复杂动物的标准脑模型

埃隆·马斯克（Elon Musk）创立的脑机接口公司Neuralink是媒体的宠儿，他们的每一个微小进步都会被广泛报道，因为大家对于“行为控制”和“意识上传”这类原本仅属于科幻范畴的概念有着强烈的兴趣。2023年3月初，多家媒体爆出了一个令人惊讶的消息，原来美国FDA从来没有批准过Neuralink提出的任何一项人体实验申请，看来这家公司开发的脑机接口距离实用还远着呢。

FDA担心的主要是手术的安全性问题，但实际上Neuralink在技术上的差距也是非常明显的。从理论上讲，目前最好的脑机接口也只能同时连接3072个脑神经元，实在是太少了。要知道，人脑中一共有大约860亿个神经元，每个神经元都和另外几十甚至成百上千个神经元通过神经突触发生连接。面对数量如此庞大的脑神经元集群，区区3000多个神经元所能提供的信息甚至连管中窥豹都算不上。

事实上，神经网络的复杂性是脑科学研究所面临的最大困难，所以目前的脑神经研究者们只能把大脑当成一个黑匣子，通过核磁共振或者脑电波等低分辨率的研究手段间接地猜测大脑内究竟发生了什么。

要想从根本上解决这个问题，画出大脑的神经连接组（Connectome）是唯一的办法。顾名思义，神经连接组和基因组或者蛋白质组一样，都是通过穷尽法，把大脑内所有神经元的位置和性质，以及每一个神经突触的具体信息都画出来。考虑到神经元的微小体积和神经网络的复杂性，这样的神经连接组是非常难画的。截止到2022年底，仅有秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）、杜氏阔沙蚕（Platynereis dumerilii）和玻璃海鞘（Ciona intestinalis）的幼虫这3种低等生物的神经连接组被成功地画了出来。

2023年3月9日出版的《科学》（Science）杂志刊登了一篇重磅论文，来自美国约翰·霍普金斯大学和英国剑桥大学的科学家们通力合作，花了12年的时间终于把一只黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）幼虫的神经连接组画了出来。这只幼虫刚刚孵化出来6个小时，其大脑只有大约一粒小米那么大，便已包含3016个神经元，以及54.8万个神经突触，其复杂性大大超出了人类想象，需要借助高性能计算机才能把这个连接组完整地画下来。

这是人类画出的第一个复杂动物的脑神经连接组，具有划时代的意义。果蝇行为复杂，其大脑也分为左右两个半球，基本结构已经和人脑相当接近了。更重要的是，果蝇是遗传学的模型动物，其基因组已经被研究得十分透彻。这项最新成果则把果蝇升级为神经科学的模型动物，脑科学家们可以将其视为复杂动物的标准脑，并在此基础上逐一分析每个神经元的作用和功能，为将来有一天彻底打开人脑这个黑匣子做好准备。

虽然这张图才刚刚完成，但科学家们已经通过初步分析得出了一些有趣的结论。比如，果蝇大脑的基本结构是分层的，但也有一部分神经网络在相距较远的层级之间建立了捷径，这一点和目前用于机器学习的计算机网络在结构上是非常相似的，说明人工智能研究者们提出的解决方案和自然进化是殊途同归的。

接下来的问题是，我们距离彻底解开人类智慧的秘密还需多长时间呢？答案恐怕并不乐观。要知道，光是小鼠的大脑就要比果蝇的复杂100万倍，人脑又要比小鼠大脑复杂成千上万倍，仅凭目前的计算能力是远远不够的，期待意识上传的朋友们恐怕要失望了。 大脑