人類即將迎來了解大腦神經(jīng)網(wǎng)絡結構神秘世界的曙光！
哈佛大學神經(jīng)科學家和谷歌工程師，發(fā)布了第一張人類大腦部分的神經(jīng)網(wǎng)絡連接圖，大約針頭大小的人類大腦組織用重金屬染色，切成 5,000，并在電子顯微鏡下成像。雖然這立方毫米的組織僅占整個人類大腦的百萬分之一。但是，描繪它的神經(jīng)細胞、血管等大量數(shù)據(jù)量達到1.4 PB（計算機存儲單位1.4 PB=1024TB）。
神經(jīng)元被涂上了不同的顏色來區(qū)分連接
科研人員繪制的人類大腦皮層3D結構
科研人員采用了5中顏色區(qū)分不同的突觸
雖然僅僅是繪制了很小一部分大腦神經(jīng)結構，但是對于神經(jīng)醫(yī)學的科研人員來說，“這就像發(fā)現(xiàn)了一個新大陸”，對于人類生命科學的進步也將意義非凡！
科研人員一直致力創(chuàng)建和研究一個完整的或部分大腦內(nèi)所有神經(jīng)連接的綜合圖。因為，大腦物質(zhì)相關的所有神經(jīng)活動都是通過神經(jīng)連接完成的，它是了解人類如何思考、感覺、移動、記憶、感知等的關鍵核心。
神經(jīng)連接映射
神經(jīng)連接
人類有史以來創(chuàng)建的最詳細和復雜的神經(jīng)連接，這僅僅由一立方毫米的人類大腦皮層編譯。
一、揭示人類復雜性的奧秘。
人類大腦共有 860 億個神經(jīng)元：690 億個小腦，小腦是大腦后部的一個致密塊，負責協(xié)調(diào)基本的身體功能和運動；160 億在大腦皮層，負責我們最復雜的智力和才能，例如自我意識、語言、解決問題和抽象思維；另外10 億在腦干及其延伸到大腦核心的部分。
人類大腦的每一個神經(jīng)元都與其他神經(jīng)元之間會有數(shù)十個至上千的連接，但并非每個連接都是重要的，因為在這個龐大的網(wǎng)絡中神經(jīng)元與其他神經(jīng)元建立了數(shù)千個連接通常具有重疊替代功能。例如，這就是為什么有些人中風會導致數(shù)以千計的神經(jīng)元消失而不會失去記憶。
人類大腦的神經(jīng)元連接結構如此復雜， 860 億個神經(jīng)元，每一個神經(jīng)元都與其他神經(jīng)元之間會有數(shù)十個至上千的連接，甚至于神經(jīng)元的連接也有可能拓展至量子領域，計算這種網(wǎng)絡結構的復雜性已經(jīng)不亞于天文學和量子力學的計算量，這也是人類大腦可以用無數(shù)種方式做事的根本原因。
但是，理論上人類的行為在生物學上是可以預測的，雖然還有很長的路要走。宏觀與微觀在本質(zhì)上能否統(tǒng)一，對科學家而言，解析更復雜的大腦看似無限的互聯(lián)是一項極其宏偉的挑戰(zhàn)，考驗著人類和人工智能的極限。
二、揭示人類智能與其他生物的本質(zhì)區(qū)別。
大象大腦的大小是人類的三倍，大象的小腦中有2510億個神經(jīng)元，負責管理巨大的軀干，而皮質(zhì)層中僅有56億個，不足人類三分之一。靈長類動物可以將比其他哺乳動物將更多的神經(jīng)元裝入大腦皮層，例如與大象和鯨魚相比，類人猿大腦很小，但它們的皮質(zhì)卻要密集得多，猩猩和大猩猩有90億個皮質(zhì)神經(jīng)元，黑猩猩有60億個。
人類的大腦在皮質(zhì)層中擁有 160 億個神經(jīng)元，遠比地球上任何其他物種都要多。這是人類和非人類大腦之間最明顯的區(qū)別。大腦的智能程度與大腦架構有關，而不僅僅是重量和大小。
人類的大腦比大象或鯨魚的大腦小得多。但是，人類大腦皮層中的神經(jīng)元比任何其他動物的皮層中都多得多。
人類大腦的獨特之處還在于其無與倫比的貪食。雖然它只占體重的 2%，但人腦在休息時消耗了身體總能量的 20%，而且人類以大腦為中心的葡萄糖轉(zhuǎn)運基因在人類腦組織中的活性是黑猩猩大腦中的 3.2 倍。相比之下，黑猩猩的大腦只需要人類大腦消耗能量的一半。
除此之外，人類的大腦在不斷地進化激增，盡管擴張的機制長期以來一直是個謎，但是來自解剖學的證據(jù)卻毋庸置疑！人類大腦進化的激增是我們與其他動物相比異常高智商的關鍵原因。
三、對人類大腦的映射將促進人工智能的再次飛躍。
覆蓋大腦表面的錯綜復雜的褶皺形成了大腦皮層，這是一塊比薩餅大小的組織。它是人類大腦的中央處理器。這張大約三毫米厚的皮層薄片由一系列重復的模塊或微電路組成，類似于計算機芯片中的邏輯門陣列。每個模塊大約 100000 個神經(jīng)元組成，這些神經(jīng)元排列在復雜的互聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡中。不同大腦區(qū)域的模塊專門用于視覺、運動或聽覺等特定目的。
新技術的突破使研究人員能夠分析大腦模塊內(nèi)的神經(jīng)元如何相互作用，雖然還僅限于小范圍的應用。但這是人類歷史上第一次，能力詢問大腦的模塊，而不僅僅是猜測。
神經(jīng)元結構
雖然人工智能并不是一個新想法，但是目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡的連接規(guī)則幾乎肯定與大腦采用的規(guī)則不同。當今的神經(jīng)網(wǎng)絡由前饋架構組成，其中信息通過一系列層級從輸入流向輸出。每一層都經(jīng)過訓練以識別某些特征，例如眼睛或胡須。然后該分析被前饋，每個連續(xù)層對數(shù)據(jù)執(zhí)行越來越復雜的計算。
但是這種前饋結構忽略了生物系統(tǒng)的一個重要組成部分：反饋，無論是在單個層內(nèi)還是從高階層到低階層。在真正的大腦中，皮層的神經(jīng)元與其相鄰層的神經(jīng)元相連，形成了一個極其復雜的循環(huán)網(wǎng)絡。反饋與前饋的神經(jīng)連接一樣多，是人類大腦皮層網(wǎng)絡一個非常重要的功能。
雖然，目前神經(jīng)科學家還不能準確地理解這些反饋回路在做什么，但是反饋電路有才能賦予機器我們認為人類獨有的特征---意識！！
當前最重要的是需要對神經(jīng)元和連接活動進行大規(guī)模映射，但這項任務極具挑戰(zhàn)。僅從數(shù)據(jù)存儲上來說—每立方體毫米大小的腦部組織神經(jīng)結構需要計算機1-2PB的數(shù)據(jù)。然而最大的挑戰(zhàn)是：從算法上弄清楚這些神經(jīng)元之間連接的規(guī)則以及連接所代表的含義。
但是一旦該項工作被人類攻克，那將會是生命科學顛覆性成果，雖然科學的穆朗瑪峰難以逾越，但是僅需一次就夠了。
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