本文是互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)學(xué)系列第五篇-“大腦的類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和結(jié)構(gòu)，腦互聯(lián)網(wǎng)生理學(xué)”

一.人類大腦研究的困境

大腦的秘密一直是科學(xué)皇冠上最明亮的寶石之一，但在兩千年前，人們確連它的重要意義還不知道，例如注明的亞里士多德（Aristotle，公元前384—前322）認(rèn)為神智在心，是心控制著我們的思想，情緒。大約公元前5世紀(jì)，地中?？扑箥u上托名希波克拉底（Hippocrates）的一群醫(yī)生被認(rèn)為是最早發(fā)現(xiàn)了腦是神智的載體，在希波克拉底著作中有如下一段話。“人們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到：我們的愉悅、歡樂、笑聲和詼諧都來自腦，而且僅僅來自腦；還有我們的憂愁、痛苦及愛戀和哭泣。特別是，我們用腦來思考、觀看和傾聽，用腦來辨別美與丑、善與惡、歡樂與不快 從這個(gè)意義上我認(rèn)為，腦在人體內(nèi)具有最大的力量。”

歷史上，神經(jīng)科學(xué)家研究大腦之謎主要采用了兩條截然不同的思想線路：還原論和整體論。還原論又被稱為自下而上的研究方法。該方法試圖通過研究單個(gè)分子、細(xì)胞或回路等神經(jīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)元素的特性來理解神經(jīng)系統(tǒng)。整體論又被稱為自上而下的研究策略。它主要是從研究功能入手來理解神經(jīng)系統(tǒng)，該方法主要關(guān)心的方面是系統(tǒng)的活動(dòng)如何調(diào)節(jié)或是反映在行為上。

經(jīng)過眾多神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家前赴后繼的努力，到20世紀(jì)末，神經(jīng)科學(xué)已經(jīng)獲得了長足進(jìn)展，形成了以動(dòng)物電、神經(jīng)元學(xué)說、神經(jīng)系統(tǒng)整合作用理論、腦功能定位觀點(diǎn)，細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)為理論基礎(chǔ)的腦結(jié)構(gòu)和功能研究方法，

但從文藝復(fù)興到現(xiàn)在，人類對(duì)腦認(rèn)識(shí)雖已取得多方面的重大進(jìn)展，然而困惑依舊存在，例如大腦研究中的整體論如何與還原論相整合的問題，還遠(yuǎn)未得到解決。似乎迄今為止仍是還原論思想過多地占了上風(fēng)，在一系列問題上突出地顯露出當(dāng)前神經(jīng)科學(xué)的局限性。幾千年以來，人類研究大腦的功能結(jié)構(gòu)一直在困難中跋涉，主要原因是 復(fù)雜精密的活體大腦很難通過直接解剖發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)與外在功能的一一對(duì)應(yīng)。

二.互聯(lián)網(wǎng)為大腦研究帶來突破的曙光

在發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越與人類大腦高度相似時(shí)，我們也提出另一個(gè)更為有趣的設(shè)想，人類大腦是不是已經(jīng)包含一套完整成熟的類互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，有百度谷歌一樣的搜索引擎，騰訊facebook一樣的社交網(wǎng)絡(luò)。也就是說不斷發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)有可能成為解開大腦之謎的關(guān)鍵鑰匙.

因此在2008年9月我們發(fā)表的論文“互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)化規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與分析”中提出了“人腦至少在數(shù)萬年以前就已經(jīng)進(jìn)化出所有的互聯(lián)網(wǎng)功能，不斷發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)將幫助神經(jīng)學(xué)科學(xué)家揭開大腦的秘密?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)將證明大腦中也經(jīng)擁有Google一樣的搜索引擎，F(xiàn)acebook一樣的SNS系統(tǒng)，IPv4一樣的地址編碼系統(tǒng)，思科一樣的路由系統(tǒng)”【1】。

2010年在“互聯(lián)網(wǎng)與神經(jīng)學(xué)交叉對(duì)比研究”提出人類大腦中包含的11個(gè)類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有“ 類SNS應(yīng)用， 類電子商務(wù)應(yīng)用，類twitter， 類威客（witkey）， 類博客應(yīng)用， 類維基百科應(yīng)用，人腦的地址編碼系統(tǒng)，人腦的搜索引擎，人腦的路由協(xié)議，人腦的信用體系， 人腦的信息篩選，整理和推薦機(jī)制”等，

這篇論文中也中對(duì)大腦中的互聯(lián)網(wǎng)問題提出更為詳細(xì)的研究思路，提出應(yīng)該從神經(jīng)心理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)等層面進(jìn)行研究，一方面提煉和總結(jié)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用的運(yùn)行特征，以此為啟發(fā)和索引，設(shè)計(jì)神經(jīng)心理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，在人腦或其他生物大腦中尋找對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)。

以上研究的基礎(chǔ)上，2015年2月我們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)神經(jīng)學(xué)系列文章中提出“腦互聯(lián)網(wǎng)生理學(xué)（ Brain Internet physiology），重點(diǎn)研究大腦中存在的類似于互聯(lián)網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)，使得不斷發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)成為破解大腦生物學(xué)原理的參照系：

腦互聯(lián)網(wǎng)生理學(xué)的研究領(lǐng)域包括但不僅限于大腦中的類搜索引擎機(jī)制，大腦中類互聯(lián)網(wǎng)路由機(jī)制，大腦中的類IPv4/IPv6機(jī)制，大腦神經(jīng)元類社交網(wǎng)絡(luò)的交互機(jī)制，人類使用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)大腦生理學(xué)結(jié)構(gòu)的重塑影響等。”

三.大腦中的互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)象的研究進(jìn)展

1）人類大腦中的搜索引擎問題

我們?cè)?008年的論文中提出人腦中存在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)方案，但直到2010年3月24，我們才在中國科學(xué)院研究生院的互聯(lián)網(wǎng)公開課上完成人腦中是否搜索引擎的實(shí)驗(yàn)測試。在這次課上，我們向來自各院所近50名碩士研究生介紹互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)化理論并完成測試。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果首先發(fā)布在2011年8月16日科學(xué)院網(wǎng)站上和2012年出版的《互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)化論》一書中。在這本書中，我們也對(duì)人腦中是否存在類似Twitter，維基百科，IPv4/IPv6等級(jí)制進(jìn)行了深入探討。

科學(xué)院研究生院玉泉路校區(qū)課堂

我們知道百度和谷歌等類型的搜索引擎工作原理是，第一，每個(gè)搜索引擎用網(wǎng)頁抓取程序（spider）。連續(xù)抓取互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)頁內(nèi)容 第二，搜索引擎抓到網(wǎng)頁內(nèi)容后，提取關(guān)鍵詞，建立索引文件。第三，用戶輸入關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，搜索引擎找到匹配該關(guān)鍵詞的網(wǎng)頁。

PPT展示測試詞匯

根據(jù)這一搜索原理，我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下，第一，使用PPT向參與測試的人員展示5個(gè)詞匯 ，分別為新浪，搜狐，網(wǎng)易，鳳凰網(wǎng)，新華網(wǎng)，第二，展示時(shí)間為3分鐘，供測試人員查看和記憶，第三，向測試的人員提問，分別詢問8個(gè)詞匯是否在剛才的PPT中出現(xiàn)并在問卷中標(biāo)志，這8個(gè)詞匯分別是; 阿里巴巴，盛大，搜狐，新浪，開心網(wǎng)，鳳凰網(wǎng)，騰訊，網(wǎng)易。經(jīng)測試，測試人員回答正確率為98%。

測試回答問卷

我們?nèi)缓笤诳茖W(xué)網(wǎng)的博客網(wǎng)頁開始搜索引擎的實(shí)驗(yàn)過程。第一，同樣在該網(wǎng)頁內(nèi)放置新浪，搜狐，網(wǎng)易，鳳凰網(wǎng)，新華網(wǎng)，附加字符串“%redft098&876hfgt65%”表明該頁面在互聯(lián)網(wǎng)中是獨(dú)一無二的，第二，發(fā)布30分鐘后，百度和谷歌的網(wǎng)絡(luò)蜘蛛查看該頁面并收錄到其數(shù)據(jù)庫中 第三，向百度和谷歌兩個(gè)搜索引擎提問（輸入關(guān)鍵詞），分別查詢8個(gè)詞匯是否在剛才的網(wǎng)頁中出現(xiàn)并做記錄，這8個(gè)詞匯分別是; 阿里巴巴，盛大，搜狐，新浪，開心網(wǎng)，鳳凰網(wǎng)，騰訊，網(wǎng)易。經(jīng)測試，百度和谷歌回答正確率為100%。

對(duì)人的測試出現(xiàn)了2%的誤差，雖然看起來很小，但這個(gè)數(shù)據(jù)里蘊(yùn)含了更多可以證明人腦存在百度和谷歌的證據(jù)，我們將在未來的文章里說明。上述實(shí)驗(yàn)可以重復(fù)進(jìn)行。但無論如何，我們的科學(xué)院同學(xué)已經(jīng)成為“世界第一批證實(shí)大腦中有百度和谷歌的人”

2）人類大腦中的網(wǎng)絡(luò)路由問題

美國南加州大學(xué)神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家拉里·斯旺森和理查德·湯普森將老鼠大腦中與愉悅和獎(jiǎng)勵(lì)相關(guān)的伏核區(qū)進(jìn)行隔離，在同一點(diǎn)同時(shí)注入兩枚“示蹤劑”，分別用于顯示信號(hào)去向和來源。

湯普森花費(fèi)８年多時(shí)間發(fā)明和完善這次研究所用示蹤方法。其他示蹤方法大多只能在一個(gè)位置跟蹤一個(gè)方向一個(gè)信號(hào)。“我們可以在同一個(gè)動(dòng)物身上同時(shí)觀察一個(gè)大腦回路中的４個(gè)連接，”斯旺森說。美國南加州大學(xué)的這項(xiàng)研究報(bào)告已經(jīng)發(fā)表在《國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》。

英國廣播公司（BBC）援引斯旺森的話報(bào)道：“‘從上到下理論’在已有實(shí)驗(yàn)神經(jīng)科學(xué)文獻(xiàn)中占有驚人的統(tǒng)治地位，這一理論可上溯至１９世紀(jì)。”

斯旺森說，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，你可以拿掉互聯(lián)網(wǎng)任何一個(gè)單獨(dú)部分，但網(wǎng)絡(luò)其他部分照常工作，神經(jīng)系統(tǒng)同樣，沒法說某一部分絕對(duì)不可或缺。

斯旺森表示，眼下至少在老鼠大腦伏核發(fā)現(xiàn)不同以往認(rèn)為的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，今后可以用這次研究中使用的示蹤法觀察其他部位，最終繪出整個(gè)大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖。

斯旺森說，繪制整個(gè)大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖是個(gè)無比復(fù)雜的工作，目前不能肯定這個(gè)圖對(duì)解答意識(shí)和認(rèn)知方面難題會(huì)產(chǎn)生何種影響。不過，好比人類基因組項(xiàng)目。人們相信找出人類脫氧核糖核酸（ＤＮＡ）完整序列是研究生物學(xué)的一塊基石，無論花費(fèi)多長時(shí)間都要完成這項(xiàng)工作。

3）大腦中的類社交網(wǎng)絡(luò)問題

大腦中的神經(jīng)元像一個(gè)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)一樣連接在一起。每個(gè)神經(jīng)細(xì)胞都與許多其他的神經(jīng)細(xì)胞相連接，但只有少數(shù)彼此非常相似的細(xì)胞之間會(huì)建立最強(qiáng)有力的聯(lián)系。這些研究結(jié)果發(fā)布在2015年2月4日的《自然》(Nature)雜志上。

該研究小組的領(lǐng)導(dǎo)者Thomas Mrsic-Flogel教授說：“神經(jīng)細(xì)胞形成了一個(gè)稱作為突觸的、令人困惑的連接網(wǎng)絡(luò)——每個(gè)神經(jīng)細(xì)胞有多達(dá)幾千突觸。然而并非所有的突觸連接都是相同的。絕大多數(shù)的都是微弱連接，細(xì)胞只生成了非常少的一些強(qiáng)有力的連接。該研究小組的領(lǐng)導(dǎo)者Thomas Mrsic-Flogel教授說：“我們想知道，是否有一些規(guī)則可以解釋在由數(shù)百萬神經(jīng)元所構(gòu)成的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元之間的連接機(jī)制。結(jié)果表明其中一個(gè)規(guī)則非常簡單。即志同道合則強(qiáng)有力地連接，彼此行為極其不同的神經(jīng)元?jiǎng)t微弱連接或根本不連接。”

4.腦互聯(lián)網(wǎng)生理學(xué)研究的未來

從目前科學(xué)進(jìn)展看，互聯(lián)網(wǎng)作為解開大腦之謎的鑰匙，其跡象越來越明顯，在2010年我們發(fā)表的論文“互聯(lián)網(wǎng)與神經(jīng)學(xué)交叉對(duì)比研究”提出應(yīng)該從神經(jīng)心理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)等層面進(jìn)行研究，一方面提煉和總結(jié)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用的運(yùn)行特征，以此為啟發(fā)和索引，設(shè)計(jì)神經(jīng)心理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，在人腦或其他生物大腦中尋找對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)。

以這個(gè)研究思路為基礎(chǔ)，相信未來我們能夠看得和得到更多大腦互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)生理學(xué)領(lǐng)域的新進(jìn)展。

附錄：

互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)學(xué)（Internet neurology），我們可以這樣定義互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)學(xué)：

基于神經(jīng)學(xué)的研究成果，將互聯(lián)網(wǎng)硬件結(jié)構(gòu)，軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)與信息，商業(yè)應(yīng)用有機(jī)的整合起來，從而構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)完整架構(gòu)體系，并預(yù)測互聯(lián)網(wǎng)沿著神經(jīng)學(xué)路徑可能產(chǎn)生的新功能和新架構(gòu)；根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)不斷產(chǎn)生和穩(wěn)定下來的功能結(jié)構(gòu)，提出研究設(shè)想，分析人類大腦產(chǎn)生意識(shí)，思想，智能，認(rèn)知的生物學(xué)基礎(chǔ)；研究互聯(lián)網(wǎng)和人類大腦結(jié)構(gòu)如何相互影響，相互塑造，相互結(jié)合，相互促進(jìn)的雙巨系統(tǒng)交叉關(guān)系。

如果以腦科學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)為橫坐標(biāo)軸兩端，生理學(xué)和心理學(xué)作為縱坐標(biāo)的上下兩段，互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)學(xué)將由四部分組成： 互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)生理學(xué)，互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)心理學(xué) ，大腦互聯(lián)網(wǎng)生理學(xué)，大腦互聯(lián)網(wǎng)心理學(xué) ，它們之間的交叉部分將形成第五個(gè)組成部分-互聯(lián)網(wǎng)認(rèn)知科學(xué)，他們的關(guān)系如圖二所示。

互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)學(xué)的5個(gè)組成部分簡要介紹

互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)生理學(xué)（Internet neurophysiology）重點(diǎn)研究基于神經(jīng)學(xué)的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)功能和架構(gòu)，包括但不限于互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)感覺神經(jīng)系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)自主神經(jīng)系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)反射弧，基于深度學(xué)習(xí)等算法，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像，聲音，視頻識(shí)別等互聯(lián)網(wǎng)人工智能處理機(jī)制。

互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)心理學(xué)（Internet neuropsychology.）重點(diǎn)研究互聯(lián)網(wǎng)在向成熟腦結(jié)構(gòu)進(jìn)化的過程中，產(chǎn)生的類似神經(jīng)心理學(xué)的互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)象。包括但不僅限于互聯(lián)網(wǎng)群體智慧的產(chǎn)生問題，互聯(lián)網(wǎng)的情緒問題，互聯(lián)網(wǎng)夢(mèng)境的產(chǎn)生和特點(diǎn)，互聯(lián)網(wǎng)的智商問題等。

大腦互聯(lián)網(wǎng)生理學(xué)（ Brain Internet physiology）重點(diǎn)研究大腦中存在的類似于互聯(lián)網(wǎng) 功能結(jié)構(gòu)的地方，使得不斷發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)成為破解大腦生物學(xué)原理的參照系， 包括但不僅限于大腦中的類搜索引擎機(jī)制，大腦中類互聯(lián)網(wǎng)路由機(jī)制，大腦中的類IPv4/IPv6機(jī)制，大腦神經(jīng)元類社交網(wǎng)絡(luò)的交互機(jī)制，人類使用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)大腦生理學(xué)結(jié)構(gòu)的重塑影響等。

大腦互聯(lián)網(wǎng)心理學(xué)(Brain Internet psychology)重點(diǎn)研究互聯(lián)網(wǎng)對(duì)人類大腦在心理學(xué)層面的影響和重塑，包括但不僅限于互聯(lián)網(wǎng)對(duì)使用者產(chǎn)生的網(wǎng)癮問題，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)使用者智商影響問題，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)使用者情緒和社交關(guān)系的影響問題等

互聯(lián)網(wǎng)認(rèn)知科學(xué)（The Internet in cognitive science）可看做互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)生理學(xué)，互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)心理學(xué)，大腦互聯(lián)網(wǎng)生理學(xué)，大腦互聯(lián)網(wǎng)心理學(xué)的組合交叉，重點(diǎn)研究互聯(lián)網(wǎng)和大腦兩個(gè)巨系統(tǒng)相互影響，相互塑造，相互結(jié)合，互助進(jìn)化，從而產(chǎn)生智慧，認(rèn)知，情緒的深層次原理。