王欣

華中師范大學(xué)副教授

每個人都有一個小宇宙，就是我們的大腦。腦占我們體重的2～3％，但是要消耗我們20％的能量，可見腦的工作非常繁忙。

有一個詞叫腦洞大開，在圖中可以看到有2個腦洞。

腦洞

那么這個腦洞是怎么形成的呢？

據(jù)考古學(xué)家推測，很可能是古時候的巫師給病人做手術(shù)，來驅(qū)趕精神病人腦中的邪靈。

腦是一個人最重要的器官，如果出現(xiàn)了疾病，問題就非常嚴(yán)重了。

腦到底是怎么工作的？我們來了解一下腦的基本結(jié)構(gòu)。

腦的外形像一個核桃，表面有很多溝回。腦的基本單位是神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞。

一般認(rèn)為神經(jīng)元的作用更加重要，因為它可以傳遞信號。它的樣子跟一般的細胞很不一樣，有很多細長的突起。

在圖中可以看到，神經(jīng)元的突起相互靠近，末梢?guī)缀踹B在一起。

神經(jīng)元的突起相互靠近

末梢有沒有相通？

早期的科學(xué)家因為看不到這里的細微結(jié)構(gòu)，分成了兩派。

一派是以意大利的高爾基為代表的神經(jīng)網(wǎng)狀理論，認(rèn)為這些突起彼此相通，構(gòu)成一張大網(wǎng)。

另外一派是以西班牙的卡哈爾為代表的神經(jīng)元學(xué)說，認(rèn)為這些突起并不相通，每一個神經(jīng)元是一個獨立的單元。

哪個學(xué)派的說法是正確的呢？正確的是神經(jīng)元學(xué)說。

高爾基和卡哈爾二人得到了1906年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎，也是第一個神經(jīng)科學(xué)方向的諾貝爾獎。

當(dāng)時他們二人在頒獎典禮上還爭論不休，當(dāng)然后來的電鏡實驗證明卡哈爾是正確的。

我曾經(jīng)到卡哈爾工作的薩拉曼卡大學(xué)去訪學(xué)，那是一個擁有800年悠久歷史的大學(xué)。

薩拉曼卡大學(xué)訪學(xué)

當(dāng)時我在里面做一個關(guān)于聽覺中樞的實驗，這個實驗是研究聽覺中樞的神經(jīng)元為什么會對新穎的聲信號比較敏感？

這是一個歐盟的項目，當(dāng)時有來自3個國家的4個實驗室共同開展研究。

雖然有很多新的發(fā)現(xiàn)，但是并沒有給出一個完美的解答。

其實越是做腦科學(xué)的人，越會覺得大腦神秘莫測，就像一個黑箱，我們把一些信號輸入，然后獲得一些信號輸出。

但是在這個黑箱里到底發(fā)生了什么，我們并不清楚。

為什么會這樣？

有很多原因，比如我們不能用人腦來做實驗，而動物的實驗又不能解釋人腦的這種高級技能。

此外，我們的腦過于復(fù)雜，每一個人的腦里邊有上千億的神經(jīng)元，每個神經(jīng)元可以形成很多突觸，構(gòu)成一個非常大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

我們在局部所獲得的這些實驗數(shù)據(jù)，很難去解釋整個腦的工作原理。

人們對于腦科學(xué)的想象以及展望，在很多科幻影片里有鮮明的體現(xiàn)。

大家如果喜歡看科幻電影的話，會發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，即電影里所講的知識有一些已經(jīng)成為現(xiàn)實，或者正在成為現(xiàn)實，而有一些還遙遙無期。

所以，我想通過一些科幻電影來談一下腦科學(xué)的過去與未來。

這里分了三大類：一是在我們身邊已經(jīng)成為現(xiàn)實的腦科學(xué)，一類是在不久的將來可能變成現(xiàn)實的腦科學(xué)，還有一類是在遙遠的未來才有可能實現(xiàn)的。

科幻電影中的腦科學(xué)分類

我們先來看一下在我們身邊的有哪些？比如腦機接口、測謊術(shù)，還有弱人工智能。

有許多與此相關(guān)的電影，因為時間關(guān)系，我就講一下《黑客帝國》。

《黑客帝國》上映于1999年，當(dāng)時我剛剛大學(xué)畢業(yè)，電腦還非常少，網(wǎng)速也非常慢，有時打開郵箱要等很久才能看到里面的圖片。

當(dāng)時能看到這個電影，會感到非常震撼。

我們來看里面的一小段視頻。

看過這部電影的人，應(yīng)該對這部電影印象很深刻。

它描繪了一個人生活在虛擬的世界里，他所有的感覺都是通過電腦來輸入的，然后他又回到電腦矩陣?yán)镞?，用他的意念和對手搏斗?/p>

這個電影就反映了腦機接口這樣一個科學(xué)原理。

腦機接口目前最成熟的技術(shù)就是人工耳蝸，又稱電子耳蝸。

什么是人工耳蝸？

人工耳蝸示意圖

我們正常人是通過耳蝸來進行聲電換能，把聲音變成神經(jīng)沖動再傳入大腦。

有一些病人，他的耳蝸受到損傷，但是他的聽神經(jīng)還是完好的。醫(yī)生給他植入人工耳蝸，就可以恢復(fù)聽力。

人工耳蝸包括體外和體內(nèi)兩個部分：體外部分收集聲音，并且把聲音變成電信號；體內(nèi)部分就是陣列電極，把電信號傳給聽神經(jīng)。

當(dāng)使用人工耳蝸的時候，聽到的聲音和正常人會有一些區(qū)別，但是經(jīng)過訓(xùn)練可以正常和人交談。

與人工耳蝸類似的人工視網(wǎng)膜也已經(jīng)問世，使用者要戴一個特制的眼鏡，眼鏡上面裝有微型攝像機。

攝像機把圖像信息傳給光電換能器，光電換能器把它變成電信號，再傳給陣列電極，然后陣列電極再通過視神經(jīng)輸入到大腦。

目前人工視網(wǎng)膜的效果沒有人工耳蝸好，使用者可以看到杯子和盤子，可以看到運動的物體，但是還不能識別人臉。

腦機接口還有一個方向就是運動輸出，也就是用我們的意念來控制機器的運動。

運動輸出

當(dāng)我們產(chǎn)生了一個運動意念時，大腦會發(fā)出神經(jīng)沖動給運動神經(jīng)。這是一個電信號，然后通過電信號傳給機器，會使這些機器產(chǎn)生相應(yīng)的動作。

目前已經(jīng)有很多截肢的患者，通過這些仿生肢體恢復(fù)了運動能力，他們可以用他們的機械臂來拿杯子、寫字，可以取鑰匙開門。

當(dāng)然它還不能像正常人這么靈活，我們的身體非常靈巧，要讓這些機器達到同樣的水平還需要時間。

接下來我想講的是在不久的將來有可能變成現(xiàn)實的腦科學(xué)。

它們有理論基礎(chǔ)，也有實驗進展，只是有一些關(guān)鍵性的技術(shù)還沒有突破。

比如部分神經(jīng)和精神疾病的治療、人和動物對話、記憶刪除以及換頭或者是換腦。

我想特別提一下老年性癡呆癥。

這是相關(guān)電影《猩球崛起》的一個片段。

影片里主人公的父親患了老年性癡呆癥，主人公從實驗室里偷出了藥品給父親注射，第二天父親就恢復(fù)了健康。

有沒有這樣神奇的藥品？現(xiàn)在是沒有的，如果有就太好了。

現(xiàn)在老年癡呆沒有特效的藥物，只能做一些癥狀的緩解。

得了這個病以后會有很多表現(xiàn)，比如記憶下降，情緒失常，甚至?xí)厥バ闹恰?/p>

目前65歲以上人群的發(fā)病率是5％，我國的患者超過了700萬人。

這種病的病因目前不明，有很多因素會造成這種疾病。

它有兩個典型的病變，即神經(jīng)纖維纏結(jié)和Aβ蛋白的沉積。

如圖所示，我們看到里邊神經(jīng)纖維發(fā)生了纏結(jié)，這個細胞的外面會有Aβ蛋白的沉積，也被稱為腦里面的老年斑。

神經(jīng)纖維纏結(jié)和Aβ蛋白的沉積

科學(xué)家想了很多辦法來清除這樣一些病變，比如以前發(fā)明了AD疫苗來清除Aβ蛋白。

當(dāng)時發(fā)明疫苗后，人們都歡欣鼓舞，覺得很快就可以治好這個疾病了。

但是到了臨床試驗階段，有很多病人出現(xiàn)了嚴(yán)重的腦部炎癥，這個試驗被迫終止。

我們到底要怎么樣治好這個疾病呢？我想借用大軍事家孫子的幾個觀點。

首先，知己知彼，百戰(zhàn)不殆。

我們之所以沒有發(fā)明一個更好的藥物，就是因為我們還不知道它的病因和發(fā)病機制，而且這個疾病很可能是一組疾病，而不是一種疾病。

所以我們必須要更清楚地了解它的機制，采取更有針對性的治療。

第二，調(diào)動敵人而不被敵人調(diào)動。

比如一個疫苗它必須要起作用，但是又不能引起不良反應(yīng)。

第三，先發(fā)制人。

當(dāng)我們的神經(jīng)細胞已經(jīng)出現(xiàn)了這種典型的病變，比如Aβ沉積、纖維纏結(jié)，這時再來進行治療已經(jīng)為時過晚。

所以我們要提前進行診斷，及早防止這些病變的發(fā)生。

我本人是學(xué)臨床醫(yī)學(xué)出身，后來改做神經(jīng)生理研究，我也講營養(yǎng)學(xué)和生理學(xué)，同時我寫了不少科普書。

最近我有一本新的即將出版的書叫《青春密碼》，是講如何抗衰老。

其實抗衰老也是一個系統(tǒng)工程，要從各方面做起，包括我們的飲食、運動、睡眠、心理、環(huán)境等。

只有從各方面培養(yǎng)良好的生活習(xí)慣，我們才能對抗衰老，才能防止疾病。

最后我想講的是那些在遙遠的未來可能變?yōu)楝F(xiàn)實的腦科學(xué)。一旦成為現(xiàn)實，人類會發(fā)生翻天覆地的變化。

比如強人工智能、不死之腦、人腦終極進化，還有移魂大法，也就是我們進到另外一個人的思維里面。

首先，我們來談一談強人工智能。

目前我們所使用的智能手機、智能家電還有無人駕駛、AlphaGo等，這些其實都屬于弱人工智能。

什么是強人工智能？強人工智能就是要讓機器具有人類的情感、理智和自我意識。

比如電影《我，機器人》中的機器人桑尼，他就有人類的情感，他可以像人一樣思考和選擇。

電影《我，機器人》

這有沒有可能實現(xiàn)呢？從我們目前的科學(xué)技術(shù)來看是不可能的。

因為人為什么具有情感和理智，科學(xué)家并沒有給出答案。

我們只能通過腦成像知道它和什么腦區(qū)有關(guān)，再通過動物實驗知道它和什么遞質(zhì)有關(guān)，但它到底是怎么形成的，我們目前并不清楚。

神經(jīng)元的這種電位變化是怎么形成人類心理活動的，這還無法解釋。

很多的器官功能都可以看作是細胞功能的疊加，但是腦的功能并不是腦細胞的疊加，兩者之間差異很大。

退一萬步說，即使機器具有了人類的情感和意志，對人很可能不是一件好事。它可以從自己的角度出發(fā)來對抗人類，爭取自由。

2018年6月，中科院上海分院舉辦過一次研討會，主要講腦科學(xué)和人類的社會發(fā)展。

當(dāng)時在場的大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)為計算機不能、也不應(yīng)該具有人類的情感和意志，人類也不要給自己增加這么大的麻煩。

在那次會議上，有一位老師是研究社會發(fā)展的，他提到了不死之腦以及人的永生。

大家想不想永生呢？

如果要永生，從腦科學(xué)來看，就必須要做腦移植。

因為我們出生后，腦細胞的數(shù)目就基本固定，而且每年還會以1‰的速度死亡。所以如果我們活到1000歲，腦就沒有了。

我們要想不死的話，就要做腦移植、換腦，比如分期分批地移植神經(jīng)干細胞。

做了換腦以后還是不是自己呢？

如果把你的腦一下子換掉，當(dāng)然就不再是自己了。如果是分期分批地?fù)Q，腦細胞不斷和你本人的意識接軌，儲存你的記憶，那么你可能還是自己。

但是這樣一來，整個自然規(guī)律就被打破了，可能會出現(xiàn)很多意想不到的局面。

最后，我要講的電影是上映于2014年的《超體》。

當(dāng)時我看了這個電影后就產(chǎn)生了一個想法——寫一部書來講腦科學(xué)，因為我覺得這個電影里有很多跟腦科學(xué)相關(guān)的內(nèi)容，當(dāng)然有真有假。

后來我寫了一本書叫《打開黑箱——通過36部經(jīng)典電影解密腦科學(xué)》，通過電影來引出一個知識點，再展開敘述。

我們看一下這部帶給我們靈感的影片片段，是關(guān)于潛能開發(fā)的。

影片中的女主角露西是因為一個藥物，潛能從10％開發(fā)到100％。

現(xiàn)在有沒有這樣的藥物？

科學(xué)家在想辦法生產(chǎn)一些益智的藥物，比如促進神經(jīng)細胞的樹突棘的發(fā)育，或者促進我們的神經(jīng)遞質(zhì)的作用。當(dāng)然，這樣的藥物目前還沒有問世。

但是我們想一想，一旦這種藥物被發(fā)明，會發(fā)生什么情況？

首先人可能會兩極分化，有錢的人有可能會變得更加聰明。

另外，如果這個藥物比較便宜，人人都可以吃的話，所有人都會變得很聰明，這個世界就會太完美了。

從我個人來說，其實我并不想看到這樣一個場景。我覺得任何事情到了極致，很可能就是終點。

大家如果喜歡看科幻電影就會發(fā)現(xiàn)一個特點——絕大多數(shù)的科幻電影描繪的都是一個充滿災(zāi)難的未來，比如《生化危機》、《雪國列車》。

科學(xué)真的會使未來變得更好嗎？

科學(xué)就是一個工具，如果我們合理地使用它，當(dāng)然可以造福人類；但是如果我們?yōu)E用它，用在一些危險的領(lǐng)域，也可能會造成災(zāi)難。

所以我們應(yīng)該熱愛科學(xué)，但不要迷信科學(xué)，認(rèn)為科學(xué)一定是萬能的。