本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
還有人記得“腦的十年”嗎？年輕人不記得了，但也許我那些愛發牢騷、脾氣暴躁的科學愛好者同伴們還記得。1990年，迅猛發展的神經科學學會說服國會將90年代命名為“腦的十年”。正如喬治·布什總統所說，其目標是提高公眾對“三磅重、相互交織的神經細胞團”研究的認識和支援，這個細胞團是“人類智慧的所在地、感覺的解釋者和運動的控制器”。
託斯滕·維厄塞爾是這項公關噱頭的反對者之一，他因在視覺的神經基礎方面的工作而獲得了1981年諾貝爾獎。1998年，我為我的書《未被發現的意識》採訪他時，他抱怨說“腦的十年”是“愚蠢的”。維厄塞爾說，科學家“至少需要一個世紀，甚至可能需要一千年”才能理解大腦。“我們正處於腦科學的開端。”
當我讀到美國和歐洲新的大型神經科學計劃時，我想起了維厄塞爾易怒的評論。1月份，歐盟宣佈將在未來十年向“人類腦計劃”投入超過10億美元，該計劃旨在構建一個大規模的計算機大腦模擬。據《紐約時報》報道，該專案涉及150多家機構。與此同時，據報道，貝拉克·奧巴馬總統計劃投入超過30億美元用於一個類似的專案，名為大腦活動圖。
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一些科學家正在以讓我回想起維厄塞爾和“腦的十年”的方式批評這些大型計劃。《紐約時報》引用了大腦研究員海姆·索姆波林斯基對“人類腦計劃”的評價：“其言論是，在十年內，他們將能夠在計算機中逆向工程人類大腦。這是一種幻想。十年內什麼都無法接近它。”
神經學家唐納德·斯坦告訴《泰晤士報》，美國的繪圖專案是基於一種“充其量是過時，最壞情況是完全錯誤的”大腦觀點。“尋找可以代表大腦功能的穩定神經通路路線圖是徒勞的。”
瑞士聯邦理工學院的亨利·馬克拉姆是“人類腦計劃”的負責人，多年來一直吹噓他的計算機模型“藍腦”。但是正如我三年前指出的那樣，他的計算機模擬無法執行任何認知功能，例如看、聽、記憶、決定，因此無法判斷它們是否捕捉到了大腦的基本特徵。
我將馬克拉姆和其他人的模型比作神經科學家喜歡用作鎮紙的塑膠大腦。另一個類比是美拉尼西亞貨物崇拜部落在二戰期間被日軍和美軍佔領後，用棕櫚葉、珊瑚和椰子殼建造的“飛機”。不能思考的“大腦”就像不能飛的“飛機”。
儘管我們擁有所有精密的儀器和理論，但我們自己的大腦在許多方面對我們來說仍然像一架貨機對那些美拉尼西亞人一樣神奇而神秘。神經科學家無法模仿大腦，因為他們缺乏對大腦如何運作的基本理解；他們不知道在模擬中應該包含什麼，應該省略什麼。
大型腦科學專案的支持者將它們比作人類基因組計劃。這種類比有兩個問題。首先，基因組計劃是一項令人印象深刻的技術成就，但自10年前完成以來，它未能帶來任何重大的醫學突破。[見附言。] 此外，基因組計劃建立在對遺傳學的基本理解之上。早在基因組計劃啟動的幾十年前，研究人員就破譯了遺傳密碼，即DNA中特定鹼基對序列產生特定蛋白質的規則集。
神經科學家相信大腦是根據“神經程式碼”運作的，神經程式碼是將生理神經過程轉化為知覺、記憶、情感、決策和認知其他組成部分的規則或演算法。然而，到目前為止，神經程式碼仍然難以捉摸，說得委婉一點。
神經程式碼通常被比作數字計算機作業系統底層的機器程式碼。根據這個類比，神經元充當開關或電晶體，吸收和發射電化學脈衝，稱為動作電位或“尖峰”，類似於數字計算機中的基本資訊單元。
但大腦與任何現有計算機都截然不同且更加複雜。典型的大腦包含1000億個細胞，每個細胞透過突觸與多達100,000個其他細胞相連。突觸中充滿了神經遞質、激素、神經生長因子和其他影響訊號傳輸的化學物質，突觸不斷形成和溶解，因新的體驗而減弱和增強。研究人員最近確定，不僅舊的腦細胞會死亡，新的腦細胞也會透過神經發生形成。
神經元遠非像電晶體那樣從共同的模具中衝壓出來，而是表現出令人眼花繚亂的各種形式和功能。研究人員僅在視覺系統中就發現了數十種不同型別的神經元。而且，我們不要忘記所有不斷開啟和關閉，從而進一步改變大腦運作的基因。
假設人腦中的每個突觸每秒處理十個動作電位，並且這些交易代表大腦的計算輸出，那麼大腦每秒至少執行一千萬億次運算。一些超級計算機已經超過了這種資訊處理能力，這鼓勵了人工智慧愛好者的說法——特別是雷·庫茲韋爾和其他奇點崇拜的成員——計算機很快就會變得比它們的創造者更智慧。
但大腦可能在低於和高於單個神經元和突觸的許多層面上處理資訊。事實上，一些研究人員懷疑，每個單獨的神經元與其說像電晶體，不如說更像一臺計算機本身，從事複雜的資訊處理。此外，大腦可能採用許多不同的資訊編碼方法。
第一個神經程式碼候選者是英國神經生理學家埃德加·阿德里安在1920年代發現的。當阿德里安增加觸覺神經元的壓力時，它們的放電頻率增加。這種所謂的速率編碼現在已經在許多不同的動物身上得到證明，包括智人。但速率編碼是一種粗糙、低效的資訊傳遞方式，類似於僅透過以不同的音高哼唱來交流。
因此，神經科學家長期以來一直懷疑大腦採用了更微妙的編碼。在所謂的時序編碼中，資訊不僅以細胞的放電頻率表示，而且以尖峰之間的精確時間表示。例如，速率編碼將尖峰序列 010101 和 100011 視為相同，而時序編碼則假設這兩個序列具有不同的含義。
在更宏觀的層面上，研究人員正在尋找涉及許多神經元相關放電的“群體編碼”。已故的弗朗西斯·克里克贊成一種涉及許多神經元以相同的速率和完全相同的時間放電的編碼，這種現象稱為“同步振盪”。其他人則認為，資訊不是由尖峰本身攜帶的，而是由電磁場攜帶的——電磁場是由數百萬個電化學脈衝產生的——不斷地掃過大腦。
然而，到目前為止，任何特定程式碼的證據仍然是初步的。大腦可以使用所有這些程式碼，也可以一個都不用。更復雜的是，人工耳蝸和其他假體的研究表明，大腦可能會針對新的刺激設計新的程式碼。鑑於所有這些困惑，您會明白為什麼一些神經科學家擔心破解神經程式碼可能需要很長時間。也許一個世紀或更長的時間。
在所有科學領域中，神經科學最有可能產生革命性的發現，具有巨大的哲學和實踐意義。（粒子物理學已經過時了。） 樂觀主義者無疑會說，“人類腦計劃”和“大腦活動圖”——透過增加資金和合作——可能有助於我們破譯神經程式碼，或多種程式碼。但我擔心這些大型、備受炒作的計劃最終會像“腦的十年”一樣令人失望。它們非但不會提高神經科學的地位，反而可能損害其可信度。
自我抄襲警報：這篇文章包含了幾篇先前文章和《未被發現的意識》中的散文。這些段落寫得如此完美，以至於我沒有看到任何改進的必要。
圖片：Saad Faruque，Flickr。
附言：一些讀者質疑我的說法，即人類基因組計劃“未能帶來任何重大的醫學突破”。以下是《紐約時報》的尼古拉斯·韋德在2010年所說的話，他對遺傳學的報道即使有所誇大也是積極的：“在比爾·克林頓總統宣佈人類基因組草圖完成十年後，醫學界尚未看到任何大部分承諾的好處。對於生物學家來說，基因組帶來了一個又一個富有洞察力的驚喜。但耗資30億美元的人類基因組計劃的主要目標——找出癌症和阿爾茨海默病等常見疾病的遺傳根源，然後產生治療方法——在很大程度上仍然難以捉摸。事實上，經過10年的努力，遺傳學家在瞭解在哪裡尋找常見疾病的根源方面幾乎回到了原點。” 韋德的評估仍然成立。基因組計劃本應導致基因療法，可以治癒或治療由基因突變引起的疾病。去年夏天，歐洲衛生官員批准了一種基因療法，用於治療一種影響約百萬分之一人的脂質相關疾病。到目前為止，美國尚未批准任何基因療法進行商業銷售。我重申：人類基因組計劃未能實現其承諾，並且它比新的腦科學專案具有更強大的科學基礎。我反對資助遺傳學和神經科學嗎？當然不是。這項研究的潛力是如此巨大，以至於我們永遠不能停止支援它，即使回報來得很慢。但正因為這項研究至關重要，所以應該以誠實的方式進行宣傳。
後記之後：亨利·馬克拉姆在下面的評論中批評了我對“人類腦計劃”的批評，他是該計劃的“協調員”。他稱我的觀點是“胡說八道”和“令人難以置信的”，他敦促我和其他批評者“稍微提升一下你們的討論——這聽起來像巴比倫之家……也許我們可以走出黑暗時代”。如果我不瞭解馬克拉姆的歷史，我可能會認為他的咆哮是一個冒名頂替者釋出的，目的是讓他看起來很糟糕。但他的評論讓人想起他在2009年對達門德拉·莫德哈的謾罵，莫德哈是IBM模擬貓腦專案的負責人。在莫德哈受到一些積極關注後，馬克拉姆稱貓腦模型是“騙局”， “離貓腦還差得很遠，甚至離螞蟻的大腦的複雜程度都差得很遠。莫德哈誤導公眾，讓人們相信他們實際上模擬了貓的大腦，這是非常不道德的。絕對令人震驚。” 好吧，莫德哈確實有誇大宣傳之嫌。但莫德哈的誇大宣傳與馬克拉姆的相比就相形見絀了。就在他抨擊莫德哈的幾個月前，馬克拉姆在TED大會上說：“建造人腦並非不可能，我們可以在10年內做到。”他在下面的評論中更加誇大其詞，稱“人類腦計劃”是“可能是資助歷史上審查最嚴格的提案”。我發現，令人難以置信的是，歐盟在一個由如此缺乏信譽的人領導的專案上投資了超過10億美元。