王欣
華中師范大學(xué)副教授
神秘莫測(cè)的大腦
每個(gè)人都有一個(gè)小宇宙，就是我們的大腦。腦占我們體重的2～3％，但是要消耗我們20％的能量，可見(jiàn)腦的工作非常繁忙。
有一個(gè)詞叫腦洞大開(kāi)，在圖中可以看到有2個(gè)腦洞。
腦洞
那么這個(gè)腦洞是怎么形成的呢？
據(jù)考古學(xué)家推測(cè)，很可能是古時(shí)候的巫師給病人做手術(shù)，來(lái)驅(qū)趕精神病人腦中的邪靈。
腦是一個(gè)人最重要的器官，如果出現(xiàn)了疾病，問(wèn)題就非常嚴(yán)重了。
腦到底是怎么工作的？我們來(lái)了解一下腦的基本結(jié)構(gòu)。
腦的外形像一個(gè)核桃，表面有很多溝回。腦的基本單位是神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。
一般認(rèn)為神經(jīng)元的作用更加重要，因?yàn)樗梢詡鬟f信號(hào)。它的樣子跟一般的細(xì)胞很不一樣，有很多細(xì)長(zhǎng)的突起。
在圖中可以看到，神經(jīng)元的突起相互靠近，末梢?guī)缀踹B在一起。
神經(jīng)元的突起相互靠近
末梢有沒(méi)有相通？
早期的科學(xué)家因?yàn)榭床坏竭@里的細(xì)微結(jié)構(gòu)，分成了兩派。
一派是以意大利的高爾基為代表的神經(jīng)網(wǎng)狀理論，認(rèn)為這些突起彼此相通，構(gòu)成一張大網(wǎng)。
另外一派是以西班牙的卡哈爾為代表的神經(jīng)元學(xué)說(shuō)，認(rèn)為這些突起并不相通，每一個(gè)神經(jīng)元是一個(gè)獨(dú)立的單元。
哪個(gè)學(xué)派的說(shuō)法是正確的呢？正確的是神經(jīng)元學(xué)說(shuō)。
高爾基和卡哈爾二人得到了1906年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，也是第一個(gè)神經(jīng)科學(xué)方向的諾貝爾獎(jiǎng)。
當(dāng)時(shí)他們二人在頒獎(jiǎng)典禮上還爭(zhēng)論不休，當(dāng)然后來(lái)的電鏡實(shí)驗(yàn)證明卡哈爾是正確的。
我曾經(jīng)到卡哈爾工作的薩拉曼卡大學(xué)去訪(fǎng)學(xué)，那是一個(gè)擁有800年悠久歷史的大學(xué)。
薩拉曼卡大學(xué)訪(fǎng)學(xué)
當(dāng)時(shí)我在里面做一個(gè)關(guān)于聽(tīng)覺(jué)中樞的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是研究聽(tīng)覺(jué)中樞的神經(jīng)元為什么會(huì)對(duì)新穎的聲信號(hào)比較敏感？
這是一個(gè)歐盟的項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)有來(lái)自3個(gè)國(guó)家的4個(gè)實(shí)驗(yàn)室共同開(kāi)展研究。
雖然有很多新的發(fā)現(xiàn)，但是并沒(méi)有給出一個(gè)完美的解答。
其實(shí)越是做腦科學(xué)的人，越會(huì)覺(jué)得大腦神秘莫測(cè)，就像一個(gè)黑箱，我們把一些信號(hào)輸入，然后獲得一些信號(hào)輸出。
但是在這個(gè)黑箱里到底發(fā)生了什么，我們并不清楚。
為什么會(huì)這樣？
有很多原因，比如我們不能用人腦來(lái)做實(shí)驗(yàn)，而動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)又不能解釋人腦的這種高級(jí)技能。
此外，我們的腦過(guò)于復(fù)雜，每一個(gè)人的腦里邊有上千億的神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元可以形成很多突觸，構(gòu)成一個(gè)非常大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
我們?cè)?strong>局部所獲得的這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，很難去解釋整個(gè)腦的工作原理。
科幻電影與腦科學(xué)
人們對(duì)于腦科學(xué)的想象以及展望，在很多科幻影片里有鮮明的體現(xiàn)。
大家如果喜歡看科幻電影的話(huà)，會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象，即電影里所講的知識(shí)有一些已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，或者正在成為現(xiàn)實(shí)，而有一些還遙遙無(wú)期。
所以，我想通過(guò)一些科幻電影來(lái)談一下腦科學(xué)的過(guò)去與未來(lái)。
這里分了三大類(lèi)：一是在我們身邊已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)的腦科學(xué)，一類(lèi)是在不久的將來(lái)可能變成現(xiàn)實(shí)的腦科學(xué)，還有一類(lèi)是在遙遠(yuǎn)的未來(lái)才有可能實(shí)現(xiàn)的。
科幻電影中的腦科學(xué)分類(lèi)
腦機(jī)接口
我們先來(lái)看一下在我們身邊的有哪些？比如腦機(jī)接口、測(cè)謊術(shù)，還有弱人工智能。
有許多與此相關(guān)的電影，因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，我就講一下《黑客帝國(guó)》。
《黑客帝國(guó)》上映于1999年，當(dāng)時(shí)我剛剛大學(xué)畢業(yè)，電腦還非常少，網(wǎng)速也非常慢，有時(shí)打開(kāi)郵箱要等很久才能看到里面的圖片。
當(dāng)時(shí)能看到這個(gè)電影，會(huì)感到非常震撼。
我們來(lái)看里面的一小段視頻。
看過(guò)這部電影的人，應(yīng)該對(duì)這部電影印象很深刻。
它描繪了一個(gè)人生活在虛擬的世界里，他所有的感覺(jué)都是通過(guò)電腦來(lái)輸入的，然后他又回到電腦矩陣?yán)镞?，用他的意念和?duì)手搏斗。
這個(gè)電影就反映了腦機(jī)接口這樣一個(gè)科學(xué)原理。
腦機(jī)接口目前最成熟的技術(shù)就是人工耳蝸，又稱(chēng)電子耳蝸。
什么是人工耳蝸？
人工耳蝸示意圖
我們正常人是通過(guò)耳蝸來(lái)進(jìn)行聲電換能，把聲音變成神經(jīng)沖動(dòng)再傳入大腦。
有一些病人，他的耳蝸受到損傷，但是他的聽(tīng)神經(jīng)還是完好的。醫(yī)生給他植入人工耳蝸，就可以恢復(fù)聽(tīng)力。
人工耳蝸包括體外和體內(nèi)兩個(gè)部分：體外部分收集聲音，并且把聲音變成電信號(hào)；體內(nèi)部分就是陣列電極，把電信號(hào)傳給聽(tīng)神經(jīng)。
當(dāng)使用人工耳蝸的時(shí)候，聽(tīng)到的聲音和正常人會(huì)有一些區(qū)別，但是經(jīng)過(guò)訓(xùn)練可以正常和人交談。
與人工耳蝸類(lèi)似的人工視網(wǎng)膜也已經(jīng)問(wèn)世，使用者要戴一個(gè)特制的眼鏡，眼鏡上面裝有微型攝像機(jī)。
攝像機(jī)把圖像信息傳給光電換能器，光電換能器把它變成電信號(hào)，再傳給陣列電極，然后陣列電極再通過(guò)視神經(jīng)輸入到大腦。
目前人工視網(wǎng)膜的效果沒(méi)有人工耳蝸好，使用者可以看到杯子和盤(pán)子，可以看到運(yùn)動(dòng)的物體，但是還不能識(shí)別人臉。
腦機(jī)接口還有一個(gè)方向就是運(yùn)動(dòng)輸出，也就是用我們的意念來(lái)控制機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。
運(yùn)動(dòng)輸出
當(dāng)我們產(chǎn)生了一個(gè)運(yùn)動(dòng)意念時(shí)，大腦會(huì)發(fā)出神經(jīng)沖動(dòng)給運(yùn)動(dòng)神經(jīng)。這是一個(gè)電信號(hào)，然后通過(guò)電信號(hào)傳給機(jī)器，會(huì)使這些機(jī)器產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。
目前已經(jīng)有很多截肢的患者，通過(guò)這些仿生肢體恢復(fù)了運(yùn)動(dòng)能力，他們可以用他們的機(jī)械臂來(lái)拿杯子、寫(xiě)字，可以取鑰匙開(kāi)門(mén)。
當(dāng)然它還不能像正常人這么靈活，我們的身體非常靈巧，要讓這些機(jī)器達(dá)到同樣的水平還需要時(shí)間。
老年癡呆的治療
接下來(lái)我想講的是在不久的將來(lái)有可能變成現(xiàn)實(shí)的腦科學(xué)。
它們有理論基礎(chǔ)，也有實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，只是有一些關(guān)鍵性的技術(shù)還沒(méi)有突破。
比如部分神經(jīng)和精神疾病的治療、人和動(dòng)物對(duì)話(huà)、記憶刪除以及換頭或者是換腦。
我想特別提一下老年性癡呆癥。
這是相關(guān)電影《猩球崛起》的一個(gè)片段。
影片里主人公的父親患了老年性癡呆癥，主人公從實(shí)驗(yàn)室里偷出了藥品給父親注射，第二天父親就恢復(fù)了健康。
有沒(méi)有這樣神奇的藥品？現(xiàn)在是沒(méi)有的，如果有就太好了。
現(xiàn)在老年癡呆沒(méi)有特效的藥物，只能做一些癥狀的緩解。
得了這個(gè)病以后會(huì)有很多表現(xiàn)，比如記憶下降，情緒失常，甚至?xí)厥バ闹恰?/p>
目前65歲以上人群的發(fā)病率是5％，我國(guó)的患者超過(guò)了700萬(wàn)人。
這種病的病因目前不明，有很多因素會(huì)造成這種疾病。
它有兩個(gè)典型的病變，即神經(jīng)纖維纏結(jié)和Aβ蛋白的沉積。
如圖所示，我們看到里邊神經(jīng)纖維發(fā)生了纏結(jié)，這個(gè)細(xì)胞的外面會(huì)有Aβ蛋白的沉積，也被稱(chēng)為腦里面的老年斑。
神經(jīng)纖維纏結(jié)和Aβ蛋白的沉積
科學(xué)家想了很多辦法來(lái)清除這樣一些病變，比如以前發(fā)明了AD疫苗來(lái)清除Aβ蛋白。
當(dāng)時(shí)發(fā)明疫苗后，人們都?xì)g欣鼓舞，覺(jué)得很快就可以治好這個(gè)疾病了。
但是到了臨床試驗(yàn)階段，有很多病人出現(xiàn)了嚴(yán)重的腦部炎癥，這個(gè)試驗(yàn)被迫終止。
我們到底要怎么樣治好這個(gè)疾病呢？我想借用大軍事家孫子的幾個(gè)觀點(diǎn)。
首先，知己知彼，百戰(zhàn)不殆。
我們之所以沒(méi)有發(fā)明一個(gè)更好的藥物，就是因?yàn)槲覀冞€不知道它的病因和發(fā)病機(jī)制，而且這個(gè)疾病很可能是一組疾病，而不是一種疾病。
所以我們必須要更清楚地了解它的機(jī)制，采取更有針對(duì)性的治療。
第二，調(diào)動(dòng)敵人而不被敵人調(diào)動(dòng)。
比如一個(gè)疫苗它必須要起作用，但是又不能引起不良反應(yīng)。
第三，先發(fā)制人。
當(dāng)我們的神經(jīng)細(xì)胞已經(jīng)出現(xiàn)了這種典型的病變，比如Aβ沉積、纖維纏結(jié)，這時(shí)再來(lái)進(jìn)行治療已經(jīng)為時(shí)過(guò)晚。
所以我們要提前進(jìn)行診斷，及早防止這些病變的發(fā)生。
我本人是學(xué)臨床醫(yī)學(xué)出身，后來(lái)改做神經(jīng)生理研究，我也講營(yíng)養(yǎng)學(xué)和生理學(xué)，同時(shí)我寫(xiě)了不少科普書(shū)。
最近我有一本新的即將出版的書(shū)叫《青春密碼》，是講如何抗衰老。
其實(shí)抗衰老也是一個(gè)系統(tǒng)工程，要從各方面做起，包括我們的飲食、運(yùn)動(dòng)、睡眠、心理、環(huán)境等。
只有從各方面培養(yǎng)良好的生活習(xí)慣，我們才能對(duì)抗衰老，才能防止疾病。
強(qiáng)人工智能是好事嗎？
最后我想講的是那些在遙遠(yuǎn)的未來(lái)可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的腦科學(xué)。一旦成為現(xiàn)實(shí)，人類(lèi)會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。
比如強(qiáng)人工智能、不死之腦、人腦終極進(jìn)化，還有移魂大法，也就是我們進(jìn)到另外一個(gè)人的思維里面。
首先，我們來(lái)談一談強(qiáng)人工智能。
目前我們所使用的智能手機(jī)、智能家電還有無(wú)人駕駛、AlphaGo等，這些其實(shí)都屬于弱人工智能。
什么是強(qiáng)人工智能？強(qiáng)人工智能就是要讓機(jī)器具有人類(lèi)的情感、理智和自我意識(shí)。
比如電影《我，機(jī)器人》中的機(jī)器人桑尼，他就有人類(lèi)的情感，他可以像人一樣思考和選擇。
電影《我，機(jī)器人》
這有沒(méi)有可能實(shí)現(xiàn)呢？從我們目前的科學(xué)技術(shù)來(lái)看是不可能的。
因?yàn)?strong>人為什么具有情感和理智，科學(xué)家并沒(méi)有給出答案。
我們只能通過(guò)腦成像知道它和什么腦區(qū)有關(guān)，再通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)知道它和什么遞質(zhì)有關(guān)，但它到底是怎么形成的，我們目前并不清楚。
神經(jīng)元的這種電位變化是怎么形成人類(lèi)心理活動(dòng)的，這還無(wú)法解釋。
很多的器官功能都可以看作是細(xì)胞功能的疊加，但是腦的功能并不是腦細(xì)胞的疊加，兩者之間差異很大。
退一萬(wàn)步說(shuō)，即使機(jī)器具有了人類(lèi)的情感和意志，對(duì)人很可能不是一件好事。它可以從自己的角度出發(fā)來(lái)對(duì)抗人類(lèi)，爭(zhēng)取自由。
2018年6月，中科院上海分院舉辦過(guò)一次研討會(huì)，主要講腦科學(xué)和人類(lèi)的社會(huì)發(fā)展。
當(dāng)時(shí)在場(chǎng)的大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)為計(jì)算機(jī)不能、也不應(yīng)該具有人類(lèi)的情感和意志，人類(lèi)也不要給自己增加這么大的麻煩。
不死之腦與人的永生
在那次會(huì)議上，有一位老師是研究社會(huì)發(fā)展的，他提到了不死之腦以及人的永生。
大家想不想永生呢？
如果要永生，從腦科學(xué)來(lái)看，就必須要做腦移植。
因?yàn)?strong>我們出生后，腦細(xì)胞的數(shù)目就基本固定，而且每年還會(huì)以1‰的速度死亡。所以如果我們活到1000歲，腦就沒(méi)有了。
我們要想不死的話(huà)，就要做腦移植、換腦，比如分期分批地移植神經(jīng)干細(xì)胞。
做了換腦以后還是不是自己呢？
如果把你的腦一下子換掉，當(dāng)然就不再是自己了。如果是分期分批地?fù)Q，腦細(xì)胞不斷和你本人的意識(shí)接軌，儲(chǔ)存你的記憶，那么你可能還是自己。
但是這樣一來(lái)，整個(gè)自然規(guī)律就被打破了，可能會(huì)出現(xiàn)很多意想不到的局面。
人腦終極進(jìn)化
最后，我要講的電影是上映于2014年的《超體》。
當(dāng)時(shí)我看了這個(gè)電影后就產(chǎn)生了一個(gè)想法——寫(xiě)一部書(shū)來(lái)講腦科學(xué)，因?yàn)槲矣X(jué)得這個(gè)電影里有很多跟腦科學(xué)相關(guān)的內(nèi)容，當(dāng)然有真有假。
后來(lái)我寫(xiě)了一本書(shū)叫《打開(kāi)黑箱——通過(guò)36部經(jīng)典電影解密腦科學(xué)》，通過(guò)電影來(lái)引出一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，再展開(kāi)敘述。
我們看一下這部帶給我們靈感的影片片段，是關(guān)于潛能開(kāi)發(fā)的。
影片中的女主角露西是因?yàn)橐粋€(gè)藥物，潛能從10％開(kāi)發(fā)到100％。
現(xiàn)在有沒(méi)有這樣的藥物？
科學(xué)家在想辦法生產(chǎn)一些益智的藥物，比如促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的樹(shù)突棘的發(fā)育，或者促進(jìn)我們的神經(jīng)遞質(zhì)的作用。當(dāng)然，這樣的藥物目前還沒(méi)有問(wèn)世。
但是我們想一想，一旦這種藥物被發(fā)明，會(huì)發(fā)生什么情況？
首先人可能會(huì)兩極分化，有錢(qián)的人有可能會(huì)變得更加聰明。
另外，如果這個(gè)藥物比較便宜，人人都可以吃的話(huà)，所有人都會(huì)變得很聰明，這個(gè)世界就會(huì)太完美了。
從我個(gè)人來(lái)說(shuō)，其實(shí)我并不想看到這樣一個(gè)場(chǎng)景。我覺(jué)得任何事情到了極致，很可能就是終點(diǎn)。
大家如果喜歡看科幻電影就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)特點(diǎn)——絕大多數(shù)的科幻電影描繪的都是一個(gè)充滿(mǎn)災(zāi)難的未來(lái)，比如《生化危機(jī)》、《雪國(guó)列車(chē)》。
科學(xué)真的會(huì)使未來(lái)變得更好嗎？
科學(xué)就是一個(gè)工具，如果我們合理地使用它，當(dāng)然可以造福人類(lèi)；但是如果我們?yōu)E用它，用在一些危險(xiǎn)的領(lǐng)域，也可能會(huì)造成災(zāi)難。
所以我們應(yīng)該熱愛(ài)科學(xué)，但不要迷信科學(xué)，認(rèn)為科學(xué)一定是萬(wàn)能的。
