用计算机模拟人类意识,有没有意义
不是所有渴望延长生命的人都喜欢被冷冻保存的。有些人顺着另一条思路在想:有没有其他方式可以提取存储在大脑里的信息呢?不必让死者复生,而是想办法把数据直接读取出来。毕竟,大脑繁杂的亚微观结构包含着你所有的知识和记忆,难道它就不能被破译吗?
让我们来看看怎样才能实现这一点。比较重要的是,我们需要非常强大的计算机来存储一颗大脑的详尽数据。幸运的是,当今计算机运算能力的指数级增长,暗示这大有可能。此前20年,计算机运算能力增长了1000多倍。计算机芯片的处理能力每18个月翻一番,而且这一趋势仍在继续。当今时代的技术,允许我们存储庞大得超乎想象的数据,进行海量的模拟运算。
法律死亡与生物死亡
人的大脑临床死亡或身体出现不可逆转的呼吸循环停止时,则宣告其拥有者法律死亡。大脑所有参与更高级功能的皮质都终止活动,才能宣告大脑死亡。大脑死亡后,生命机能仍可维持到器官捐赠或遗体捐赠,这对阿尔科来说非常关键。对照来看,生物死亡则是在无干预状态下发生的,整个身体的细胞都死亡了,不管是其他器官里的还是大脑里的,也就是说,这时的器官已不再适合捐赠。没有血液循环供氧,身体的细胞就会迅速死亡。为以最低降解形态保住尸体和大脑,必须尽快阻止细胞死亡,至少也要暂时减缓其死亡速度。此外,在冷却过程中,防止形成冰晶是头等大事,因为结冰会破坏细胞脆弱的结构。
鉴于我们的计算机有如此强大的运算潜力,也许总有一天,我们能够把人类大脑扫描复制到计算机的基体上去。这种可能性在理论上没有任何障碍。不过,我们要从现实的角度去理解相关的挑战。
一颗正常的大脑有大约60亿~80亿个神经元,每个神经元要建立近一万条连接。它们的连接方式非常特殊,人人不同。你的经历、你的记忆,所有让你之所以成为你的东西,通过神经细胞之间数千万亿条连接的独特模式表现出来。这一模式,庞大得超过了我们能理解的范围,可概括地称为你的“连接体”。普林斯顿大学的承现峻(SebastianSeung)博士正带领团队想要绘制这一连接体。
20年前,这台超级计算机的运算力,相当于地球上的所有计算机的总和。20年后,它会变得相当一般,类似你能把它卷起来穿戴到身上的那种小型设备。
面对如此精细又复杂的系统,绘制出它的连接网络是极其困难的。为了达到这个目的,承博士使用的是串行电子显微镜。他先用极为精准的刀片,将大脑组织切成一系列非常薄的切片(目前用的是老鼠的大脑,而非人的大脑)。每一切片又细分成更小的区域,再用功能极为强大的电子显微镜进行扫描。每次扫描的结果,就是所谓的“电子显微镜照片”,它代表的是放大10万倍的大脑局部。只有达到这么高的解析度,才有可能辨认出大脑的精细特征。
连接体切片:这些惊人的二维图片,就是理解当今世界最复杂的回路图的第一步。小黑点是一个细胞内的DNA;你看到的小圆圈,是携带神经递质的球状小泡。
技术变革的步伐
时间节点(年)
1965年,计算机巨头英特尔公司的联合创办人戈登·摩尔(GordonMoore)对运算能力的发展速度做出了预测。“摩尔定律”预测,随着晶体管变得更小、更精确,计算机芯片上可容纳的晶体管数量每两年翻一番,运算能力将随着时间的推移呈指数增长。在过去数十年里,摩尔的预测始终成立,并成为技术变革速度指数增长的代名词。计算机产业用摩尔定律指导长期规划,为技术进步设定目标。由于定律预测技术进步是指数增长而非线性增长,有人进而预言,未来几百年的进步按今天的发展速度来看相当于两万年的进步。按照这样的速度,我们有望看到今天所依赖的技术实现巨大飞跃。
等这些切片都存入计算机后,更艰难的工作就开始了。人们每次在一个非常薄的切片上,描绘出其中细胞的边界。这一描绘工作,传统上由人工完成,但眼下越来越多地交给计算机算法。接着,把描绘好的图像一个个地叠加起来,尝试把横跨多个切片的单个细胞恢复成三维尺度中的完整模样。通过这种辛苦的方式,模型建立起来,揭示出哪个细胞跟哪个细胞相连。
如此错综复杂、交错纽结的连接,来自边长为几十亿分之一米、大约一个针尖大小的脑组织。不难看出,重建人类大脑所有连接的全貌这一任务为什么会如此艰巨,什么时候完成也没有切实的指望。涉及的数据量异常庞大:光是存储一颗人类大脑的高分辨率结构,就需要泽字节(zettabyte,1ZB=1 000 000 000TB)的容量,其大小相当于此刻地球上的所有数字内容。
来自小鼠的这么一小块大脑组织,包含着大约300条连接,也就是突触。这一块的体积,代表小鼠完整大脑的二十亿分之一,约为人类大脑的五万亿分之一。
让我们放眼遥远的未来,想象有一天你的连接体被完整地扫描了出来。这些信息就足够代表你了吗?这张你所有大脑回路的快照,真的能够拥有意识,尤其是你的意识吗?恐怕不能。说到底,向我们表明哪些细胞连接在一起的回路图,只是大脑运作魔法的一半而已。另一半是这些连接上发生的电化学活动。思想、感觉和意识的炼金术,来自大脑细胞每秒钟所进行的千万亿次互动:化学物质的释放,蛋白质形体的变化,电活动顺着神经元的轴突一波波地传导。
想想连接体有多庞大,再乘以每一条连接每一秒所进行的无数活动,你大概能明白问题是何等复杂了。有一点很遗憾:人类大脑是无法理解这么庞大复杂的系统的。但也有一点很幸运:我们的计算机运算力正朝着正确的方向发展前进,直至最终能开启一重可能的大门——对系统进行模拟。而接下来的挑战不光是读取数据,还要让模拟系统运行起来。
瑞士洛桑联邦理工学院的一支研究团队,就正在着手进行这样的模拟。他们的目标是,到2023年拿出一套能够模拟运行整个人脑的软硬件基础设备。该项目名为人类脑计划(HumanBrain Project),是一项雄心勃勃的研究任务,从世界各地的神经科学实验室收集数据,这就包括个别细胞的数据(细胞的内容及结构),到连接体的数据,再到神经元群组大规模活动模式的信息。慢慢地,各种实验所得出的每一项新发现,都为这一巨幅的拼图拼上了微小的一块。人类脑计划的目标是以真实的神经元结构和行为方式来实现大脑模拟。尽管这一目标雄心勃勃,欧盟也提供了超过10亿美元的资金,但模拟人类大脑至今还遥不可及。眼下的目标只是建立大鼠的脑模拟。
人类脑计划:瑞士的一支大型研究团队正在汇总来自世界各地的实验室数据,以求模拟整个大脑。
映射并模拟完整的人类大脑,这段漫长的征途,我们才刚刚开始走,但从理论上看,并没有达不到终点的理由。不过这里有一个关键的问题:大脑的模拟会有意识吗?如果正确地捕获细节并进行模拟,我们能够得到一种有感知的生命吗?它能思考吗?它拥有自我意识吗?