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《大腦傳》

［英］ 馬修·科布 著

張今 譯

中信出版集團出版

在認識腦工作機制的過程中，人類一直在使用各種隱喻，這些隱喻無一不受技術、時代以及人類當時對腦認知水平的限制，在完成自己的歷史使命後會被新的隱喻所取代。在《大腦傳》中，作者馬修·科布以腦的隱喻為切入點，介紹了人類腦的認識史上一個又一個里程碑，以及那些做出偉大發現的科學家。從心智源自心臟的觀點到把腦視作機器的機械觀，從電與神經活動的關係到神經系統的神經元學說，從神經訊號如何表徵資訊到腦功能的局域化定位與分散式分佈之爭，從把腦看作一成不變的電路到把腦視作一個具有可塑性的網路，作者歷數了人類對腦認識的曲折演進歷程，講述了腦科學研究對計算機、人工智慧等領域的誕生和發展產生的深遠影響，勾勒出了一部群星閃耀、波瀾壯闊的科學史詩。

>>書摘

半個多世紀以來，人們一直認為腦的資訊處理過程與計算機的處理過程類似，所有對高度多樣化的“布片”的研究都是基於這個想法。但這並不意味著這個隱喻在未來會繼續有用。1951年，數字時代剛開始的時候，卡爾·拉什利就對使用任何基於機器的隱喻表示過反對：

皇家園林中的液壓雕像令笛卡兒印象深刻，他因此發展出了腦活動的液壓理論。從那以後，我們有了電話理論、電場理論，現在又有了基於計算機和自動方向舵的理論。我認為，透過研究腦本身和行為現象，我們更有可能發現腦是如何工作的，而不是沉溺於牽強附會的物理學類比。

法國神經科學家羅曼·佈雷特最近把這種對隱喻的排斥更進了一步，他挑戰了腦功能最基本的隱喻——編碼。自從阿德里安在20世紀20年代提出這個概念以來（最重要的是霍拉斯·巴洛在20世紀60年代對這個概念的熱情推廣），神經編碼的想法已經主導了神經科學的思考。在過去的10年裡，總共有超過11000篇關於這個主題的論文被髮表。佈雷特提出的批評的基本點是，在思考“編碼”時，研究人員無意中從技術意義上偏移到了表徵意義上，前者基於的是刺激與神經元活動之間的聯絡，而後者基於的則是神經元編碼對刺激的表徵。這個問題早在1990年就由沃爾特·弗里曼和里斯汀·斯卡爾達提出了，當時他們發表了一篇題為《表徵：誰需要它們？》的論文。弗里曼當時對氣味引發的電生理反應已經開展了幾十年的研究，他論述道，不再想著神經系統如何反映環境，他就能“更少地關注輸入腦的有關外部世界的資訊，更多地關注腦正在做什麼”。神經系統表徵或編碼資訊的觀點還包著更深一層的含義。正如丹尼特向克里克和科赫提出的問題指出的那樣，這一切呈現給誰呢？

在大多數關於神經編碼的描述中，一個沒有被明確指出的意涵是，神經網路的活動是呈現給腦中的一個理想化的觀察者或讀者的，它們通常被描述為“下游結構”（downstream structure），能夠以最佳的方式解碼訊號。但這些結構究竟是如何處理外周神經元的活動的，我們目前還不清楚，甚至在神經網路功能的簡單模型中也很少有明確的相關假說。神經編碼的處理過程通常被看作一系列線性的步驟——就像一連串的多米諾骨牌那樣，在反射中尤其如此。然而腦是由相互連線並且高度複雜的神經網路組成的，這些神經網路與外部世界相連併產生行動。只關注一組感覺和處理神經元，而不把這些網路與動物的行為聯絡起來，就會忽略整個處理過程的關鍵點。“動作電位是產生動作的電位，”佈雷特總結道，“而不是需要破譯的象形文字。”

蓋伊爾吉

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布薩基在他的新書《由內而外的腦》中也提出了類似的觀點。布薩基認為，腦並不是簡單被動地接收刺激，然後透過神經編碼來表徵它們，而是透過積極地搜尋各種可能性來測試各種可能的選擇。基於赫爾姆霍茲和馬爾的觀點，他得出的結論是腦並不表徵資訊，而是在構建資訊。

計算機、編碼、連線圖等神經科學隱喻必然是片面的，這是隱喻的本質。科學哲學家和科學家都對隱喻開展過深入的研究，因為它們似乎是科學家思維方式的核心。但隱喻也可以很豐富，協助科學家形成見解和做出發現。總會有那麼一個時刻，它們帶來的限制會超越它們促成的理解，但在腦的計算機隱喻和表徵隱喻中，科學界對這樣的時刻是否已經到來仍然無法達成一致意見。從歷史的角度來看，出現了這樣的爭論就表明我們可能確實正在接近計算機隱喻的尾聲，然而我們現在還不清楚它將被什麼取代。

當科學家們意識到隱喻是如何塑造他們的觀點的，並意識到新的類比可能會改變他們對自己工作的理解，甚至使他們能設計新的實驗時，他們常常會興奮不已。想出這些新的隱喻是很有挑戰性的——過去出現的與腦相關的大多數隱喻都與新技術有關。這可能意味著，有關腦的有洞察力的新隱喻以及它們會發揮怎樣的作用將取決於未來的技術突破，就像過去的液壓動力、電話交換機以及計算機那樣。目前還沒有這種進展的跡象，

雖然最近出現了很多科技流行詞，比如區塊鏈、量子計算（或者量子任何東西）、奈米技術等等，但這些領域不太可能引發技術變革或者我們對腦看法的變革

。

網際網路和雲計算的出現使人們一度認為腦是某種分散式計算機系統（distributed computer system）。這是有道理的，因為我們的神經元並不像計算機裡的簡單元件。相反，神經元有無數的樹突連線，其中許多涉及多種神經遞質和細胞輸出的細微差別， 這使它們能執行高度複雜的過程，對應於所謂的線性不可分函式（linearly non-separable function）。對來自其他神經元的區域性刺激，每個樹突透過向胞體發放一個鋒電位來做出反應，但這並不是透過一對一的線性方式進行的，而是透過不成比例地增加它們的放電頻率來實現的。參與這項研究的研究者之一、英國神經科學家馬克·漢弗萊斯強調，這意味著每個細胞的行為方式都類似於一臺複雜的迷你計算機。

然而，這並不意味著雲和網際網路的類比對我們有很大的幫助。事實上，網際網路的一個重要特點是，即使它的一些關鍵部分被移除（比如遭到了核打擊），它仍然可以繼續執行。從最早的形式開始，網際網路就具備這一特點。雖然有非常確鑿的證據證明可塑性的存在，也無論我們對腦活動的看法多麼偏重分散式的觀點，如果腦的某些特定區域受到損傷，腦功能的關鍵方面的確會被徹底破壞。

>>作者簡介

馬修·科布（Matthew Cobb），英國曼徹斯特大學動物學教授、神經科學家、科學作家，研究興趣主要是昆蟲的嗅覺和行為。科布此前出版過多部科學史題材的作品，其中講述17世紀的科學家探索性、生命和機體生長的作品《卵子與精子的競賽》獲得了倫敦動物學會年度圖書獎，講述科學家破解遺傳密碼的作品《生命的最偉大秘密》不僅入圍英國皇家學會科普圖書獎決選名單，還被世界最頂級的生命科學期刊《細胞》雜誌盛讚為“大師級的作品”“應該成為遺傳學和分子生物學相關專業研究生的科學史必讀書”。

作者：

馬修·科布

編輯：金久超