（文/ Randal A. Koene）人腦以及生發(fā)其中的意識，讓我們創(chuàng)造了文化和文明。但是，在技術(shù)和環(huán)境問題的夾攻之下，保障這些奇跡（更別提我們這個物種）的存續(xù)，將有賴于意識的適應(yīng)能力。面對挑戰(zhàn)，我們一直在擴展自身的能力，創(chuàng)造了從衣服到手機到電子耳蝸等種種人工制品。和以往一樣，人類的生存將繼續(xù)依靠我們適應(yīng)性的不斷提高。
幸運的是，我們可能即將從根本上突破自身局限了：位于人類經(jīng)驗核心的復(fù)雜信息處理過程，沒有理由繼續(xù)只能以生物學(xué)的方式得以實現(xiàn)。將意識功能從腦轉(zhuǎn)移到其他類型的材料中，或者說其他基質(zhì)上，使其變成獨立于基質(zhì)的意識（SIM），將成為一種非同尋常的適應(yīng)能力。
從生存的層面上來講，SIM能夠以多種方式實現(xiàn)，因此也許更有可能挺過潛在的社會崩潰。而站在人類的角度來說，SIM技術(shù)的目標(biāo)是人格、個性、體驗方式和個人經(jīng)驗處理方法的持續(xù)存在。自我的延續(xù)可以得到保障，盡管意識有了新的載體。
幾年前，我創(chuàng)立了非營利機構(gòu)carboncopies.org（字面意義：碳拷貝）。它的職責(zé)是明確SIM研究大局及其關(guān)鍵問題，為研究者提供探討不同解決之道（即一幅路線圖上的不同路徑）的平臺。它還在資金短缺之處提供支持。
那么，SIM將可能被如何實現(xiàn)呢？在過去100年中，神經(jīng)學(xué)家已經(jīng)學(xué)會了如何辨別神經(jīng)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，學(xué)會了測量神經(jīng)對刺激的反應(yīng)，以及這些反應(yīng)受到何種督管。大多數(shù)SIM研究，建立在這種方法之上。我們稱之為“全腦仿真”（whole brain emulation），這是我在2000年創(chuàng)造的一個術(shù)語。
我們之所以使用“仿真”（emulation）一詞，是因為它代表著對某一特定大腦的精確復(fù)制。不妨拿它與“模擬”（simulation）一詞做個比較，后者的意思是人們試圖建造一個人或動物腦的某些部分（或者全腦）工作方式的通用模型。藍腦計劃（Blue Brain project）就是模擬的一個例子，它的管理者是瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的亨利·馬克拉姆（Henry Markram）。在該計劃中，研究者試圖通過將哺乳動物的腦逆向工程至分子級別，并利用多種動物的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，創(chuàng)造一個人造大腦。
目前，大多數(shù)SIM研究者的目標(biāo)是，仿真（譯注：此處為動詞）腦的基本組成部分執(zhí)行的基礎(chǔ)運算功能，然后在其他基質(zhì)上如實地復(fù)現(xiàn)，同時還要如實復(fù)現(xiàn)神經(jīng)的連通。如此宏大的任務(wù)必須被分割成小得多的單元：還有太多的細節(jié)需要我們?nèi)チ私狻１热缯f，我們能否得到足夠精細的神經(jīng)元數(shù)據(jù)——單一電脈沖神經(jīng)元、具備形態(tài)細節(jié)的神經(jīng)元，或者突觸中發(fā)生的分子過程——來保證仿真確實可行？
對這些問題的探索，已經(jīng)得到了真實產(chǎn)品的回報，比如人工植入耳蝸，或者美國洛杉磯市南加利福尼亞大學(xué)的特德·伯格（Ted Berger）主導(dǎo)的海馬體芯片。伯格正在嘗試制造人工神經(jīng)細胞。這種人造細胞原本是要為那些因失去腦細胞而罹患阿茲海默病之類疾病的患者作植入之用的。
一座大山依然橫亙在我們面前。我們有待了解的大部分知識，都與神經(jīng)元或者神經(jīng)元的片段有關(guān)。比如說，每一個神經(jīng)元產(chǎn)生電活動尖峰（即動作電位）的時機，似乎是腦的主要通貨。這一時機決定了是否有一個突觸要被修改以建立記憶、一個肌肉何時收縮（產(chǎn)生動作或者言語），以及對視覺等感覺輸入的感知。換句話說，這個時機決定了我們與環(huán)境的全部互動。
碳拷貝的路線圖分為4個部分。每個部分各自代表了全腦仿真所有參與者的一個共識。4個部分并行推進，也都同樣不可或缺。我們必須檢驗關(guān)于“仿真應(yīng)當(dāng)包括哪些內(nèi)容，以及細化到什么程度”的假設(shè)；我們需要設(shè)計出合適的硬件和軟件來運行仿真；我們需要神經(jīng)元和突觸如何互聯(lián)的數(shù)據(jù)——這也是很多正在進行的“連接組”項目的工作；我們還需要記錄整個腦中活動時的電反應(yīng)波形，以便正確調(diào)試仿真的參數(shù)——我們稱之為“參考反應(yīng)”。
數(shù)名研究者正在開展檢驗假設(shè)的研究。比如戴維·達爾林普爾（David Dalrymple）正致力于秀麗隱桿線蟲腦的仿真。這種線蟲僅擁有302個神經(jīng)元。他想要確定每一個神經(jīng)元的功能、行為和生物物理學(xué)特征，目標(biāo)是建立這種生物神經(jīng)系統(tǒng)的完整模擬。對于線蟲仿真需要哪些內(nèi)容，以及細化到什么程度，他的工作將提供寶貴的信息。
至于硬件，人腦采用的是一張高度并聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。這張網(wǎng)絡(luò)由幾十億大體上處于非激活狀態(tài)的低能耗處理器（即神經(jīng)元）構(gòu)成。優(yōu)秀的仿真將使用類似的基質(zhì)，比如類似腦的硬件。美國國防部高級研究計劃局投入數(shù)百萬美元的神經(jīng)元計劃（SyNAPSE project）開發(fā)的類神經(jīng)元芯片，就是這種“神經(jīng)形態(tài)”硬件的一個例子。
如果沒有掌握神經(jīng)元激活方式的高清晰度“布局”圖，便要微調(diào)并糾正人腦中億萬神經(jīng)元的參數(shù)，那我們大概要算到天荒地老了。相反，我們必須分解問題，這就是我們的路線圖融合了大尺度與高細度的腦結(jié)構(gòu)和功能測量的原因。交待一下：在這個領(lǐng)域中，幾毫米的組織或者任何超過幾百個神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)，都會被稱為“大”。
至于連接組，答案是研究腦細胞和纖維的形態(tài)學(xué)。電子顯微鏡檢查提供了合適的分辨率，而自動腦切片和造影有助于我們處理繪制腦結(jié)構(gòu)詳圖所需的海量數(shù)據(jù)。
2011年，德國海德堡市馬普學(xué)會醫(yī)學(xué)研究院的凱文·布里奇曼（Kevin Briggman）及其同事，以及美國哈佛醫(yī)學(xué)院的達維·博克（Davi Bock）及其同事，各自獨立地證明了全腦仿真的原理。他們證明，根據(jù)腦掃描結(jié)果重建神經(jīng)回路，并且利用其預(yù)測功能，這是可行的。（他們利用之前被掃描的組織驗證了他們的重建結(jié)果。）
參考反應(yīng)的問題呢？利用核磁共振儀等設(shè)備，我們可以得到全腦電活動的低分辨率概況。另外一些新的技術(shù)也在開發(fā)中，比如美國伊利諾伊州埃文斯頓市西北大學(xué)的康拉德·考丁（Konrad Kording）及其同事主導(dǎo)的“分子紙帶”（molecular ticker tape）。這一技術(shù)應(yīng)該能夠讓我們以高分辨率實時記錄腦活動，而且大幅提高能夠被我們記錄下活動的神經(jīng)元數(shù)量。
我們目前進展如何呢？很顯然，全腦是一個龐大而復(fù)雜的研究對象，而且我們還在通過不斷與世界互動擴展它。但我們并不需要徹底了解才能夠仿真全腦。我們需要的只是利用當(dāng)今的知識和技術(shù)，去描述功能腦區(qū)的行為，并研究出它們互相溝通的方式。非常驚人的是，一種能夠?qū)崿F(xiàn)全腦仿真的計劃正在慢慢成形。
還是讓科學(xué)，做我們的領(lǐng)路人吧。
編譯自：《新科學(xué)家》，Mind transfer: human brains in different materials
