本世紀(jì)初，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，不斷有新的應(yīng)用和概念誕生，其中物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算和大數(shù)據(jù)得到了研究者的重點(diǎn)關(guān)注，并引起廣泛的研究熱潮。

研究者已經(jīng)從不同方面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算，大數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入研究并取得諸多成果。但還存在一些問題等待解決，例如，物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算，大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)是怎樣的關(guān)系,它們之間又是如何區(qū)分和關(guān)聯(lián)的。本世紀(jì)初開始的互聯(lián)網(wǎng)與腦科學(xué)的交叉對(duì)比研究，為分析物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算，大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。

如果我們觀察近20年來互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的新應(yīng)用和新功能，可以直觀的發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與大腦結(jié)構(gòu)具有越來越多的相似性。這些現(xiàn)象包括：打印機(jī)，復(fù)印機(jī)的遠(yuǎn)程操控，醫(yī)生通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行手術(shù);中國(guó)水利部門在土壤，河流，空氣中安放傳感器，及時(shí)將氣溫，濕度，風(fēng)速等數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行?，形成?bào)告供防汛抗旱決策使用; Google推出了“街景“服務(wù)，在城市中安裝安裝多鏡頭攝像機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)用戶可以實(shí)時(shí)觀看丹佛、拉斯維加斯、邁阿密、紐約和舊金山等城市的風(fēng)貌等。

這些新互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)象分別具備了運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)，軀體感覺神經(jīng)系統(tǒng)，視覺神經(jīng)系統(tǒng)的萌芽，基于以上互聯(lián)網(wǎng)新現(xiàn)象，2008年9月我們發(fā)表論文“互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)化規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與分析 ”,從神經(jīng)學(xué)的角度分析互聯(lián)網(wǎng)的成熟結(jié)構(gòu)，將其抽象為一個(gè)與人類大腦高度相似的組織結(jié)構(gòu)-互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦。尋找并定位互聯(lián)網(wǎng)的虛擬聽覺，視覺，感覺，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)，虛擬中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。繪制出互聯(lián)網(wǎng)的類大腦結(jié)構(gòu)圖(圖1)。

此后科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)展也不斷印證互聯(lián)網(wǎng)與神經(jīng)學(xué)具有交叉對(duì)比的可能性，2010年 6月10日 美國(guó)南加州大學(xué)神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家拉里·斯旺森和理查德·湯普森 在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)發(fā)表論文“Hypothesis-driven structural connectivity analysis supports network over hierarchical model of brain architecture“ 指出老鼠大腦一小塊區(qū)域中的神經(jīng)系統(tǒng)類似互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。拉里·斯旺森的研究表明大腦中互聯(lián)網(wǎng)式結(jié)構(gòu)的存在可以解釋大腦能克服局部損傷的現(xiàn)象，如同互聯(lián)網(wǎng)任何一個(gè)單獨(dú)部分都可以去掉，但網(wǎng)絡(luò)其他部分照常工作一樣，神經(jīng)系統(tǒng)也并不是某一部分絕對(duì)不可或缺。這個(gè)研究從神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域證明互聯(lián)網(wǎng)與神經(jīng)學(xué)具有相關(guān)性。

2012年11月16日，加州大學(xué)圣迭戈分校Dmitri Krioukov在 《Scientific Report》 ，發(fā)表論文“Network Cosmology”，也提出互聯(lián)網(wǎng)與腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與構(gòu)造具有高度的相似性。研究組利用計(jì)算機(jī)模擬并結(jié)合多種其他計(jì)算，證明在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)發(fā)展和控制中，描述大尺度時(shí)空結(jié)構(gòu)的因果關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的曲線圖，是一個(gè)具有顯著聚類特征的冪函數(shù)曲線，和許多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)如互聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)、腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等有高度的相似性 [3]。Dmitri Krioukov的研究對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的設(shè)想給予了有力的數(shù)據(jù)支持。

互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的提出和繪制，一方面可以幫助我們預(yù)測(cè)互聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展趨勢(shì)和成熟結(jié)構(gòu)，用神經(jīng)學(xué)的視角研究互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行機(jī)理，另一方面希望能夠?qū)⑽锫?lián)網(wǎng)，云計(jì)算，大數(shù)據(jù)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用有機(jī)的集合起來，通過互聯(lián)網(wǎng)的類腦結(jié)構(gòu)研究它們之間的區(qū)別和聯(lián)系。

2.物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的關(guān)系

2005年11月國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU) 發(fā)布了題為《 ITU Internet reports 2005-the Internet of things 》的報(bào)告，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things,IOT)一詞，這一報(bào)告雖然沒有對(duì)物聯(lián)網(wǎng)做出明確的定義，但從功能角度，ITU認(rèn)為“世界上所有的物體都可以通過因特網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)、任何物體之間的互聯(lián)、無所不在的網(wǎng)絡(luò)和無所不在的計(jì)算”;從技術(shù)角度，ITU認(rèn)為“物聯(lián)網(wǎng)涉及射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)和智能技術(shù)等“。

在世界范圍內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)還沒有統(tǒng)一的定義和結(jié)構(gòu)，比較著名的有歐盟第七框架計(jì)劃( Frameworkprogram7，簡(jiǎn)稱FP7)提出的sensei物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，其目標(biāo)是通過Intnet將分布在全球的傳感器與執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò) (WS&AN)連接起來，組成一個(gè)真正的世界互聯(lián)網(wǎng)(Real World Internet RWI)，并定義開放的服務(wù)訪問接口與相應(yīng)的語義規(guī)范來提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)與信息管理服務(wù).

此外，由美國(guó)麻省理工學(xué)院和英國(guó)劍橋大學(xué)等7個(gè)高校組成AUTO ID實(shí)驗(yàn)室,日本東京大學(xué)UID中心,韓國(guó)電子與通信技術(shù)研究所(ETRI)，美國(guó)弗吉尼亞大學(xué),歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織(ETSI)，法國(guó)巴黎第六大學(xué)都從不同方面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和探討[7]。

總體上看，物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)突出了傳感器感知的概念，同時(shí)它也具備網(wǎng)絡(luò)線路傳輸，信息存儲(chǔ)和處理，行業(yè)應(yīng)用接口等功能。而且也往往與互聯(lián)網(wǎng)共用服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)線路和應(yīng)用接口，使人與人(Human ti Human ,H2H)，人與物(Human to thing，H2T)、物與物( Thing to Thing,T2T)之間的交流變成可能，最終將使人類社會(huì)、信息空間和物理世界(人機(jī)櫧)融為一體.根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別和關(guān)聯(lián)，我們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)虛擬大腦結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行了如圖2所示的標(biāo)示，以描述物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的關(guān)系。

3 云計(jì)算與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的關(guān)系

2007年 10月IBM和 Google宣布在云計(jì)算領(lǐng)域的合作后, 云計(jì)算迅速成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。。IBM 技術(shù)白皮書中關(guān)于云計(jì)算的定義是：“云計(jì)算一詞用來描述一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)或者一種類型的應(yīng)用程序。一個(gè)云計(jì)算平臺(tái)可按需進(jìn)行動(dòng)態(tài)部署、配置、重新配置以及取消服務(wù)。云計(jì)算平臺(tái)中的服務(wù)器既可以是物理的，也可是虛擬的。 “云應(yīng)用”使用大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心以及功能強(qiáng)勁的服務(wù)器來運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)服務(wù).任何一個(gè)用戶可以通過合適的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備以及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器就能夠訪問一個(gè)云計(jì)算應(yīng)用程序.”。

云計(jì)算的誕生有其歷史根源，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)新興的應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量越來越大，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)也越來越快。因此互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的軟硬件維護(hù)成本不斷增加，成為很多企業(yè)的沉重負(fù)擔(dān)。與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)超大型企業(yè)如Google，IBM, 亞馬遜的軟硬件資源有大量空余，得不到充分利用，在這種情況下，互聯(lián)網(wǎng)從企業(yè)各自為戰(zhàn)的軟硬件建設(shè)向集中式的云計(jì)算轉(zhuǎn)換也就成為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然。

縱觀云計(jì)算的概念和實(shí)際應(yīng)用，我們可以看到云計(jì)算有兩個(gè)特點(diǎn)，第一，互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)服務(wù)資源如服務(wù)器的硬件，軟件，數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)開始于集中和統(tǒng)一。第二，互聯(lián)網(wǎng)用戶不用再重復(fù)消耗大量資源，建立獨(dú)立的軟硬件設(shè)施和維護(hù)人員隊(duì)伍。通過互聯(lián)網(wǎng)接受云計(jì)算提供商的服務(wù)，就可以實(shí)現(xiàn)自己需要的功能。

我們知道大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system)在動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)集中化的過程中，作為其形態(tài)上的中心和在機(jī)能上的中樞而被分化出來的部位。中樞神經(jīng)系統(tǒng)有控制和調(diào)節(jié)整個(gè)機(jī)體活動(dòng)的功能。

在互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的架構(gòu)中，，互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)是將互聯(lián)網(wǎng)的核心硬件層，核心軟件層和互聯(lián)網(wǎng)信息層統(tǒng)一起來為互聯(lián)網(wǎng)各虛擬神經(jīng)系統(tǒng)提供支持和服務(wù)，從定義上看，云計(jì)算與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)的特征非常吻合。在理想狀態(tài)下，物聯(lián)網(wǎng)的傳感器和互聯(lián)網(wǎng)的使用者通過網(wǎng)絡(luò)線路和計(jì)算機(jī)終端與云計(jì)算進(jìn)行交互，向云計(jì)算提供數(shù)據(jù)，接受云計(jì)算提供的服務(wù)?；谝陨戏治觯覀?cè)趫D3中標(biāo)注云計(jì)算的位置如下。

4. 大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的關(guān)系

Nature 早在2008 年就推出了Big Data 專刊。Science 在2011 年2 月推出?？禗ealing with Data》，主要圍繞著科學(xué)研究中大數(shù)據(jù)問題展開討論，說明大數(shù)據(jù)對(duì)于科學(xué)研究的重要性。全球知名的咨詢公司麥肯錫(McKinsey)在2011年6 月份發(fā)布了一份關(guān)于大數(shù)據(jù)的詳盡報(bào)告《Big data: The next frontier for innovation, competition, and productivity》，對(duì)大數(shù)據(jù)的影響、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域等都進(jìn)行了詳盡的分析。

2012年3 月份美國(guó)奧巴馬政府發(fā)布了《大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展倡議》 (Big Data Research and Development Initiative) ，投資2 億以上美元，正式啟動(dòng)“大數(shù)據(jù)發(fā)展計(jì)劃”。計(jì)劃在科學(xué)研究、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行突破。

大數(shù)據(jù)目前尚沒有統(tǒng)一的定義，比較有代表性的是3V 定義，即認(rèn)為大數(shù)據(jù)需滿足3 個(gè)特點(diǎn)：規(guī)模性(Volume)、多樣性(Variety)和高速性(Velocity)。除此之外， IDC 認(rèn)為大數(shù)據(jù)還應(yīng)當(dāng)具有價(jià)值性(Value)，大數(shù)據(jù)的價(jià)值往往呈現(xiàn)出稀疏性的特點(diǎn)。而IBM 認(rèn)為大數(shù)據(jù)應(yīng)該具有真實(shí)性(Veracity)

隨著博客、社交網(wǎng)絡(luò)、以及云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的興起，互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)正以前所未有的速度在不斷的增長(zhǎng)和累積，學(xué)術(shù)界、工業(yè)界甚至于政府機(jī)構(gòu)都已經(jīng)開始密切關(guān)注大數(shù)據(jù)問題，應(yīng)該說大數(shù)據(jù)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，互聯(lián)網(wǎng)用戶的互動(dòng)，企業(yè)和政府的信息發(fā)布，物聯(lián)網(wǎng)傳感器感應(yīng)的實(shí)時(shí)信息每時(shí)每刻都在產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分散在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系內(nèi)，體量極其巨大。這些數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含了對(duì)經(jīng)濟(jì)，科技，教育等等領(lǐng)域非常寶貴的信息，大數(shù)據(jù)的研究就是通過數(shù)據(jù)挖掘，知識(shí)發(fā)現(xiàn)和深度學(xué)習(xí)等方式將這些數(shù)據(jù)整理出來，形成有價(jià)值的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。提供給政府，行業(yè)企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)個(gè)人用戶使用和消費(fèi)。

我們?cè)谡撐?ldquo;互聯(lián)網(wǎng)與神經(jīng)學(xué)的交叉對(duì)比研究”中對(duì)互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的信息層定義時(shí)，曾經(jīng)這樣描述““互聯(lián)網(wǎng)的信息成爆炸式增長(zhǎng)，這些信息的形式包括文字，二維圖片，文檔，視頻，聲音，三維圖像等，分布在互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器，路由器，交換機(jī)，用戶終端和互聯(lián)網(wǎng)虛擬神經(jīng)系統(tǒng)里。我們將這些分布在互聯(lián)網(wǎng)中的信息統(tǒng)稱為互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的信息層或數(shù)據(jù)海洋。”

我們?cè)谇拔年U述過，以云計(jì)算為代表的互聯(lián)網(wǎng)新應(yīng)用的興起，表明互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)服務(wù)無論從硬件，軟件還是數(shù)據(jù)信息都在向集中和統(tǒng)一的方向發(fā)展。也就是說，未來的大數(shù)據(jù)還將具備一個(gè)新的特性-統(tǒng)一性(Unity)。可以預(yù)見，當(dāng)大數(shù)據(jù)的容量進(jìn)一步增加，存儲(chǔ)方式進(jìn)一步趨向集中。大數(shù)據(jù)將逐步形成互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的信息層(數(shù)據(jù)海洋)。因此，我們?cè)趫D4中對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注如下。

本文在互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，分析了互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的關(guān)系，標(biāo)識(shí)出物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算，大數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦結(jié)構(gòu)圖的位置。說明基于神經(jīng)學(xué)建立的互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦架構(gòu)可以有效的統(tǒng)一互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中產(chǎn)生的新應(yīng)用和新概念。

下一步我們可以使用更多神經(jīng)學(xué)的知識(shí)分析互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的運(yùn)行模式和發(fā)展趨勢(shì)。值得研究的方向包括：能否使用神經(jīng)反射弧的原理分析物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算之間的交互方式，能否用神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)分析社交網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合趨勢(shì)，能否通過“互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦智商“的測(cè)試設(shè)計(jì)分析大數(shù)據(jù)研究的進(jìn)展情況。這些方向的研究我們將在以后的討論中闡述。