连接组(Connectome)一书短评

berber
2017-12-31 13:57:30
在连接组学萌芽之前,颅相学对脑区的划分和功能分析已有很久的沉淀,它依赖于原始的神经刺激和神经活动测量。较新的技术是MRI和fMRI无法从更精细的观测,从而难以发掘更精确的神经组织结构与功能的关系。

连接主义建立在一个基本假说之上,即“一个神经元的功能,主要取决于它和其它神经元的连接”。由于其涉及大脑中神经元的微观连接关系,目前的最大瓶颈是观测和分析技术的受限。

连接组是由先天的基因和后天的经历共同塑造的。基因组的先天作用决定了神经元的分裂、移动、伸展和初始连接,即构造了连接组,为后天经历所引起的神经活动提供了基础。如果把连接组类比于河床,神经活动类比于河水;连接组使得神经活动能够流动,而神经活动可以缓慢地塑造连接组,包括重新赋权、重新连接、重新连线和重新生成。连接组和神经活动之间的相互影响具有不同的时间尺度,对大脑功能的塑造相辅相成。

连接组学作为一门新的、行成中的科学,它的基本假设和核心思想的验证依赖于观测技术的突破。这也是目前认知科学理论的难点。在2013年完成本书前,科学家们花费10余年只完成了300个神经元、7000个连接的C. elegans线虫的完整连接组测绘,其连接组规模只相当于人类





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在连接组学萌芽之前,颅相学对脑区的划分和功能分析已有很久的沉淀,它依赖于原始的神经刺激和神经活动测量。较新的技术是MRI和fMRI无法从更精细的观测,从而难以发掘更精确的神经组织结构与功能的关系。

连接主义建立在一个基本假说之上,即“一个神经元的功能,主要取决于它和其它神经元的连接”。由于其涉及大脑中神经元的微观连接关系,目前的最大瓶颈是观测和分析技术的受限。

连接组是由先天的基因和后天的经历共同塑造的。基因组的先天作用决定了神经元的分裂、移动、伸展和初始连接,即构造了连接组,为后天经历所引起的神经活动提供了基础。如果把连接组类比于河床,神经活动类比于河水;连接组使得神经活动能够流动,而神经活动可以缓慢地塑造连接组,包括重新赋权、重新连接、重新连线和重新生成。连接组和神经活动之间的相互影响具有不同的时间尺度,对大脑功能的塑造相辅相成。

连接组学作为一门新的、行成中的科学,它的基本假设和核心思想的验证依赖于观测技术的突破。这也是目前认知科学理论的难点。在2013年完成本书前,科学家们花费10余年只完成了300个神经元、7000个连接的C. elegans线虫的完整连接组测绘,其连接组规模只相当于人类的1000亿分之一。但是连接组的测绘技术正在飞速突破,主要包括了对脑的显微成像技术和海量数据分析技术两方面。

如果能够完成精细的连接组观测和分析工作,绘制出大脑的区域连接组和神经元连接组,就有可能破解结构与功能的映射关系。而如果连接组分析技术证明连接主义基本理论的成立,就创造了一系列新的可能:破译大脑记忆组织方式从而读取记忆,通过药物等方式引导连接组的重新赋权、重新连接、重新连线和重新生成,预防、控制和矫正神经疾病。甚至可能在基于原子“控制世界”和基于基因组“控制肉体”的基础上,基于连接组“重塑心灵”。

最后,作者探讨了基于连接组实现“终极幻想”的图景,保存大脑信息,即人的心智。使用冷冻/塑化重新活化技术或者实现数字化的意识上传技术。但是,对于后者,作者对其实现的可能性存疑:因为如果发现神经元之间的相互作用超出了突触的范畴,就不得不推翻“你就是你的连接组”这一假设,对大脑的模拟将需要精确到原子尺度,而无论是从计算规模、微观尺度的测不准原理、还是作为复杂系统对初始条件的无限敏感性,都使得完全复现变得不可能。

在AI超人和奇点临近“理论”盛行的今天,合上本书,我理解本书兼顾了认知科学的科普和基于较严密分析的未来学,解读了连接主义和连接组学的基本思想、作用和实证方法,有利于加深对(人工)神经网络技术发展和革新的理解。但对于未来学的部分,如何分析仁者见仁智者见智,到最后都上升为对技术爆炸的期待或者信仰。
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