世界腦計劃研究報告及互聯網大腦計劃建議

(本文是對2015年11月9日開始撰寫的6篇互聯網大腦計劃系列文章的整理合併）

一.前言

大腦是人體中最複雜的部分，也是宇宙中已知的最複雜的組織結構。多年來，人類對腦奧秘的探究從未停止。21世紀被稱為「生命科學、腦科學的百年」或「腦研究世紀」。本世以來，世界各國紛紛開展新的腦計劃， 2005年，瑞士科學家啟動藍腦計劃，2013年4月，美國宣布啟動「腦計劃」路線圖，2013年，歐盟委員會宣布將「人腦工程」列入「未來新興技術旗艦計劃」。此外，日本、德國、英國、瑞士等國也都先後推出本國的腦科學研究計劃。

在我國，腦科學研究已被列為「事關我國未來發展的重大科技項目」之一，上海市政府已將腦科學列為市重大科技項目，2015年3月上海成立「腦科學協同創新中心」，推進腦科學研究和轉化應用，2015年9月1日，北京市科委召開的「腦科學研究」專項工作啟動會，宣布北京市重點開展腦科學的研究工作。

雖然當前各國腦計劃如火如荼開展，但質疑的聲音也日益強烈。2014年，200多名神經學領域科學家宣稱將要抵制歐盟的人腦計劃，這其中最主要的問題是腦科學研究兩個方向中，還原論方向發達，整體論方向欠缺，導致腦科學研究只見樹葉不見森林的困境一直無法得到突破。正如美國哥倫比亞大學神經學家拉斐爾·尤斯特所說：「這是因為缺少一個腦科學的統一框架。」

上世紀誕生的互聯網對人類社會的影響越來越大，種種跡象表明互聯網與腦科學具有緊密的關係。從2005年開始，相關研究提出「互聯網將向著與人類大腦高度相似的方向進化，互聯網將具備自己的視覺、聽覺、觸覺、運動神經系統，也會擁有自己的記憶神經系統、中樞神經系統、自主神經系統。另一方面，人腦至少在數萬年以前就已經進化出所有的互聯網功能，不斷發展的互聯網將幫助神經學科學家揭開大腦的秘密。「

雖然美國等發達國家在腦科學某些領域已經走在前面，但在新世紀新的科技背景下，互聯網，人工智慧與腦科學領域的結合，中國完全有可能通過另闢蹊徑，實現彎道超車，不但在腦科學領域，在互聯網領域，人工智慧領域，科技哲學領域，進化論領域，中國傳統文化與新科技接合，等方面都可以得到深入研究並取得相關成果。

因此，我們建議互聯網大腦計劃，其特點可以歸納為：「三個支點，兩個目標，一個基礎「。三個支點是以互聯網，人工智慧，腦科學三個領域作為支點進行跨學科交叉研究。兩個目標是1）利用腦科學已有的研究成果預測互聯網和人工智慧未來發展趨勢；2）利用互聯網作為研究大腦的參照系，為揭開神經學科學難題建立一條新的科學路徑；一個基礎是以形成中國原創的互聯網神經學學科作為未來大腦計劃的基礎。

在具體實施路徑上，我們建議充分利用互聯網網路社群討論，智力眾包，網路新媒體科技論文傳播等科研創新模式，以青年科學家為主要攻堅力量，面向世界科研人員建立」互聯網大腦計劃雲研究平台，力爭用5到10年時間，使得中國科學在互聯網，腦科學，人工智慧交叉領域佔領科學制高點。

二、世界各國大腦計劃現狀綜述

在自然科學領域，大腦之謎是和宇宙之謎等量齊觀的科學難題。自從有歷史記錄以來，無論是東方還是西方，大腦和神志（mind）的關係就一直被人類關注和思索。人類對腦的認識從不斷的觀察、思考、辯論、試錯、糾正中得到提高，最後演變成現代的神經科學。

經過數千年研究和發展，到21世紀，一個具有無限生命力的神經科學形成了，它囊括許多有關學科，包括神經生理學、神經解剖學、神經組織學與組織化學、神經超顯微結構學、神經化學、神經免疫學、神經病學、精神病學、腦腫瘤學、腦診斷學以及神經行為學和生理心理學等等。神經科學已成為當代科學發展的最前沿，新技術，新發現層出不窮，日新月異。隨著20世紀新技術的出現，特別是計算機，信息學，人工智慧的出現，腦科學研究也正在出現新的研究浪潮。

2005年，瑞士洛桑理工學院的科學家亨利·馬卡蘭提出藍腦計劃，希望在2015年製造出「人造大腦」，以達到治療阿爾茨海默氏症和帕金森氏症的目的。他的想法是「拆除之後再重建」哺乳類動物的大腦，計劃將分為幾個階段2008年先用嚙齒動物做實驗，2011年後將試圖組裝一個貓的大腦，在2015年正式組裝人類大腦之前可能還會製造獼猴的大腦。

2013年4月，美國宣布啟動「腦計劃」；2014年6月，美國國立衛生研究院發布「腦計劃」路線圖，詳細闡述了腦科學計劃的研究目標、重點領域、實施方案、具體成果、時間與經費估算等，提出將重點資助9個大腦研究領域：統計大腦細胞類型，建立大腦結構圖，開發大規模神經網路記錄技術，開發操作神經迴路的工具，了解神經細胞與個體行為之間的聯繫，整合神經科學實驗與理論、模型、統計學等，描述人類大腦成像技術的機制，為科學研究建立收集人類數據的機制，知識傳播與培訓。2014年8月，美國國家科學基金會宣布，將資助36項腦科學相關項目，涉及實時全腦成像、新的神經網路理論以及下一代光遺傳學技術等。美國國防高級研究計劃局（DARPA）近年來啟動了數十項旨在提高對大腦動態和機制的了解、推進相關技術應用的項目，包括可靠神經介面技術項目、革命性假肢、恢復編碼存儲器集成神經裝置、重組和加速傷勢恢復項目、將模擬大腦用於複雜信號處理和數據分析項目等。

2013年，歐盟委員會宣布將「人腦工程」列入「未來新興技術旗艦計劃」，力圖集合多方力量，為基於信息通信技術的新型腦研究模式奠定基礎，加速腦科學研究成果轉化。該計劃被認為是目前世界最先進的腦科學大型研究計劃，由瑞士洛桑理工學院統籌協調，歐盟130家有關科研機構組成，預算12億歐元，預期研究期限10年，旨在深入研究和理解人類大腦的運作機理，在大量科研數據和知識積累的基礎上，開發出新的前沿醫學和信息技術。該計劃首先利用30個月的時間，建設涉及神經信息學、大腦模擬、高性能計算、醫學信息學、神經形態計算和神經機器人等6座大型試驗與科研基礎設施。這些設施將對全球科技人員開放，邀請世界頂尖科學家參與研究。

日本大腦研究計劃Brain/MINDS (Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies)主要是通過對狨猴大腦的研究來加快人類大腦疾病，如老年性痴呆和精神分裂症的研究。9月11日，日本科學省宣布了大腦研究計劃的首席科學家和組織模式。 日本大腦研究計劃第一年將投入30億日元（2700萬美元），第二年可能增加到40億日元，相對於美國和歐洲的10億美元以上規模大腦研究計劃，日本的計劃就好象是小弟弟。但是，日本的大腦研究計劃主要利用狨猴這種更接近人類的靈長類動物，能彌補用鼠類研究經常不同於人類的缺陷，尤其是在疾病研究方面。

另一方面世界級互聯網企業也推出自己的人工智慧大腦計劃，2011年以來，GoogleX實驗室實施了「谷歌大腦」工程，通過1.6萬片CPU核構建了一個龐大的系統，用於模擬人類的大腦神經網路，通過深度學習等神經網路技術和觀看YouTube視頻等方式，不斷學習識別人臉、貓臉以及其他事物。

2014開始，包括百度，訊飛，愛奇藝，也推出各自的人工智慧腦計劃，希望利用深度學習與大數據結合發展互聯網中的人工智慧應用。

2014年5月，百度宣布引進前「谷歌大腦之父」吳恩達，任命其為百度首席科學家，全面負責「百度大腦」計劃。「百度大腦」將融合「深度學習」演算法、數據建模、大規模GPU並行化平台等技術。李彥宏對外披露，如果繼續發展十年、二十年，這樣一個大腦很有可能就會比人腦還要聰明。而將來有一天，也許技術會發展到可以把一個晶元移植到人腦中，「你想知道什麼的時候你不需要動作也不需要動手，當你想到的時候它就可以告訴你，展現給你，在你的腦子裡就已經呈現了。

　科大訊飛在2014年8月20日召開的的智能家庭產品發布會上宣布啟動「訊飛超腦」計劃，董事長劉慶峰表示，在實現了讓機器能聽會說之後，科大訊飛的夢想升級成了讓機器能理解會思考。「訊飛超腦計劃」目標就是要實現一個真正的中文的認知智能計算引擎。並且，它的知識不是人類灌輸的，而是自己通過不斷學習獲得的。目前，「訊飛超腦計劃」也已經擁有了一支包括加拿大約克大學、哈爾濱工業大學、清華大學、中國科學技術大學等高校專家在內的研發隊伍。

2014年6月，愛奇藝在全球範圍內率先建立起首個基於視頻數據理解人類行為的視頻大腦——愛奇藝大腦，圍繞視頻的整個生命周期進行多維度的數據存儲、分析、挖掘，讓機器能夠理解視頻的內容，幫助人們製作，生產，運營，消費視頻。愛奇藝大腦正在通過對視頻的認知，顯著提升視頻特效製作水準、運營效率，滿足用戶多元化服務的需要，同時豐富視頻行業的變現途徑，推動整個視頻行業健康發展。

　　就目前公開的資料來看，雖然同為開發人工智慧，但「谷歌大腦」、「百度大腦」、「訊飛超腦」的側重點也略有不同，谷歌大腦和百度大腦包括內容較多，成果將重點應用於搜索引擎，提高搜索引擎在智能程度和準確度，比如未來能夠用圖片搜圖片或是用圖片搜信息等。「訊飛超腦」則更加聚焦於面向中文的知識處理、信息服務和人機交互，一旦突破，有望能帶動信息服務等各個涉及認知智能領域的信息服務系統實現飛躍。

2015年11月5日，京東宣布啟動"京東大腦計劃",京東集團研發部研發總監楊光信這樣總結：「基於京東在用戶、商品、和運營等方面長期積累的高質量數據，利用人工智慧的方法和技術，深入、準確地理解電商運營中的各類實體、環節、及它們之間的相互聯繫，縮短用戶與商品、商品與商家之間的距離，為用戶和商家提供更為個性化的服務，同時不斷提高電商平台自身的運營效率，以達到最佳的用戶體驗。」遵循著這樣的目標，大腦計劃旨在進一步提升京東在機器學習、數據挖掘、高性能計算、實時計算等方面的技術實力，實現京東大數據價值的充分發揮。

在中國，腦科學研究已被列為「事關我國未來發展的重大科技項目」之一，上海市政府已將腦科學列為市重大科技項目，2015年3月，復旦大學牽頭聯合浙江大學、華中科技大學、同濟大學、上海交通大學等十幾所高校及中科院研究所，成立「腦科學協同創新中心」，推進腦科學研究和轉化應用，2015年9月1日 ，北京市科委召開的「腦科學研究」專項工作啟動會宣布北京市將從腦認知和腦醫學、腦認知與類腦計算兩個方向重點開展腦科學的研究工作。

部分中國科學家建議中國腦計劃應該從從認識腦、保護腦和模擬腦三個方向展開研究，逐步形成以腦認知原理的基礎研究、腦重大疾病、類腦人工智慧這三方面緊密交織的研究為「一體」「兩翼」的研究格局。

三、歐美大腦計劃存在的問題和忽視的一個重要元素

3.1.歐美腦計劃存在的問題

在歐美腦計劃引起巨大反響的同時，質疑的聲音也不斷產生，「這是因為缺少一個腦科學的統一框架。」美國哥倫比亞大學神經學家拉斐爾·尤斯特說，科學家現在只能研究其中的個體或小部分，就像是「通過一個像素來理解電視節目一樣」。這些連接之間的每一層次都有各自的運作法則。但是，「這些運作法則，我們目前幾乎一無所知」。

對於2005年啟動的藍腦計劃，其發起人馬克萊姆教授認為這樣的模型有助於我們更深層的了解大腦是如何工作的，但是其他神經學家持有異議，他們認為此模型與更簡單更抽象的神經迴路模擬相比，沒什麼更大的用處，要說有什麼區別，只不過前者佔用了大量寶貴的運算能力和超算資源。

歐洲腦計劃受到的質疑更大，2014年，200多名神經學領域科學家宣稱將要抵制歐盟的人腦計劃（HumanBrainProject，HBP），聲稱這個耗資12億歐元的大型計劃沒有得到妥善的管理，因此無法達成其模擬人腦內部運作的宏偉目標。倫敦大學學院計算神經科學部門的主任PeterDayan告訴衛報，構建更大規模的大腦模擬的目標顯示是根本不成熟的。「這是在浪費金錢，它會吸干寶貴的神經科學研究的經費，並讓資助這項工作的公眾失望。」

上述質疑背後的核心問題依然是千年來存在的問題延續：還原論與整體論整合困難的問題，歷史上，神經科學家研究大腦之謎主要採用了兩條截然不同的思想線路：還原論和整體論。還原論又被稱為自下而上的研究方法。該方法試圖通過研究單個分子、細胞或迴路等神經系統的基礎元素的特性來理解神經系統。整體論又被稱為自上而下的研究策略。它主要是從研究功能入手來理解神經系統，該方法主要關心的方面是系統的活動如何調節或是反映在行為上。

從文藝復興到現在，人類對神智與腦關係的認識雖已取得多方面的重大進展，然而困惑依舊存在，主要集中於兩點，一是整體論如何與還原論相整合，二是主觀的神智現象如何用客觀方法來研究。

整體論與還原論的整合，怎樣在研究中使整體論與還原論平衡並相互補充，還遠未得到解決。雖然整體論方向，腦科學取得了諸如大腦皮層功能分區，系統性理解感知的形成機理等成果，但迄今為止腦科學研究中還原論思想過多佔據了主導位置，在一系列問題上突出地顯露出當前神經科學的局限性。

例如，存在複雜樹突的整合功能問題。迄今對中樞突觸的研究還局限於中樞模式興奮性突觸，而對於樹突樹的研究，特別是關於樹突棘如何激活、如何匯聚信號並整合成為神經元胞體的興奮，探討的路途尚很遙遠。另外又有神經迴路與腦功能的問題。神經傳導和突觸傳遞要能夠上升為腦區的活動，需有特定神經迴路的活動等問題。

除此之外幾千年以，人類研究大腦的功能結構的困難，還有一個重要原因是複雜精密的活體大腦很難通過直接解剖或磁共振掃描發現其結構與外在功能的一一對應。

3.2.歐美腦計劃忽視一個重要新因素-互聯網

每一次人類社會的重大技術變革都會導致新領域的科學革命，大航海時代使人類看到了生物的多樣性和孤立生態系統對生物的影響。無論是達爾文還是華萊士都是跟隨遠航的船隊才發現了生物的進化現象。

大工業革命使人類無論在力量的使用還是觀察能力都獲得的極大的提高。為此後100年開始的物理學大突破，奠定了技術基礎。這些突破包括牛頓的萬有引力，愛因斯坦的相對論，和眾多科學家創建的量子力學大廈，這些突破都與」力「和」觀測「有關。

互聯網革命對於人類的影響已經遠遠超過了大工業革命。與工業革命增強人類的力量和視野不同，互聯網極大的增強了人類的智慧，豐富了人類的知識。而智慧和知識恰恰與大腦的關係最為密切.

如果我們觀察近20年來互聯網出現的新應用和新功能，可以直觀的發現互聯網與大腦結構具有越來越多的相似性。這些現象包括：印表機，複印機的遠程操控，醫生通過遠程網路進行手術;中國水利部門在土壤，河流，空氣中安放感測器，及時將氣溫，濕度，風速等數據通過互聯網傳輸到信息處理中心，形成報告供防汛抗旱決策使用;Google推出了「街景「服務，在城市中安裝安裝多鏡頭攝像機，互聯網用戶可以實時觀看丹佛、拉斯維加斯、邁阿密、紐約和舊金山等城市的風貌等。

這些新互聯網現象分別具備了運動神經系統，軀體感覺神經系統，視覺神經系統的萌芽，基於以上互聯網新現象，從2008年9月開始，中國的一批科學家將這種現象進行總結，並在多個SCI期刊，ＥＩ期刊，國內核心期刊，國際學術會議上發表「互聯網進化規律的發現與分析」，「互聯網與神經學的交叉對比研究」等論文,與2012年出版《互聯網進化論》一書。

從2008年開始中國研究者第一次在世界上從學術角度提出了互聯網與腦科學交叉研究的思路和方法，提出：「互聯網將向著與人類大腦高度相似的方向進化，互聯網將具備自己的視覺、聽覺、觸覺、運動神經系統，也會擁有自己的記憶神經系統、中樞神經系統、自主神經系統。另一方面，人腦至少在數萬年以前就已經進化出所有的互聯網功能，不斷發展的互聯網將幫助神經學科學家揭開大腦的秘密。科學實驗將證明大腦中也經擁有Google一樣的搜索引擎，Facebook一樣的SNS系統，IPv4一樣的地址編碼系統，思科一樣的路由系統。。。」

直到2010年以後，美國和歐洲科學家逐漸也意識到互聯網與腦科學之間的關係，並通過論文，科普刊物發表類似觀點和研究，我們將在"互聯網大腦計劃系列四「中詳細介紹

互聯網與腦科學的結合研究，使得互聯網作為新科技技術為腦科學提供突破性支撐。在這種情況下我們並不需要通過組合億萬個硅基神經元模擬人腦，而且僅僅堆積晶元並不能自然得到人類大腦一樣的功能和智慧。從科技發展史看，一個原本異常複雜的難題，在經過科技發展的足夠程度後，也許會誕生出一個異常簡單的解。

通過觀察互聯網如何在科學研究和商業利益的推動下，如何從一個分裂的，不完整的網路結構進化成一個與人類大腦高度相似的組織結構。利用互聯網這面鏡子作為腦整體論研究的突破點。結合腦還原論的細節研究（如分子神經生物學、細胞神經生物學、系統神經生物學、行為神經生物學、發育神經生物學、比較神經生物學等）。

回到美國哥倫比亞大學神經學家拉斐爾·尤斯特的那個比喻，沒有參照物，我們無法用像素了解整個畫面，但如果互聯網與腦科學的交叉研究為我們從另外一個方向製作了一個高度類似模型（雖然它還在變動中），那我們就很容易知道這個像素在圖像中的位置和起到的作用。如下圖所示，A圖是人類大腦全景圖，B是由於客觀原因人類能觀察到的大腦功能結構，C是互聯網進化中的結構，那麼通過研究和觀察C，人類就可以從B推導出A的全貌。

四、互聯網+腦科學，21世紀帶給中國重大理論創新機遇

4.1 腦科學與社會關聯的歷史背景和前人研究

歷史上很多人獨立揭示了社會可以看作為帶有神經系統有機體的概念。例如認為國王是頭，農夫是腳的觀點，至少可以追溯到古希臘人。這個類推為19世紀社會學的創始人提供了靈感。赫伯特·斯賓塞（Herbert Spencer）提出《社會是一個有機體》；進化論神學家德日進（Pierre Teilhard De Chardin）關注社會是一個有機體的精神組織，稱之為「心智界（noosphere）」；科幻小說作家赫伯特·喬治·威爾斯（H. G. Wells）提出「世界腦」的概念[42]；1983年彼得·羅素（P.Russell）撰寫的《地球腦的覺醒——進化的下一次飛躍》從哲學的層面探討地球存在的本源和意義，他提出人類社會通過政治，文化，技術等各種聯繫使地球成為一個類人腦的組織結構，也就是地球腦。

總體上看這些思考和理論還局限在社會學、哲學的層面。由於受到當時互聯網技術發展水平的局限，人們還不能全面了解互聯網的結構和最新應用，無法從科學研究的視角，將互聯網與神經學做交叉對比研究。他們往往把人作為神經元本身進行探討，而沒有發現人腦功能通過映射，在互聯網中出現的類神經元現象，這個重要的區別導致上述這些思考一直無法將研究推進到科學實證研究的方向。

4.2.互聯網，大腦和宇宙關係在中國的研究進展

21世紀以來，越來越多的跡象表明，互聯網與腦科學有越來越強的關係，如果我們觀察近20年來互聯網出現的新應用和新功能，可以直觀的發現互聯網與大腦結構具有越來越多的相似性。這些現象包括：印表機，複印機的遠程操控，醫生通過遠程網路進行手術;中國水利部門在土壤，河流，空氣中安放感測器，及時將氣溫，濕度，風速等數據通過互聯網傳輸到信息處理中心，形成報告供防汛抗旱決策使用; Google推出了「街景「服務，在城市中安裝安裝多鏡頭攝像機，互聯網用戶可以實時觀看丹佛、拉斯維加斯、邁阿密、紐約和舊金山等城市的風貌等。這些新互聯網現象分別具備了運動神經系統，軀體感覺神經系統，視覺神經系統的萌芽。

從2007年開始，中國的一批研究人員在不同場合，不同方式，如博客，論文，會議發表看法提出互聯網與腦科學的關係問題。，

2008年9月《互聯網進化規律的發現與分析》發表在中國科技論文在線（2009年3月刊登在期刊「人類工效學」上）。第一次提出「互聯網向與人類大腦高度相似的方向進化」，並繪製出世界第一幅互聯網未來的發展結構圖-「互聯網虛擬大腦結構圖」。

這篇論文在投稿給Nature雜誌時，被拒稿的回信中提到「「人腦結構是無數的個體在自然選擇的情況下形成的，而互聯網的結構只有一個，如何反映互聯網和人腦存在一樣的進化原理是個問題」（the brain evolved over millions of years and the brain evolved under natural selection in which many millions of individual designs were tried and abandoned. The internet is a single entity and is designed by humans.）

2009年8月19日，中國研究者在中國科技論文在線發表論文《互聯網虛擬大腦的結構與功能》（2010年9月刊登在《複雜系統與複雜性科學》）正式提出除了互聯網向人腦進化的路線圖，也正式提出人腦中已包含互聯網特徵的功能和應用的觀點，並給出11個對照研究點。

2012年1月，中國研究者在夏威夷WDSI 管理與運籌學會議上發表論文(從生命起源到智慧宇宙)」」The Evolution Road Map from the Origin of Life to the Intelligent Universe「 ，第一次在世界上詳細闡述了互聯網，大腦和宇宙之間的進化關係。

這篇論文發表10個月後，美國科學家在nature的「科學報告」 發表論文「Network Cosmology」提出「對於不同的網路，如互聯網、大腦神經元或整個宇宙等來說，其自然生長的規律是相似的」

2012年8月，《互聯網進化論》由清華大學出版社出版，詳細總結了過去5年在中國產生的關於互聯網，腦科學，宇宙之間關係的研究成果。

4.3.歐美西方國家關於互聯網，大腦和宇宙關係研究進展

2009年9月16日美國鄧白氏集團的董事長兼CEO傑夫-斯蒂貝爾(Jeff Stibel) 出版《Wired for Thought》一書提出互聯網與腦科學的關係，到2014年11月，傑夫-斯蒂貝爾(Jeff Stibel) 出版《斷點：互聯網進化啟示錄》進一步提出互聯網向大腦進化的觀點，總體看傑夫-斯蒂貝爾(Jeff Stibel) 還停留在觀點闡述的階段，沒有形成互聯網進化成類腦結構的結構圖，也沒有意識到大腦中蘊含類互聯網架構的問題。

2010年8月美國南加州大學神經系統科學家拉里·斯旺森和理查德·湯普森在《國家科學院院刊》（PNAS）發表論文用互聯網路由機制解釋老鼠大腦的信號如何繞過破壞區域到達目標區域。這一研究作為一個實驗，證明人腦中的確存在類互聯網應用。

2012年11月16日，加州大學聖迭戈分校DmitriKrioukov在2012年11月的《ScientificReport》發表論文提出利用計算機模擬並結合多種其他計算，提出許多複雜網路如互聯網、社交網、腦神經網路等有高度的相似性。

4.4 21世紀留給中國關於互聯網和腦科學的理論創新機會

總體看，關於互聯網，腦科學和宇宙之間關係的研究，中國總體上領先美國和歐洲1到3年左右。目前在歐美國家，還沒有對互聯網，腦科學，人工智慧展開深入的交叉研究，從歐美大腦計劃看，總體還是沿著傳統的腦科學路徑進行研究，這中間出現的問題，我們在互聯網大腦計劃系列文章三中進行了詳細介紹。

新世紀種種跡象表明，互聯網，腦科學，人工智慧之間的關係蘊含了創建新的理論機會，通過這個新理論，我們有可能實現對互聯網，人工智慧未來發展規律的構建，實現對腦科學整體論架構的新發現，為還原論找到重大突破的契機（報告人：劉鋒 Email:zkyliufeng@126.com）

五、互聯網神經學，建立互聯網時代大腦計劃的理論基礎

5.1.互聯網時代大腦計劃的中國機遇

十八大以來，國家主席習近平提出 「中國夢「，確定中國人民到新中國成立100年時建成富強民主文明和諧的社會主義現代化國家的目標，從而實現實現中華民族偉大復興，另一方面通過「人類命運共同體」的闡述，第一次向世界傳遞對人類文明走向的中國判斷。

習近平總書記在不同時間、不同場合強調： 「綜合國力競爭說到底是創新的競爭。」「創新是引領發展的第一動力。抓創新就是抓發展，謀創新就是謀未來。」 「創新始終是推動一個國家、一個民族向前發展的重要力量，實施創新驅動發展戰略，就是要推動以科技創新為核心的全面創新。」

互聯網與腦科學的交叉對比、互聯網大腦架構體系建立、互聯網神經學的提出，是在過去10年里在中國形成的創新成果。互聯網與腦科學的結合作為２１世紀科技發展的新方向和新領域。留給中國難得的重大前沿理論創新機遇，這需要中國各領域科學家，特別包括互聯網，神經學，人工智慧，進化論，科技哲學等領域的科學家抓住機遇，勇於探索，搶佔這個新時代條件下的基礎科學理論制高點。

　　2015年兩會期間，李克強在政府工作報告中提出 制定「互聯網+」行動計劃，推動移動互聯網、雲計算、大數據、物聯網等與現代製造業結合，促進電子商務、工業互聯網和互聯網金融健康發展，從而搶佔新興產業和新興業態的競爭高地。在李克強總理的號召下，在中國，互聯網已經與越來越多的行業，產業結合，釋放出巨大的能量。包括金融，農業，製造業，交通，服務業等等。

互聯網+腦科學，同樣蘊含了巨大的創新能量和拓展空間，有可能使中國在２１世紀的前沿科學領域佔領制高點。並深刻影響到包括網路理論、科學技術哲學、神經心理學，認知科學，乃至中國傳統文化和思辨方式在新科技條件下的價值體現，國家軍事政治在互聯網條件下的發展策略和理論架構等。

前文中提到，從技術進步導致科學突破的角度看，互聯網帶來的科學突破即將發生在腦科學領域，也就是破解大腦奧秘的鑰匙就在互聯網身上而不是其他，但從各國目前腦計劃的制定看，互聯網這個因素並沒有得到足夠的重視。沒有互聯網作為參照物，宏大的腦計劃必將成為無源之水，無根之木，目前歐美腦計划出現的問題已經反映出這種傾向。

「這是因為缺少一個腦科學的統一框架。」美國哥倫比亞大學神經學家拉斐爾·尤斯特說，科學家現在只能研究其中的個體或小部分，就像是「通過一個像素來理解電視節目一樣」。這些連接之間的每一層次都有各自的運作法則。但是，「這些運作法則，我們目前幾乎一無所知」。

基於此，我們建議在相關部門的支持下，採取科研自組織和國家隊相結合的方式，聚集來自神經科學，計算機，人工智慧，科技哲學，網路經濟，國家戰略等方向的（青年）科學家組成攻堅力量，啟動互聯網大腦計劃，搶佔新時代條件下的互聯網，腦科學方向基礎科學理論和科技成果研究制高點。互聯網大腦計劃的特點可以歸納為：「三個支點，兩個目標，一個基礎「。

三個支點：

以互聯網，人工智慧，腦科學三個領域作為支點進行跨學科交叉研究，從而形成21世紀中國原創的重要科學成果；

兩個目標：

1）通過腦科學預測互聯網和人工智慧未來發展趨勢；

2）利用互聯網作為研究大腦的參照系，建立以互聯網架構為參考的人腦模型，從而為揭開神經學科學難題建立一條新的科學路徑；

一個基礎：

以形成中國原創的互聯網神經學學科作為未來腦計劃的基礎。

5.2.互聯網神經學的提出和研究方向

從過去10年科學研究進展看，互聯網與腦科學這兩個原本距離遙遠的領域，關係遠比想像的要深入和密切，我們認為互聯網大腦計劃的核心以互聯網，人工智慧，腦科學為基礎，建立在中國原創的互聯網神經學學科，目標是通過腦科學預測互聯網和人工智慧未來發展趨勢，建立以互聯網架構為參考的模仿大腦模型，從而為揭開大腦之謎建立一條新的科學路徑。並以此為基礎，從而找到撬動中國腦計劃向縱深發展並引領世界科技發展的關鍵因素。

可以這樣描述互聯網神經學（Internetneurology）：基於神經學的研究成果，將互聯網硬體結構，軟體系統，數據與信息，商業應用有機的整合起來，從而構建互聯網完整架構體系，並預測互聯網沿著神經學路徑可能產生的新功能和新架構；根據互聯網不斷產生和穩定下來的功能結構，提出研究設想，分析人類大腦產生意識，思想，智能，認知的生物學基礎；研究互聯網和人類大腦結構如何相互影響，相互塑造，相互結合，相互促進的雙巨系統交叉關係。

如果以腦科學和互聯網為橫坐標軸兩端，生理學和心理學作為縱坐標的上下兩段，互聯網神經學將由四部分組成：互聯網神經生理學，互聯網神經心理學，腦互聯網生理學，腦互聯網心理學，它們之間的交叉部分將形成第五個組成部分-互聯網認知科學，他們的關係如圖2所示,更為詳細的介紹如下：

（1）互聯網神經生理學（Internetneurophysiology）重點研究基於神經學的互聯網基礎功能和架構，包括但不限於互聯網中樞神經系統，互聯網感覺神經系統，互聯網運動神經系統，互聯網自主神經系統，互聯網神經反射弧，基於深度學習等演算法，運用互聯網大數據進行圖像，聲音，視頻識別等互聯網人工智慧處理機制。

（2）互聯網神經心理學（Internet neuropsychology.）重點研究互聯網在向成熟腦結構進化的過程中，產生的類似神經心理學的互聯網現象。包括但不僅限於互聯網群體智慧的產生問題，互聯網的情緒問題，互聯網夢境的產生和特點，互聯網的智商問題等。

（3）腦互聯網生理學（BrainInternetphysiology）重點研究大腦中存在的類似於互聯網功能結構的地方，使得不斷發展的互聯網成為破解大腦生物學原理的參照系，包括但不僅限於大腦中的類搜索引擎機制，大腦中類互聯網路由機制，大腦中的類IPv4/IPv6機制，大腦神經元類社交網路的交互機制，人類使用互聯網對大腦生理學結構的重塑影響等。

（4）腦互聯網心理學(BrainInternetpsychology)重點研究互聯網對人類大腦在心理學層面的影響和重塑，包括但不僅限於互聯網對使用者產生的網癮問題，互聯網對使用者智商影響問題，互聯網對使用者情緒和社交關係的影響問題等

（5）互聯網認知科學（TheInternetincognitivescience）可看做互聯網神經生理學，互聯網神經心理學，大腦互聯網生理學，大腦互聯網心理學的組合交叉，重點研究互聯網和大腦兩個巨系統相互影響，相互塑造，相互結合，互助進化，從而產生智慧，認知，情緒的深層次原理。

六、12個互聯網大腦計劃重點探索方向

以下列出的是實施互聯網大腦計劃建議的研究方向，相信隨著互聯網、人工智慧、腦科學的進一步交叉研究，更多研究方向和科研問題將會有不同領域的科學家提出。

1. 探討通過對互聯網基礎結構和應用的研究，提煉出特徵，為大腦深入研究，解決神經科學諸多難題提供突破點.

互聯網神經學為代表的整體論理論與還原論方向的分子神經生物學、細胞神經生物學、系統神經生物學、行為神經生物學、發育神經生物學、比較神經生物學進行結合，從兩個方向同時對大腦進行科學攻關，解決困然科學界的只見樹葉，不見森林的腦研究困境。

2008年開始，中國相關研究者提出根據互聯網特徵提出的大腦中至少存在13個典型的應類互聯網應用，如SNS,搜索引擎，路由，IP等，這其中關於大腦中類社交網路屬性，類路由屬性，類搜索引擎特徵已經由不同科學家發表論文進行了研究。

2009年科學院彭庚，劉鋒，劉穎等研究人員在科學院大學進行了人腦存在類搜索引擎功能的實驗，實驗結果發表在2010年5月科學院星火欄目和2012年《互聯網進化論》一書中

2010年8月美國南加州大學神經系統科學家拉里·斯旺森和理查德·湯普森在《國家科學院院刊》（PNAS）發表論文用互聯網路由機制解釋老鼠大腦的信號如何繞過破壞區域到達目標區域；

2015年2月英國倫敦大學學院和瑞士巴塞爾大學研究人員在自然發表論文公布他們的研究結果：腦中的神經元放電就像一個社交網路，每個神經元都與其他許多神經元建立連接，但最強的連接只存在於少數最相似的神經元之間。

互聯網大腦計劃還需要不斷跟蹤互聯網最新進展，提煉其中帶有基礎性的特徵屬性，作為研究腦科學的新參考依據。從而不斷對腦科學、神經科學的前沿進展。

2. 探討在超級計算機上實現吸取互聯網特徵和特性的模擬人腦模型-「類互聯網腦模型」。

隨著技術的發展，大腦先後被形容為電報通信網和電話交換系統。現在則是輪到用計算機來形容大腦。雖然「計算機般的大腦」還只是個比喻，但是有一群科學家試圖將這個比喻顛倒過來。他們希望與其將大腦看作計算機，還不如讓計算機表現得更像大腦。他們相信，人們最終不僅能對大腦的工作機制有更深的了解，還能構造出更好的計算機。這部分科學家被稱為神經擬態學科學家。

目前包括藍腦計劃，歐洲大腦計劃 (HBP)，試圖用計算機晶元構建一個大腦的擬象。當前神經系統科學家對大腦的認知空缺主要在大，中等尺度腦解剖。單個神經細胞（即神經元）的工作模式大體上已被掌握，大腦中每個可見的腦葉和神經節的作用也已探明，但是腦葉和神經節中的神經元如何組織依舊是個謎。然而正是神經元的組織方式決定了大腦的思考方式——同時也很可能是意識的存在方式。由於之前沒人知道大腦實際上到底是如何工作，這些科學家只能自己來解決這個問題，用堆砌的神經元晶元通過組合試圖填補神經系統科學家對這一器官認知的空白。正是這個原因導致無論是藍腦計劃還是HBP受到眾多科學家越來越多的質疑。

互聯網的誕生使得構建「模擬大腦「有了大中尺度的類腦構造參考模型。互聯網大腦計劃可以探討如何將互聯網中的社交網路，搜索引擎，地址編碼系統等特徵與傳統神經擬態學已有的工作進行結合，將可以使得建立真正的「類互聯網腦模型」成為可能。

3.探討通過對互聯網大數據，人工智慧，虛擬現實，社交網路的研究，為揭開人類意識，夢境，情緒的產生和表現形式提供重要突破依據。

例如目前從互聯網所包含的應用看，能夠產生類似人類情緒的部分主要發生在社交網路中，社交網路不但連接了互聯網用戶。更連接了這些用戶在文字，圖片和視頻中表達的情緒，當這種情緒通過關係鏈產生傳播和共振時，互聯網大腦的情緒就具備了研究基礎。大部分時間裡，社交網路中發生著千萬種的情緒釋放，雖然可能局部有激烈的情緒節點爆發，但如果此時沒有哪一個情緒能佔到主導位置，那麼從大尺度看，整個互聯網大腦可以認為是處於平靜情緒狀態。但發生重要事件引發社交網路某種情緒集中爆發時，互聯網大腦就會表現出顯著的情緒，例如喬布斯去世的趨勢引發的悲痛情緒，中國奧運會獲得第一名引發的高興情緒，關於霧霾報道引發的擔心情緒。雖然這些是互聯網大腦的心理學表現，但能否對人類大腦的情緒和意識的產生和波動提供研究靈感。

第二個方面：互聯網的感知信息有三個來源，第一是人們通過社交網路發布的即時信息，第二是在各專業網站，維基百科由專業人士輸入的專業類信息。第三個來自物聯網，工業互聯網傳來的物理世界物的信息，也就是互聯網感覺神經系統輸入的信息。這三方信息被搜索引擎為代表的互聯網人工智慧系統進行二次加工，從而形成未來互聯網大腦感知、記憶，學習的基礎。這一互聯網現象能否為揭開人類大腦的感知，記憶和學習提供幫助。

第三個方面，隨著互聯網的不斷發展，虛擬現實技術開始進入到一個全新的時期，與傳統虛擬現實不同，這一全新時期不再是虛擬圖像與現實場景的疊加（AR），也不是看到眼前巨幕展現出來的三維立體畫面（VR)。它開始與大數據、人工智慧結合得更加緊密，以龐大的數據量為基礎，讓人工智慧服務於虛擬現實技術，使人們在其中獲得真實感和交互感，讓人類大腦產生錯覺，將視覺、聽覺、嗅覺、運動等神經感覺與互聯網夢境系統相互作用，在清醒的狀態下產生夢境感（Real dream)，互聯網虛擬現實的發展能否為研究人類大腦中產生夢境的機制的表現形式提供重要線索。

4. 探討基於神經學的研究成果，將互聯網硬體結構，軟體系統，數據與信息，商業應用有機的整合起來，在已有的研究成果基礎上構建更為完善互聯網大腦的架構體系。

這一架構體系能不能在馮諾依曼架構外產生新的網路架構體系。同時不斷沿著神經學路徑預測互聯網可能產生的新功能和新架構和新商業模式，並在實踐中不斷檢驗這些預測的正確性和可靠性；

5.探討將互聯網大腦架構體系與人工智慧進行結合的問題

通過對互聯網中樞神經系統，互聯網感覺神經系統，互聯網運動神經系統，互聯網自主神經系統，互聯網神經反射弧的機制研究，系統和全面研究互聯網智能發展機制和水平。除了深度學習等演算法外，尋找更多類大腦運行機制，將其轉變成互聯網人工智慧領域的應用，從而從宏觀上不斷提高互聯網的智能水平。

6. 探討通過互聯網大腦架構體系，為建立新的世界互聯網治理架構提供理論支持。

在全球國家尚未實現完全統一的當下，還存在不同文化，制度，民族，宗教特徵的不同國家體制，如何區分出互聯網的「中樞神經系統「，設定國際監管規則，共同對中樞神經系統進行監管。在保證互聯網信息流動和共享的同時，維護不同國家的信息主權。

7. 探討利用互聯網大腦架構體系，對互聯網條件下的國防建設進行理論研究。

幫助軍事部門按照互聯網大腦架構體系，形成用于軍事指揮系統的軍用中樞神經系統，感覺神經系統，運動神經系統，按照神經反射弧對軍事反應進行規劃。通過這些工作使得我國國防能夠在未來高科技對抗中獲得前沿理論支持。總體看西方軍事部門還沒有對互聯網大腦結構與軍事在網路環境下如何結合做更深入的研究。因此加快互聯網大腦計劃在這方面的研究對中國軍事會起到重要作用。

8. 探討通過互聯網，人工智慧、腦科學交叉研究，對政府管理互聯網提供理論決策依據。

一方面在互聯網的哪些關鍵節點通過神經學架構進行分析和判斷，從而加強監管力度。另一方面根據互聯網會形成中樞神經的趨勢，不斷壟斷化的互聯網巨頭如何應對和監管，也可以作為互聯網大腦計劃的一個子課題。

9.探討通過互聯網大腦的智商研究，形成互聯網人工智慧系統發展水平的世界指標評測體系。

本世紀以來，隨著互聯網大數據的興起，信息的爆炸式增長，深度學習等機器學習演算法在互聯網領域的廣泛應用，基於互聯網的人工智慧正在成為互聯網新的熱點。隨著谷歌，百度，微軟，Facebook，蘋果，IBM在人工智慧領域的加大投入，眾多人工智慧科技企業不斷興起，在這種情況，根據2014年提出互聯網智商，標準智能模型基礎上，建立世界範圍的互聯網人工智慧系統發展水平的世界指標評測體系，互聯網條件下的人工智慧未來發展提供可選擇的方向。

10.探討互聯網、人工智慧、腦科學交叉研究中，互聯網的進化問題與達爾文進化論的關係問題。

以自然選擇為核心的達爾文進化論是人類科學史最重要的理論之一。達爾文進化論認為生物進化並不是從低級到高級的進化，人類並不比其他生物高級，達爾文把生物進化過程設想成一棵不斷地生長、分支的大樹，現存的所有生物都位於這棵樹的某個小分支的頂端，很難說哪一種更高級，在同時存在的生物種類之間作高低級的比較是沒有意義的。進化沒有預定的方向，進化樹不存在一個以人類為頂端的主幹，人類只是進化樹上一個普普通通的分支。

從互聯網的發展看，人類通過互聯網的發展使得自身的進化也得到加速。向著更大的知識庫（互聯網知識庫），更強的智慧能力（互聯網群體智慧+不斷提高的互聯網人工智慧水平），更廣闊的發展空間（通過與互聯網連接的飛行器，感測器，向海洋，太空深處），人類已經遠遠超過了其他物種的高度和水平，特別互聯網虛擬大腦的形成。這些現象表明在不違反達爾文進化論在起點和過程的原理基礎上，對於生命進化有無方向的問題，通過互聯網與腦科學交叉研究可以提出新的設想，對達爾文進化論在生物進化未來的判斷上進行修正，至於這一修改是否成立，需要通過科學的方式進行研究，發表和討論。

11.探討互聯網向類腦結構進化，以及大腦中進化出類互聯網結構過程中「看不見的手」的問題。「看不見的手」是英國經濟學家亞當·斯密（1723-1790）1776年在《國富論》中提出的命題。最初的意思是，個人在經濟生活中只考慮自己利益，受「看不見的手」驅使，即通過分工和市場的作用，可以達到國家富裕的目的。後來，「看不見的手」便成為表示資本主義完全競爭模式的形象用語。這種模式的主要特徵是私有制，人人為自己，都有獲得市場信息的自由，自由競爭，無需政府干預經濟活動。

40多年來人類從不同的方向在互聯網領域進行創新，並沒有統一的規劃將互聯網建造成什麼結構，在四十年後，越來越多的研究者發現互聯網正在向與人類大腦高度相似的方向進化。同時神經學科學家也正在發現在人類大腦中，至少在數萬年前已經進化出具有現代互聯網特徵的腦結構和腦功能。

「看不見的手」像幽靈一樣盤踞在人類社會的發展過程中，時隱時現，如果說社會學、經濟學還只是模糊的看到這隻手的影子，那麼互聯網與腦科學的研究有可能第一次把「這隻看不見的手」逼到科學的解剖刀下。如何解剖它，需要互聯網大腦計劃參與者更多的思考和實踐，相信這個秘密的解開將會給人類帶來重大而深遠的影響。

12. 探討互聯網、人工智慧、腦科學的交叉研究與「中國夢」，「人類命運共同體」等理論的關係問題

2013年3月，中國國家主席習近平在莫斯科國際關係學院演講，第一次向世界傳遞對人類文明走向的中國判斷。兩年多來，習近平多次談到「命運共同體」。這一超越民族國家和意識形態的「全球觀」，表達了中國追求和平發展的願望，習近平在中共十八大報告強調，「這個世界，各國相互聯繫、相互依存的程度空前加深，人類生活在同一個地球村裡，生活在歷史和現實交匯的同一個時空里，越來越成為你中有我、我中有你的命運共同體。」

互聯網向與大腦架構高度相似的方向進化，並形成互聯網大腦架構的判斷從某種意義上講，正是「人類命運共同體」的一種表現，人類通過互聯網大腦這個新世紀新型工具實現信息，知識，智慧的無邊界流動，不同種族，國家，文化的人民通過互聯網進行思想的碰撞，融合。人類共同接受互聯網大腦中提供的智能服務，通過不斷發育和成熟的互聯網大腦共同感知世界，改造世界，共同解決來自自然，社會，虛擬空間的問題和挑戰。這些現象與習近平主席所提出的「人類命運共同體」有著深入和廣泛的關聯，互聯網大腦計劃可以開展專項探討，探究互聯網與腦科學交叉與「人類命運共同體」的關係問題。為「人類命運共同體」提供更為豐富的科學理論支持和技術實現路徑。

報告人：劉鋒 Email:zkyliufeng@126.com