复杂。只要看看我们记忆的物理痕迹就可以证明这一点。随着时间的推移，我们被编码的记忆会在我们大脑中形成神经元网络。在某种程度上，这就好比软件正在构建新的硬件。

Tomás Ryan在麻省理工学院工作的时候，采用了一种方法使得上文所说的大脑建构的复杂机制可视化。它在记忆形成的时候，过荧光蛋白来标通记这些活跃的神经元。用这种方法，他观察到了记忆在大脑中的实际运作方式。他在Gallistel的之后也发表了演讲。Tomás Ryan说：“一直以来我们都认为如果想要了解大脑，我们就必须从设计或工程角度入手。”“但是鉴于我们对记忆的存储方式的了解甚少，实际是，我们不需要那么死板。”

Tomás Ryan是神经生物学家，他是胡子刮得很干净的人。他最近刚刚开始在爱尔兰首都都柏林的三一学院开始他的实验，他的确承认大脑可能储存信息。但是，以香农二进制吗？不是。在分子中吗？也不是。

他展示了一张夜间拍摄的德国柏林的卫星照片。他用这张照片类比记忆是如何工作的：不是一个人脑电脑中的分子形式，而是路灯一样。即使在柏林墙被推倒近30年后，通过看柏林的卫星照片，我们也能分辨出东德和西德。

这是因为直到今天这座城市的路灯在城市的两边依然不同，西柏林的路灯使用明亮的白色水银灯泡，而东柏林使用的是茶色的钠蒸汽灯泡。“这并不是因为他们自1989年以来就没有换过灯泡”，Tomás Ryan说。“是因为灯泡的安装结构就是这么设计的。”

尽管地理的分裂已经消失，但柏林的历史仍然可以在城市的物理结构中清晰可见。那么，我们的大脑可能会以同样的方式形成记忆，即形成一个记忆结构——在特定的细胞之间建立连接，然后无论这些记忆碎片怎么替换，记忆仍然保持这种结构。

大脑的“硬件”与“软件”可能会联系更加紧密，因为在记忆成形时“软件”会改变“硬件”的连接方式。这只是一个假设，但对于照Tomás Ryan所提供的数据来看，这是一个令人信服的假设。

他发现，啮齿动物即使有阿尔茨海默氏症，好像丢失了记忆。但这些记忆的结构仍然存在于大脑中，而且这些记忆可以被人为唤起。这就找到了唤起丢失记忆的方法。

但存储在那个记忆结构中的信息不会是以香农的二进制，因为根据其定义，二进制存储的信息应是高保真的。“在我们拥有数字计算机之前，我们有模拟计算机，在那之前我们还会写作、绘画等等有很多沟通信息的方式，”Tomás Ryan说，“不能仅仅因为现代的先进的信息存储和通信方式是人类发明的二进制，就意味着我们的大脑也是如此演进的”。

但另一方面，使用这种科技与大脑类比，可能会带来意想不到的结果，比如启发了一些计算机算法。随着科学家们对大脑运行方式的了解越来越多，程序员们也开始选择将电脑和人脑共同研究。

科学家受到大脑视觉皮层的启发，开发了用于物体识别的人工智能算法，其利用多层网络和边缘检测滤光器来分析物体图像，这种检测方式类似上世纪60年代在猫脑中发现的辨别方式。认知神经学家Floris de Lange说：“这种思维方式确实让研究了几十年来算法有了进步，现在，终于发现了可以识别物体的算法。”

如果我们可以通过想象制造电脑，那或许有一天电脑才能恰当和人脑作类比。

（英文来源：wired 编译：网易见外编译机器人 审校：王雪珊）