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2 头脑风暴

假如你能缩小至100万分之一,变得和一个神经元差不多大,钻进一个人的大脑深处,会看到什么景象呢?

答案可能会让你失望:什么也看不到。

因为没有光,脑壳里当然是一片漆黑,无声无息。

然而,这种表面的宁静下,却酝酿着一场巨大的风暴。

是时候来点黑科技啦!

先把水母和珊瑚虫体内产生天然荧光蛋白的DNA转基因到神经细胞中,让神经元蛋白在紫外线下发出七彩荧光,然后用钙成像技术观察钙离子在神经元中的传输,我们就能亲眼“看见”神经元激发时无数微弱的生物电。

钙成像技术制作的大脑神经元连接图

暗无天日的脑壳,即将变成璀璨的星空。

你将亲眼见证,1000亿个神经元的闪烁。

1000亿——这几乎是整个银河系所有恒星的总数!

如果一定要给这个数字找个参照物的话,也许我们只能拿互联网时代引以为豪的尖端科技——集成电路做个类比。英特尔2017年发布的i7桌面级四核CPU,晶体管数量15亿;苹果2019年发布的A13 Bionic处理器,晶体管数量85亿;同年,华为海思发布的ARM架构手机芯片“麒麟990”,晶体管数量103亿。

晶体管数量,是衡量集成电路复杂度的典型指标,这已经是当今半导体产业拿得出手的最高水平。暂且不论性能和功耗,单比复杂度,手机芯片刚勉强达到人脑十分之一的水平。人脑,的确是人类有史以来见过的最复杂的机器

再对比下性能:每个神经元平均有5000个突触连接着其他神经元,每秒可产生约1000个脉冲信号,如果把每次神经信号传输等价为一次“计算”的话,人脑的最大计算能力是:50亿亿次。换算成衡量CPU性能的每秒浮点运算次数(FLOPS),相当于5亿GFLOPS。

而现代计算机的性能又如何呢?四核i7的性能是40GFLOPS,就算是“天河二号”——世界排名第一的超级计算机,5000万GFLOPS的恐怖算力,也只有人脑的十分之一。

现在你应该明白,形容人聪明得“像电脑”,对比普通家用电脑强大一千多万倍的人脑来说,是怎样一种侮辱。

这还没完。性能被人脑秒杀的i7,满载功耗却有足足120瓦,相当于人脑的7倍。换句话说,如果人脑的功耗和CPU一样,那我每天要吃二三十碗米饭加鸡腿才能写出这本《机器新脑》……

闲言少叙,本次大脑梦幻之旅由我担任导游。接下来,让我们带着敬畏的心情,再次抬头仰望脑之星空,感受智慧的美丽与恢宏。

Are you ready?

——我是说走就走的分割线——

我们现在位于大脑的底部,正沿着脊髓主干道向脑干一路向上进发。我们的正上方是头顶,面对前额……先天性路痴的朋友可以先打开地图定位。

我们脚下的脑干和我们正后方的小脑,是最原始的脑结构,早在侏罗纪之前的爬行动物时代就进化完成。它们调控着心跳、呼吸、睡眠等基本生理过程,也掌管着古老的“战逃反应”

在“爬虫脑”的外层,包裹着更大的一层脑结构:哺乳动物脑,又称“边缘系统”。这一块结构和大部分早期哺乳动物大脑类似,包括著名的杏仁核和海马体,分别负责产生情感和短期记忆转化。

而我们头顶最闪亮的脑之星空,则是人类引以为豪的“新皮层”,包裹在爬虫脑和边缘系统的最外层,分为左右脑两个半球。这是6000万年前进化的杰作,灵长类物种特有的脑结构。它占据了人脑全部容量的2/3,因为体积过于庞大,表面皮层被挤得折叠起来,形成了深深的沟回。抽象思维、艺术、逻辑与理性、语言能力,都蕴藏在那上百亿个闪烁的神经元中。

就像星座一样,新皮层分为多个区域,对应分管不同的功能。比如,前额的额叶区与人格、社交直接相关,后脑勺的枕叶部分则专门负责处理视觉图像。韦尼克区 和布洛卡区 组成了语言中枢,接收听视信号并控制唇舌喉的运动,让你能够听懂并说出人话……

大家快回头看我们后方,枕叶部分的脑区突然整体活跃了起来!

真壮观啊!百亿个神经元正在用电化学反应的方式奔走相告,神经元放电时产生的大量的钙离子在荧光下剧烈地闪烁,就像是超新星爆炸时照亮了半个星空……初级视觉皮层以及更高级的视觉皮层 一层层地分析视觉信号,分析颜色、形状和位置。持续了这么长时间,眼睛一定是看到了什么精彩的东西,要知道人脑看懂一张图片只需要十几毫秒,这简直是一场盛大的图像识别!

枕叶的视觉识别区正在暗淡下来……但是,风暴才刚刚开始,视觉区的燎原之火在整个大脑蔓延开来,接下来分布在各脑区不同位置的语言、运动、情感中枢都会有反应。

大家快看前方!左脑的语言中枢开始活跃了!负责听力和语义理解的韦尼克区和控制说话的布洛卡区先后同时开始剧烈地闪烁,看来大脑的主人正在和别人对话。

现在,语言中枢也逐渐安静了下来……亲们先不要走开,大家听我说,还有一件有意思的事情正在发生,我们可以等一下,看接下来会发生什么。

在我们的头顶正上方位置,请注意看有一些闪光……光线比较暗,请大家关掉手机之类的光源,这样可以看得更清楚。这些闪光来自离我们最远的躯体运动和感觉皮层,它们的位置很特别,就像两只头戴式耳机一样,从左耳经过头顶连到右耳,形成两片半个环形的感受区,分别负责人体各部位的运动和感觉。

(一阵骚动后)……不要惊慌,这个红色的指示灯仅仅是检测脑内环境中的化学成分,目前显示一种化学物质的浓度正在迅速增加,应该是多巴胺。简单来说,多巴胺就是让人感觉快乐的神经递质,比如一个吃货在享受美食时,他的大脑就会分泌出大量的多巴胺

我们还是继续看上空,感觉皮层的闪光强度正在增大,频率也越来越高。这里我解释下,这个耳机状的环形皮层中的每一段,都对应着身体上不同的感官。对,地图中有这一页,大家可以对照着看。目前在左右两侧闪光的,对应大概耳朵上面的位置,是接收面部神经信号的感觉皮层,包括唇舌部分。

再往上看,是感受、控制手部运动的皮层。人类对手的控制可是占用了整整一大块脑细胞,据说钢琴家的脑中,控制手指运动的皮层比一般人更大。这一部分也出现了频繁的高强度大脑活动。再往上是头顶位置,臀部、腿部、脚趾的感受区,现在这一块的神经元也非常活跃。

在头顶正上方,左右两个脑半球连接的沟回处,其实离我们现在的位置挺近。虽然这个部分面积不大,但是可以清晰地看到强烈的闪光。这里其实是感觉皮层的末端,对应着人体的……呃,我看下地图,应该是……

生殖器?!

各位旅客,请系好安全带,我们接下来可能会遭遇不可描述的……颠簸,那边拍照的请尽快回到座位上,我们马上返航…… oV01b3Htcjb5N2iWJiBlBpqPybLKGiSJd90LZUyf1C3ylvnlZpS7wuIXxbzF+3xE

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