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上传意识网络空间永生?做梦前先搞清楚人脑吧

本文作者:互联网加网 更新时间:2019-09-09 10:05:33

  我今年62岁,上年纪的人该有的一切都出现在了我的身上:花白的头发、有问题的膝关节、问题更大的记忆力。我仍会打打冰球,但显然熵正在不断地变大。所以我内心有一部分非常愿意相信我们正在迅速地接近“奇点”。

  与天堂类似,人们宣扬的奇点有许多不同的版本,不过绝大多数都包括仿生大脑增强技术。首先,我们会成为半机械的“Cyborg”,用大脑芯片强化我们的知觉、记忆和智力,并抛弃恼人的电视遥控器。最终,我们将完全放弃我们的血肉之躯,并将我们的数字化的“灵魂”上传到计算机。之后我们将幸福地生活在网络空间中,在那里,按照伍迪·艾伦(Woody Allen)的说法,我们再也不需要寻找停车位了。

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  奇点的推崇者,或奇点主义者往往是计算机专家,比如企业家雷·库兹韦尔(Ray Kurzweil)。他根据摩尔定律所反映的信息技术爆炸性进步,预言“生物与非生物智能的融合”将在“不朽的以软件为基础的人类”身上达到极致。这些人认为,奇点的到来不会是在1000年或100年后,而是就几十年内。

  而那些研究真实大脑,而非人工大脑的专家则认为这些美妙图景幼稚得可笑,因为我们距离理解大脑如何产生心灵还差得很远。诺贝尔奖得主埃里克·坎德尔(Eric Kandel)说:“我们现在根本还没什么概念,最多只有一些有根据的、聪明的猜测。”神经科学家取得了有许多发现,比如坎德尔发现了海蛞蝓记忆形成过程的基础化学和基因机制。但这些发现七零八落,彼此缺乏联系,还没有一个宏观、统一的理论能弄清它们的意义。

  脑,常被称为科学中已知最为复杂的现象,这是有充分理由的。一个典型的成人大脑包含大约1000亿个神经细胞(或者称为神经元)。单个神经元可以通过轴突(输出线路)和树突(输入线路)跨越突触(轴突和树突之间的间隙)与多达100000个其他神经元相连接。处理一下这些数字,你会发现,一个典型的人类大脑的神经元连接数量是10^15量级的。

  突触连接还会不断地形成、加固、削弱和断开,更增加了脑的复杂性。老神经元的死去和新神经元的产生(支持后者的证据越来越多,推翻了几十年以来的旧观念),在我们的一生中都在持续进行着。神经元也会被重新训练从而改换不同的工作,例如从负责面部表情改为控制手指弯曲,从看到红色改为听到尖叫声。

  神经元绝非一个模子刻出来的,它们展示出了多得惊人的形态与功能。研究者单单在感光系统中就发现了许多不同类型的神经元。携带信号跨越两个神经元之间突触的神经递质也有很多不同的种类。其他的化学物质,比如神经生长因子和激素,也在脑中不停变动着自己的含量,以微妙而深远的方式调节着我们的认知。

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  关于大脑你了解得越多,你就越好奇它们是如何工作的——当然,它们也经常不能正常工作。它们会患上精神分裂症、躁郁症、抑郁症、阿尔茨海默病,以及其他许多尚不清楚成因、无有效治疗手段的疾病。

  奇点主义者仍然坚持认为大脑只是复杂的计算机,而这一类比是有一定基础的。神经元类似于晶体管,吸收、处理和再发射被称为动作电位的电化学脉冲。动作电位通常为0.1 V、持续时间1 ms,它们非常稳定,甚至在轴突上传递1米都不会耗散掉。动作电位也因其在示波器上显示的形象而被称为尖峰。据推测,它们是大脑信息的基本单位。

  让我们像许多奇点主义者那样,假设动作电位等价于计算机中的运算操作。如果大脑中有10^15个平均每秒处理10次动作电位的突触,那么大脑每秒进行10^16次运算,即每秒10^16浮点运算。一些超级计算机已经超过了这个处理速率。因此奇点主义者相信计算机的认知能力将很快让我们望尘莫及——除非我们通过仿生融合或上传意识来拥抱它们。

  然而,在我们进入网络天堂的路上还横亘着一个障碍,那就是神经编码。它指的是将动作电位以及其他生理过程转化成知觉、记忆、意义和意图的软件,或者说算法。

  神经编码是最深刻、最重要的科学问题。如果研究者破解了神经编码,他们或许可以解决诸如身心关系问题、自由意志之谜等古老的哲学难题。对神经编码问题的破解,原则上可以让我们获得掌控大脑以及心灵的无限力量。诸如精神控制、读心术、仿生增强甚至“灵魂”上传等科幻技术都可以成为现实。

  然而科学中最深刻的问题也是到目前为止最难的问题。神经科学家仍然对什么是神经编码一无所知。这并不是说他们没有任何的备选方案。恰恰相反,就像美国总统大选初选时的选民一样,研究者有过多的候选方案,而每个都有明显的缺陷。

  第一种编码方案是20世纪30年代英国神经生物学家埃德加·艾德里安(Edgar Adrian)提出的。在分离了青蛙和鳗鱼的感觉神经元后,艾德里安证明,随着刺激强度的增加,神经元的放电频率也会增加,其峰值高达每秒200个尖峰。在接下来的几十年中,实验似乎确证了所有动物的神经系统都采用这种传递信息的方法,它被称为速率编码。

  然而速率编码是一种原始且效率低下的信息传达方式;想象一下仅仅用不同音高的嗡嗡声来沟通。神经科学家一直以来都怀疑大脑采用了其他更为微妙的编码。一种可能性是时间编码,在这种编码方案中,信息不仅通过细胞的放电速率来表示,还会通过尖峰脉冲之间的精确时间间隔来表示。

  比如,在速率编码看来,尖峰序列010101和 100011是一样的,因为它们拥有同样数目的0和同样数目的1。时间编码则会给这两串序列指定不同的意义,因为比特的顺序是不同的。时间编码可以把大脑的信息处理能力增加到接近香农极限——这是信息论所允许一个给定物理系统所能具备的理论最大值。

  一些神经科学家猜测,时间编码在前额叶皮层和其他与高级认知功能——比如决策——相关的脑结构中占主导地位。在这些区域中,神经元平均每秒钟只放电1或2次。

  在更宏观的层面上,研究者正在寻找大量神经元协同放电的“集群编码”。已故的杰拉尔德·埃德尔曼(Gerald Edelman)提出了一种被称作神经达尔文主义的方案,该方案认为我们的认知——比如说对一只动物的认知,产生于代表不同记忆——狗?猫?黄鼠狼?老鼠?——的大量神经元集群的相互竞争。大脑迅速选定与传入刺激匹配得最好的集群。或许是因为埃德尔曼总是用令人费解的专业术语表述它,神经达尔文主义始终没有流行起来。

  一种被称为同步振荡的集群编码考虑了大量神经元以同样的频率和时间放电的情况。1990年,弗朗西斯·克里克(Francis Crick)和克里斯托·弗科赫(Christof Koch)提出,40Hz的同步振荡在意识的形成中发挥着关键的作用。克里克是非常著名的科学家,因为他发现了DNA的结构,并指出DNA是控制所有生物遗传的极其简单的基因密码的载体。

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  而科赫对神经编码“应该是像基因密码一样简单和普适的东西”这种想法表示怀疑。他指出,不同物种的神经编码似乎不同,甚至同一物种的不同感受模式的神经编码也不同。“听觉的神经编码与嗅觉的不同,”他解释说,“部分原因是组成单词的音节在不到一秒钟的短暂时间内就会改变,而气味的改变要慢得多。”

  “或许并没有普适的规则”支配着神经-信息处理过程,Koch说,“除了认识到大脑有惊人的适应性并且能够提取每一比特的信息之外,找出新编码是必要的。”我们对大脑如何处理信息知之甚少,因此“现在很难排除任何一个编码方案。”

  事实上,科赫帮助复兴了一个因被认为不合情理而在很久之前就被放弃的编码方案。这个方案曾被蔑称为“祖母细胞”假设,因为在它的归谬化版本中,我们的记忆为脑海中的每一个人物、地点或事物都指定了一个单独的神经元,比如祖母就有一个对应的祖母神经元。

  科赫和著名的神经外科医生伊扎克·弗雷德(Itzhak Fried)一起,辨认出了负责特定人物图像的神经元,从比尔·克林顿到史泰龙。在弗雷德曾因临床用途而植入电极的癫痫病人身上也发现了这些神经元。

  这些发现表明,一个单独的神经元远远不是一个简单的开关,它可能拥有强大的计算能力。有意义的信息可能不仅是通过大量神经元的齐声尖叫来传递的,也会经由一小部分细胞的耳语来传递,用的可能是简洁的时间编码。

  英国神经生物学家斯蒂文·罗斯(Steven Rose)认为,大脑通过基因、激素以及其他一些过程,在不同的层次上处理信息,既可能高于单独的神经元和突触,也可能低于单独的神经元和突触。因此,他对奇点主义者的一个关键假设提出了挑战:尖峰代表大脑计算输出的总和。大脑的信息处理能力或许要比动作电位所体现出的高出许多数量级。

  罗斯还指出,解码个体大脑的神经信号将总是极为困难的,因为每一个个体的大脑都是独特且在不断变化的。为了阐明这一点,罗斯提出了一个的思想实验,假设我们有一个“大脑显微镜”,可以实时记录大脑微观层面和宏观层面发生的每一件事。

  比方说,大脑显微镜记录了当罗斯看到一辆红色的公交车沿着街道开动时,他的所有的神经活动。大脑显微镜可以重建罗斯的感受吗?不可以,因为,即使是对如此简单的刺激的神经反应,都与他大脑之前的全部历史有关,包括他小时候一次险些被公交车撞到的经历。

  罗斯指出,要理解任何一个时刻的神经活动,科学家需要“获得我全部的神经和激素活动史”,以及他所有的相关经历。科学家同样需要了解Rose曾经生活的不断变化的社会环境;如果最近恐怖分子袭击了公交车的话,他对公交车的态度就会有所不同。

  这个分析表明,每个人的“灵魂”都是根本不可约化、不可预测、不可理解的。它显然没有简单到像奇点主义者假设的那样,可以从一个大脑中提取出来并转移到另一个媒介中。

  让我们面对现实吧。奇点是一种宗教性质的、不科学的幻想。科幻作家肯·麦克劳德(Ken MacLeod)称它是“书呆子的rapture”,rapture指的是圣经中预言的末日,也就是耶稣把信徒带进天堂,而把我们这些罪人撇下之时。

  无论是精神上还是技术上,这种对超脱的渴求,都是很容易理解的。但是,作为一群个体和一个物种,我们面临着十分严重的问题,包括恐怖主义、核扩散、人口过剩、贫困、饥荒、环境退化、气候变化、资源枯竭以及传染病,比如艾滋病。工程师和科学家应该帮助我们面对世界上的问题,并找到解决它们的办法,而不是沉溺于奇点这种逃避现实的伪科学幻想。

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