物理学的未来
上QQ阅读APP看书,第一时间看更新

拆开大脑

但是,确定每个神经元在大脑中的精确位置的第二种方法怎样呢?

这个方法也是一个巨大的任务,需要花费几十年艰苦的研究。这个方法不利用“蓝色基因”这样的超级计算机,而是采用切片的方法,从一个果蝇开始,将它的大脑切成难以想象的薄片,每片不超过50纳米厚(大约150个原子)。一共产生几百万张薄片。然后用扫描电子显微镜拍摄每一张的照片,速度和分辨率达到每秒10亿像素。从电子显微镜得出的数据量是令人惊愕的,大约1000万亿字节的数据,一个果蝇大脑的数据就能占满一个储藏间。处理这些数据,繁琐地重新构造果蝇大脑每一个神经元的3D连接,要花大约5年时间。要得到更精确的果蝇大脑的图像就必须对更多的果蝇大脑切片。

霍华德·休斯(Howard Hughes)医学院的格里·鲁宾(Gerry Rubin)是这个领域的一位领导者,他认为得到一个详细的完整的果蝇大脑的图总共需要20年。“在解决这个问题之后,我们在理解人的大脑的路程上走了五分之一。”他断定说。鲁宾认识到他面临的任务的艰巨性。人的大脑的神经元是果蝇的100万倍。如果需要20年识别果蝇的每一个神经元,那么还需要几十年的时间才能充分识别人脑的神经结构。这个项目的花费也将是巨大的。

因此,在分析大脑逆向工程领域的工作人员感到灰心丧气。他们看到了这个目标令人急切地靠近,但是缺乏资金阻碍了他们的工作。然而,可以合理地假定,到了本世纪中期的某个时间,我们将既有计算机能力模拟人的大脑,也会有大脑神经结构的粗略的图。但是也许要到本世纪末我们才能充分理解人的思想,或者创造一个机器能够复制人脑的功能。

例如,即便找出了在蚂蚁内每个基因的精确位置,但这并不意味着知道蚁丘是怎样创造的。同样,科学家现在知道大约有25000个基因构成人的基因组,但这也不意味着知道人体怎样工作。“人类基因组”项目像一个没有定义的词典。在这个词典上人体的每一个基因都明确地拼写出来,但每一个是做什么用的,大部分还是一个秘密。每一个基因是一种蛋白质的密码,但是不知道大部分这些蛋白质在人体上怎样起作用。

回到1986年,科学家已经能够完全绘制微小的长寿线虫(C. elegans)神经系统中所有神经元的位置。最初这被宣布是一个突破,会让我们揭开大脑的秘密。但是知道了302个神经细胞和6000个化学突触,并没有得出这个小虫子是如何工作的任何新的理解,甚至在几十年后的今天还是这样。

同样,即使在人脑最终被分析清楚后,还需要几十年理解各个部分怎样工作,怎样密切配合。如果到本世纪末人的大脑最终被分析清楚和完全解码,那么我们在创造像人一样的机器人的路程上就跨了一大步。然后,用什么来防止我们被这些像人一样的机器人取而代之呢?