上傳你的大腦：會有那麼一天嗎？

07-22

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選文|孫強

翻譯整理|孫強佳靈

作者|Kenneth D. Miller

沿著進化之路，一些原始人類也許是最早具有認知能力的動物，他們能理解死亡總有一天會到來。作為人類我們能認識並且要面對這一點（死亡總會到來）。很多人從宗教那兒得到慰藉，因為宗教承諾離開這個世界生命還會在另外的世界存在，但是另外一些人則孜孜以求，希望在這個世界上能逃離死亡。這些希望，從龐塞·德萊昂（Ponce de León）尋找青春之泉（Ponce de León是西班牙探險家，為了尋找青春之泉，又名不老泉，結果到達了今天的佛羅里達——譯者注）到現在流行的低溫保存法，都不可避免地被證明是假的。

近來，有個說法很有吸引力，就是相信你死亡的大腦也許能通過冷凍被充分保存，這樣，某個未來的文明能讓你的思想起死回生。假設未來的科學家並不會扭轉死亡，那麼希望就是他們能分析你的大腦結構，利用分析結果來重建一個能正常運轉的大腦，不管是在設計出來的活組織里還是在一個有機器人身體的計算機里。我所說的正常運轉，意思是能思考、有感覺、能看、能聽、能學、能記和能行動。你的思想將蘇醒，就像是睡了一晚以後醒來，帶著你自己的記憶、感覺和思維方式，繼續生活在這世界上。

我是理論神經學家。我研究大腦迴路的模型，就是運用有關大腦結構的詳細知識嘗試重建或模擬能正常運作的大腦。我基本上沒有什麼理由來懷疑那些我已經描述過的東西在遙遠的將來的某一天能夠實現（儘管這是非常活躍的哲學辯論領域）。但是要做到這一點，那些未來科學家們將需要知道有關大腦結構驚人複雜的細節，那些細節可能遠遠超越了現今人類已知的將信息保存在死亡的大腦中任何方法。

我們需要知道多少知識才能重建一個正常運作的大腦？回答這個問題前，讓我們先來定義一些術語。神經元是大腦中的通過生物電攜帶信息的細胞 -- 它們的電流活動在某種程度上相當於你看、聽、思考、行動和所有的其他感覺。每個神經元伸出一個高度分化細長的支線，叫軸突（axon），來連接其他神經元並進行「電交談」。神經元之間的專門的連接點稱為突觸（synapses）。我們的記憶通常被認為是存儲在神經元之間的特定的突觸連接的模式，這些特定模式又會形成特定的神經元的電活動。

重建一個正常運作的大腦的大部分希望來自於連接組學（connectomics）：該學科試圖構建哺乳動物大腦神經元之間的所有突觸連接的完整接線圖，或「連接組」。不幸的是，連接組學雖然是基礎研究的重要組成部分，但離重建大腦還相差甚遠，在兩方面的原因：首先，我們還遠遠沒有構建一個完整的連接組。目前的最好成績是確定一小片包含了1700個突觸的腦組織的所有連接;人的大腦有超過一千億倍該數量的突觸。雖然進展迅速，但沒有人能正確估算還需要多長時間才能建立整個大腦的連接組。（我大膽猜測：幾個世紀。）

第二，即使這個目標得以實現，這也只是邁出了獲取足夠大腦知識以「捕獲」大腦的第一步，因為「捕獲」大腦還意味著理解大腦的電活動的每一個細節。如果神經元A通過突觸連接到神經元B，我們需要知道神經元B中的電信號強度，是如何通過神經元A的電活動來應對調節的。連接組可能會為每個連接給出一個平均強度，但實際電強度會隨時間變化。在短時間內（從千分之一秒量級到十分之一秒量級），強度會根據神經元A每次發送的信號，發生劇烈變化。在較長的時間內（幾分鐘到幾年），作為學習的一部分，短期變化的電信號的整體強度和模式都會更永久地改變。這些變化的細節隨著突觸的不同而發生改變。通過單個固定強度來描述這種複雜的信息傳輸，打個比喻，就像是在每對機場之間的使用同樣數量的航班數來描述空中交通一樣不靠譜。

隱藏在複雜行為背後的是複雜的結構：每個突觸都是一個非常複雜的分子機器，是生物學已知最最複雜的，由超過1000種不同的蛋白質組成，並且每個蛋白質擁有多個拷貝。為什麼一個突觸需要這麼複雜？我們還不知道突觸所做的所有事情，但除了動態變化的信號強度，突觸可能還需要控制他們是如何變化的：我們目前已知的最好的關於我們「如何儲存新的記憶，而不會覆蓋舊的記憶」的理論認為，每個突觸需要不斷地重新整合過去的經驗（神經元A和神經元B之間的活動模式），以確定它應該如何響應下一個全新的體驗：是固定不變，還是做出變化。如果丟失了這一「突觸到突觸」的可塑性，目前的理論認為，或者我們已有的記憶會很快消失，或者我們將很難形成新的記憶。如果不能了解每個突觸如何應對實時的新輸入，以及如何修改其本身來做出響應，我們就不能重建構成我們心靈的動態、學習、以及不斷改變的實體。

但是，這還不是全部。神經元本身是複雜而可變的。軸突傳輸的速度和可靠性都會改變。每個神經細胞會形成樹狀分支結構，伸向其它神經元並接受其它神經元的突觸輸入，就像是一棵樹伸展樹枝接受陽光一樣。樹枝狀結構，稱為樹突，對不同的突觸輸入信號會有不同的靈敏度，它的分子組成及樹突的形狀決定了它將如何接收其它突觸的電輸入，並做出怎樣的響應。

活體大腦的任何組成部分都不是固定實體。大腦的組件，包括神經元、軸突、樹突和突觸（多），不斷地在適應其電活動和化學「經驗」，作為學習的一部分，以保持對不同的輸入給出不同反應的能力，並保持大腦相對穩定，防止大腦休克的發作。這些調整取決於各神經結構的動態分子機器。所有這些組件的狀態不斷被腦幹神經元發出的化學調製信號調整著，這些信號決定了我們何時醒著，何時應該睡覺，而從體內產生的荷爾蒙，則有助於推動我們的動機。每個元素對這些外在影響具有不同的易感性。

要重建心靈，也許我們並不需要複製每一個分子細節; 給予足夠的結構，其餘部分可能會自我糾正。但深水平的細節還是需要的，不僅需要了解連接組，還要理解神經元、樹突、軸突和突觸如何動態地操作、改變、自適應。

我並不認為只有哪些複雜的令人絕望的大腦模型是有用的。事實恰恰相反。我們最有力的用於理解腦功能理論研究工具往往是大大簡化的大腦一小部分的模型 - 例如，研究單一強度的突觸而忽略樹枝狀結構。我所研究的就是這種模型。這些簡單的模型，與實驗結果結合起來互動發展，可以揭示大腦迴路運行的基本機制。增加模型的複雜性，並不一定給我們研究大腦迴路帶來更好的結果，因為我們無法了解這種複雜性的足夠細節，從而不能精確地模擬，這種複雜性反而掩蓋我們正在試圖抓住的關係。但是，要想徹底了解一個普通全腦的動態操作，我們絕對需要更多的數據。捕獲組成個體大腦的所有結構，還是一項難以想像、更加複雜的工作。

神經科學進展很快，但徹底理解大腦的功能還有很長的路要走。幾乎肯定需要一段很長的時間，我們才有希望保存大腦及大腦的足夠細節；然後再過很多年，數千年甚至數百萬年，一些更遠的未來的文明，或許可能具有真正的技術能力「上傳「並重新創建個人的心靈。

我當然對自己的死亡也感到恐懼。但我同時也知道，在我出生之前宇宙已經存在了138億年了，我死後宇宙同樣存在。宇宙的存在並不關乎我或者任何其他個人;我們來了，我們又走了，我們只是一個更大的進程的一部分。我越來越對這種意識感到知足。我們每個人都會找到自己的面對死亡的解決方案。在可預見的將來，讓你的心靈復活並不是解決方案之一。

Kenneth D. Miller教授是哥倫比亞大學神經學教授，也是哥大理論神經學研究中心的共同主任。

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醫療大數據專欄主編介紹孫強，資深生物信息專家，現在服務於美國國立癌症研究所，從事癌症基因組資料庫管理工作。熱愛大數據，加入大數據文摘志願者行列一年有餘，願以文會友，廣結大數據善緣。旅居美國多年，現在定居於大華府地區。讀過的學校：山東大學，中科院植物所，加大洛杉磯分校( UCLA )生活過的城市：淄博，濟南，北京，洛杉磯，華盛頓其他愛好：足球，釣魚，打牌

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