上傳大腦能否變成現實？且聽神經科學家的詳解

06-22

本文作者KENNETH D. MILLER是Kavli腦科學研究所的神經科學家。這篇文章中，他從神經科學家的角度探討了上傳大腦的困難，以及他對死亡的看法。

在生物進化的路途中，某些原始人可能是第一個認識到自己有一天終將死去的動物。而人類終其一生都在應對終將一死的現實。許多人向宗教尋求來生的慰藉，而有些人則希望能夠逃離死亡，從龐塞德利昂對青春之泉的探尋，到現在時髦的人體冷凍技術。然而，這些不可避免被證明是不現實的。

最近，出現了一種吸引人的想法——把你死去的大腦冷凍保存起來，以便讓未來的文明把它再次復活。如果未來的科學家也不能讓你起死回生，那麼就寄希望於他們能夠分析出大腦的結構，並重建一個功能性的心智，放在經過改造的活體組織中或機器人身體內。這裡的功能性是指能夠思考、感受、交流、看見、聽見、學習、記憶、行為等。你的意識會蘇醒，就像是睡了一覺醒來一樣。你仍然帶著自己的記憶、感覺和思維模式，然後繼續存活在這世上。

我是一個理論神經科學家。我研究大腦神經迴路的模型。如果我們想按照大腦的細節結構來重建功能性大腦，那麼就不能缺少我所研究的這些模型。從理論上說，我認為我剛才描述的那些事情在遙遠的將來是可能變為現實的（儘管這方面還有著很大的哲學爭論）。但是要想實現這些，未來的科學家需要了解大腦結構複雜性的方方面面，這些細節遠超過如今的死亡大腦保存技術能保存的內容。

為了重建一個功能性的大腦，我們需要知道什麼呢？我們先來了解一些定義。在大腦里通過電流來傳遞信息的細胞叫神經元。它們的電信號構建了你的視覺、聽覺、思考、行動等等。每個神經元會伸出帶分支的軸突去跟其它神經元交流。神經元連接處叫做突觸。我們通常認為記憶大都被存儲在神經元之間的突觸連接模式中。反過來，記憶也會影響神經元之間的電行為。

現在重建功能性大腦的大部分希望都寄托在神經連接組學上——致力於為哺乳動物大腦中神經突觸的連接情況構建一個完整的線路圖。不幸的是，連接組學雖然是基礎研究的一個重要部分，但是想憑它來重建大腦還遠遠不夠，原因有二。

第一，我們還遠達不到構建連接體的程度。在目前最好的成果中，我們也才弄清楚了大腦組織里的一小片——1700個突觸——的連接情況，而人類大腦有超過萬億倍的突觸。雖然進展很迅速，但是沒人能夠實際估算需要多久才能弄清大腦規模的連接體。（我大膽猜想：若干世紀吧。）

第二，就算連接體的結構弄清楚了，那也僅僅是萬里長征的第一步。我們要重構大腦，除了要弄清楚大腦結構，同時還要弄清楚大腦里的電行為。如果神經元A有個突觸連接神經元B，我們要知道這個突觸的權重才能知道神經元B會在多大程度上被神經元A影響。連接體可能會給每個突觸連接一個平均權重，但實際的權重是隨時間而變化的。在短時間內（從千分之一秒到數十秒之間），這個權重受神經元A發送的信號影響，變化十分劇烈。在更長的時間尺度下（從分鐘到年），所有權重和短期變化模式會發生更永久的改變，作為學習的一部分。每個突觸變化的細節都不一樣。僅通過一個固定權重的模型就想描述這個複雜的信息傳遞過程，就像是用每兩個機場之間平均航班數去刻畫空中交通一樣，不太實際。

這複雜行為的背後，是複雜的結構：每個突觸都是超級複雜的分子機器，是生物界中眾所周知最複雜的一個，每個突觸由超過1000種不同的蛋白構成，不同種蛋白的數量也不同。為什麼突觸需要這如此複雜？我們也許不知道突觸所做的所有事，但是，除了動態地改變它們信號的權重之外，突觸也許還需要控制它們自身的變化性——關於我們在不會覆蓋過去記憶的情況下如何存儲新記憶的研究方面，當下最好的模型表明，每個突觸需要持續整合它過去的經驗（神經元A和神經元B之間的活動範式）來決定在面對新的經歷時，它應該在多大程度上保持不變或隨之改變。這個理論表明，如果突觸之間沒有可塑性，我們的記憶可能會快速消失，或者很難存儲新記憶。如果我們沒法描繪突觸對新輸入會發生什麼實時變化，我們就沒法重建那個動態的、學習的、並不斷變化的、被稱之為心智的實體。

這還不夠。神經元自身是複雜多變的。軸突在傳遞的速度和可靠性方面，各有各的不同。每個神經元伸出樹形的分支去連接其他神經元，像樹的枝幹伸向陽光一樣。這些分支叫樹突，它們對突觸輸入信號的敏感度不一樣。它們的分子成分以及樹突的形狀決定了它們會怎樣處理從突觸傳來的電信號。

在活的大腦中，這些部分都不是固定不變的。這些大腦的組成成分，包括神經元、軸突、樹突和突觸等等，每時每刻都在不斷適應著它們的電流和化學「經歷」，作為學習的一部分，以能夠對不同輸入做出不同反應。這樣能夠讓大腦保持穩定，防止癲癇。這些適應性依賴於每個神經元里動態的分子機器。這些組成成分的狀態不斷被腦幹神經元發送的化學物質調節。這些化學物質決定了我們什麼時候醒來，什麼時候專註，什麼時候睡著。它們也會被身體內荷爾蒙調節。而荷爾蒙能有助於提升我們的動機。而每個成分在面對這些影響時的敏感性又不同。

要想重構一個大腦，我們或許不需要複製每個分子細節。一旦有足夠多的結構信息，剩下的就會自我校正。但是一個更深層次的細節我們必須要考慮，那就是我們不僅要描繪大腦的連接體，還要理解神經元、樹突、軸突和突觸是怎樣動態運行、改變以及自適應的。

我並不覺得一個複雜得要命的大腦模型才有用。恰恰相反，我們用來理解大腦功能的理論研究工具中，最有用的工具通常都相當簡單——舉例說，我們會用一個全局的權重來描繪突觸而忽略樹突的結構。我就是靠研究這種模型為生的。這些簡單的模型是依靠實驗結果發展起來的。它們能揭示大腦迴路運作的基本規則。給模型增加複雜度並不見得能夠幫助我們更好地理解大腦迴路，因為我們並不知道這些複雜性背後的細節，因此這種複雜性有可能會反過來模糊我們想要理解的聯繫。但是，在我們能刻畫整個大腦的動態運行之前，我們還需要更多的信息。要理解一個人獨特的心智是由什麼結構形成的，這依舊是一個相當複雜的任務。

神經科學在快速發展，但是離真正了解大腦是怎麼工作的還有非常遠的路要走。離我們要想能充分保留大腦每個細節，也肯定還有很長一段時間。也許在更遠的將來，也許幾千年，甚至數百萬年以後，某個文明將能擁有技術實力去上傳、重構一個大腦。

當然，我對死亡也有恐懼。但是我也知道，在我出生之前，宇宙就已存在了138億年，這段時間裡，我並不存在，而且我希望在我死後也是這樣。宇宙的存在與否，與我或其他個體的存在都無關；我們生生死死，來來去去，只是一個更宏大的過程的一小部分。我越來越滿意自己的這個覺悟。對死亡所帶來的問題，我們都能找到自己的解決辦法。但在可預見的未來，讓你的大腦起死回生，並不是答案之一。