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用简单的框架理解大脑

1986年春天,我日复一日地坐在办公桌前阅读科学文章,努力梳理智能的历史,并密切关注人工智能和神经网络的研究进展,我发现自己陷入了细节中。的确,有无穷无尽的知识值得研究和阅读,但我对整个大脑到底是怎样工作的,甚至它有什么作用,都没有任何清晰的了解。这是因为之前的神经科学领域本身关注的全是细节,现在仍然如此。每年该领域都会有数以千计的研究报告发表,但这些研究报告内容大同小异,都是对现有研究成果的堆砌,而非内容的整合。至今仍然没有全面的理论或框架解释大脑的运作过程和机制。

我开始想象这个问题的解决方案会是什么样子的,是否会因为大脑的复杂而变得极其复杂?是否需要100页密密麻麻的数学运算来描述大脑的工作原理?我们是否需要绘制成百上千个独立电路,才能理解真正有用的发现?我认为情况并非如此。历史表明,科学问题的最佳解决方案往往是简单而优雅的。虽然细节可能令人生畏,通往最终理论的道路可能异常艰辛,但最终的概念框架通常很简单。

倘若没有一个核心理念作为指导,那么神经科学家就不会取得太多进展,因为他们试图将收集到的所有细节整合起来,形成逻辑完整的连贯性描述。大脑非常复杂,是一个巨大且令人生畏的细胞团。乍一看,它就像一个填满煮熟的意大利面的体育场。人们将它也描述为电工的噩梦。但是经过仔细检查,我们发现大脑并不是一个随机堆叠起来的东西。它有很多组织和结构,由于组织和结构的数量过于庞大,我们并不能指望只凭直觉了解大脑整体的运作方式。我们可以将破碎花瓶的碎片重新拼在一起,来了解花瓶本来的样子,但不能用同样的方式来探究大脑。神经科学领域之所以没有取得太多成果,不是因为没有足够的数据,也不是缺乏正确的数据。我们需要做的是转变思路。有了适当的框架,细节才会变得有意义且易于操作。想想下面这个奇特的类比,你就明白我的意思了。

想象一下,几千年后,人类已经灭绝,来自外星的探险家登陆地球。他们想弄清楚人类当初是怎样生活的。他们尤其对人类的道路网络感到困惑。这些奇怪的复杂结构是做什么用的?他们首先可能会通过卫星和实地勘测,对所有东西进行归类。他们应该是一丝不苟的考古学家,会记录每一个散落的沥青碎片的位置,每一个倒在地上并因受侵蚀而滑下坡的路标,以及他们能找到的每一个细节。他们注意到一些道路网络与其他道路网络不同。在某些地方,道路所处位置多风并且狭窄,看起来几乎是偶然形成的;在某些地方,它们形成了一种很规则的网格,而在另一些地方,它们又变得很宽广,并在沙漠中绵延数百千米。这些探险家收集了大量的细节,但这些细节对他们来说没有任何意义。他们继续收集更多细节,希望能找到一些新数据来解释这一切。这件事困扰了他们很长一段时间。

最终,其中一位探险家说:“我明白了!……这些生物无法像我们一样传送自己。他们不得不四处旅行,也许就是借助这些设计巧妙的移动平台。”由这个基本的观点出发,许多细节就说得通了。小而曲折的道路网络出现在交通工具出现的早期,当时的交通工具移动速度缓慢。宽广的道路是为高速长距离行驶而设计的,这就解释了为什么这些道路的标志上会有不同的数字。这些探险家接着又推断出住宅区与工业区的划分方式,以及商业需求和交通基础设施之间可能的关系等。事实证明,他们编目的许多细节都不是很有联系,只是偶然形成的,或因当地地理环境的需要而存在的。此时,依然会有相同数量的原始数据存在,但不再令人费解。

我们可以确信,同样类型的突破也将使我们了解大脑的所有细节。 juSq9lJt5nk/bW+BP5cP+Txb4gmvZ3JlXRek3fhnp8uA0zn4rP0XymFaLxZNXEe/

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