當互聯網遇到神經學

姚丁楊

在2015年的中國互聯網未來發展高峰論壇上，出現了一個極其時髦的詞——互聯網神經學。在我們傳統的觀念中，互聯網和神經學是兩個十分遙遠的學科。然而，最近幾年的研究發現，互聯網和神經學的關系十分密切。

互聯網神經學是一門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、相互促進的雙系統交叉關系的學科。它的主要研究方向有兩個：一是基于神經學的研究成果，將互聯網的硬件結構、軟件系統、數據與信息、商業應用等有機地整合起來，從而構建互聯網完整架構體系，并預測互聯網沿著神經學路徑可能產生的新功能和新架構；二是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、智能和認知的生物學基礎。可以說，互聯網神經學是一門具有革命性思維的新興學科。

互聯網與腦神經的對比

近30年來，互聯網發展極為迅猛，它給我們的生活方式帶來了翻天覆地的變化。如果我們從本質上去思考互聯網，互聯網其實不僅僅是實現了機器的聯網，它更是實現了人與人之間的聯網，也就是加強了人腦之間的連接。因此，我們不妨把互聯網看成是我們腦神經的一種延伸。因為無論是從物理結構上還是功能層面上，互聯網和腦神經都有極其相似的地方。

首先，從物理結構上看，互聯網要通過光纖、電話線里的數據通道來建立機器與機器之間的聯系，而這個數據線路和真實的神經元十分相似。在神經學中，神經元的胞體是信息處理中心，樹突和軸突負責與外界進行信息溝通。因此可以這樣類比，互聯網的個人空間對應了神經元的胞體，數據線路則對應了神經元的樹突和軸突。

其次，從功能層面上看，大腦的各個知識功能區域在互聯網中均可找到對應功能。比如，共享知識區，就是我們無償提供的信息，如給人指路的信息，它就和互聯網中的博客相對應；可交易知識區，就是我們有償提供的信息，如醫生看病的信息，它和互聯網中的智力互動問答相對應；隱私區，就是我們個人或幾個朋友之間的隱私信息，它和互聯網中的電子郵箱相對應；最后是運動控制功能區，也就是我們進行各種行為的能力，它和互聯網中的網絡軟件相對應。通過上述對應關系的描述，我們可以知道人腦的知識功能區通過互聯網個人空間被映射到互聯網中。

互聯網的“神經系統”

我們都知道，互聯網從低端到高端可劃分為硬件層、軟件層和信息層。

互聯網的硬件層最主要的就是互聯網的核心服務器以及連接它們的路由器和交換機。最近幾年，互聯網的核心服務器和應用開始出現了集中化的趨勢，谷歌和 IBM 提出和推廣的云計算就代表了這種趨勢。通俗地講，云計算就是將傳統上分散在個人計算機上的應用集中在若干個大型服務器中，互聯網用戶通過終端使用大型服務器提供的互聯網服務。從云計算的這些特點看，互聯網形成了一種類似于“中樞神經系統”的雛形。

互聯網軟件層包含互聯網操作系統和互聯網應用軟件，其中互聯網的應用軟件根據其特點又可以被看作4種虛擬神經元，它們分別是：（1） 融合博客、威客、電子郵件的互聯網應用，如新浪、雅虎的用戶系統，它們可以看作人腦映射型虛擬神經元。（2）對互聯網的信息、數據和資料進行整理，挖掘和知識發現的互聯網應用程序，如谷歌的搜索引擎，它們可以看作數據整理和挖掘虛擬神經元。（3）控制互聯網遠程傳感和運動設備，并且將它們產生的數據傳輸給互聯網信息層的應用軟件，可以看作感覺和運動虛擬神經元。（4）其他類型的互聯網應用軟件，如網絡游戲、防病毒軟件等，它們可以看作特異類虛擬神經元。基于以上的分類，互聯網便有了一套“神經系統”。互聯網的信息層包含文字、二維圖片、文檔、視頻、聲音、三維圖像等，分布在互聯網的服務器、路由器、交換機、用戶終端和互聯網的虛擬神經系統里。

互聯網的“膝跳反射”

我們再來看一下互聯網“神經系統”運行的一個典型案例。通過學習生理學知識我們知道，反射弧是實現反射活動的神經結構，由感受器、傳入神經、神經中樞、傳出神經、效應器5個部分組成。在最簡單的反射弧中，傳入神經元和傳出神經元直接在中樞內接觸，稱為單突觸反射。膝跳反射是一種最為簡單的反射類型，它僅包含兩個神經元，即感覺神經元（輸入）和運動神經元（輸出）。膝跳反射的神經中樞是低級神經中樞，位于脊髓內。但是，在完成膝跳反射的同時，脊髓中通向大腦的神經會將這一神經沖動傳往大腦，使人感覺到膝蓋被叩擊了。

互聯網也同樣存在神經反射現象。例如，當互聯網中的傳感器通過測量空氣中的溫度、濕度和風速，經過預制程序的運算，發現達到符合下雨的條件參數，于是傳感器向“互聯網中樞神經系統”發出信號。互聯網中樞神經系統經過簡單運算，向該地區聯網的野外機械設備發出指令，打開防雨設備，實現互聯網的“防雨神經反射弧”功能。

人腦也是“搜索引擎”

提起“搜索引擎”，大家立刻會想到谷歌和百度。具體地說，搜索引擎是指根據一定的策略、運用特定的計算機程序搜集互聯網上的信息，在對信息進行組織和處理后，并將處理后的信息顯示給用戶，是為用戶提供檢索服務的系統。它的主要工作原理也很簡單：首先，搜索引擎用一種網頁抓取程序順著網頁中的超鏈接，連續地抓取網頁；其次，搜索引擎抓到網頁后，會做大量的預處理工作，如提取關鍵詞，建立索引文件等。當用戶輸入關鍵詞進行檢索時，搜索引擎從索引數據庫中找到匹配該關鍵詞的網頁。根據搜索引擎的工作原理，有科學家設計了一個神經心理學層面的實驗：先準備 10 張志愿者照片，讓實驗參與者逐次查看照片后在實驗房間內靜默思考，然后分別讓在 10 張照片內的一名志愿者和不在 10張照片內的一名志愿者進入實驗房間，再讓實驗參與者辨認是否是照片中出現過的人。如果實驗參與者能夠直接辨識志愿者是否為照片中出現的人，則說明該實驗者大腦中存在掃描信息、索引信息、檢索信息的類搜索引擎功能。科學家不斷增加實驗者數目，最終發現，完成上述功能的實驗者比例超過 95%，從而可以證明人腦中確實存在類似“搜索引擎”的功能。

人腦中的“維基百科”

維基百科是一個自由、免費、內容開放的互聯網百科全書協作計劃，參與者來自世界各地。從技術的角度看，維基百科起源于 1983 年誕生的電子公告牌（BBS）功能。傳統上在 BBS 中，只有文章的發布者或管理員能夠修改文章內容。維基百科對這一功能進行了創新，它允許每一個訪問者對詞條的內容進行修改，無論這個詞條的內容是誰創建和發布的。維基百科應用的工作原理和工作流程如下：用戶 A 創建詞條 abc，并撰寫 abc 的解釋和說明文字，形成版本 1；用戶 B 看到詞條 abc 和它的說明文字，認為解釋不完整或者有錯誤，于是用戶 B 在用戶 A 文字的基礎上進行修改，形成版本 2；不斷有用戶進行修改，abc 的版本號不斷增加，然而在修改的過程中，如果一個用戶發現最新的版本整體質量不如前面的版本，他可以將前面的版本置為最新版本。雖然有國界、信仰、情緒、知識范圍的不同，會產生修改意見的爭執。但總體上看，維基百科的工作流程還是會使各詞條的說明質量不斷提高。根據維基百科的工作原理，科學家們在神經心理學層面設計了如下實驗：參與實驗者 A 和志愿者 B 最初共同處于一個實驗房間內，要求參與實驗者 A 觀察志愿者 B 衣服的顏色，然后志愿者 B 離開房間，實驗者 A記錄 B 的衣服顏色，B 更換不同顏色服裝進入實驗室。重復上述過程5 次，在5 次實驗結束后，收回 A 填寫的記錄表，更換同樣內容的新表，請 A 回憶 B 從第一次到最后一次穿著顏色并按順序重新記錄。如果參與者 A 能夠完成上述過程并正確記錄 B 不斷更新的顏色，則說明 A 可以根據一個物體的變化，不斷更新該物體屬性的說明和記錄，并保留原有屬性的記錄，而這恰恰是維基百科的運行原理。通過對大量人員的測試，發現95%（色盲導致的錯誤除外）的實驗者能夠完成實驗，這說明人腦中的確存在“維基百科”的應用。

我們已經有越來越多的證據表明互聯網和神經學具備很強的交叉對比研究的可能性。我們相信，隨著研究的深入，互聯網和神經學的交叉對比將會對兩個領域同時帶來更多的啟發和成果。

【責任編輯】張小萌