本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
还有人记得“脑的十年”吗？年轻人不记得了，但也许我那些爱发牢骚、脾气暴躁的科学爱好者同伴们还记得。1990年，迅猛发展的神经科学学会说服国会将90年代命名为“脑的十年”。正如乔治·布什总统所说，其目标是提高公众对“三磅重、相互交织的神经细胞团”研究的认识和支持，这个细胞团是“人类智慧的所在地、感觉的解释者和运动的控制器”。
托斯滕·维厄塞尔是这项公关噱头的反对者之一，他因在视觉的神经基础方面的工作而获得了1981年诺贝尔奖。1998年，我为我的书《未被发现的意识》采访他时，他抱怨说“脑的十年”是“愚蠢的”。维厄塞尔说，科学家“至少需要一个世纪，甚至可能需要一千年”才能理解大脑。“我们正处于脑科学的开端。”
当我读到美国和欧洲新的大型神经科学计划时，我想起了维厄塞尔易怒的评论。1月份，欧盟宣布将在未来十年向“人类脑计划”投入超过10亿美元，该计划旨在构建一个大规模的计算机大脑模拟。据《纽约时报》报道，该项目涉及150多家机构。与此同时，据报道，贝拉克·奥巴马总统计划投入超过30亿美元用于一个类似的项目，名为大脑活动图。
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一些科学家正在以让我回想起维厄塞尔和“脑的十年”的方式批评这些大型计划。《纽约时报》引用了大脑研究员海姆·索姆波林斯基对“人类脑计划”的评价：“其言论是，在十年内，他们将能够在计算机中逆向工程人类大脑。这是一种幻想。十年内什么都无法接近它。”
神经学家唐纳德·斯坦告诉《泰晤士报》，美国的绘图项目是基于一种“充其量是过时，最坏情况是完全错误的”大脑观点。“寻找可以代表大脑功能的稳定神经通路路线图是徒劳的。”
瑞士联邦理工学院的亨利·马克拉姆是“人类脑计划”的负责人，多年来一直吹嘘他的计算机模型“蓝脑”。但是正如我三年前指出的那样，他的计算机模拟无法执行任何认知功能，例如看、听、记忆、决定，因此无法判断它们是否捕捉到了大脑的基本特征。
我将马克拉姆和其他人的模型比作神经科学家喜欢用作镇纸的塑料大脑。另一个类比是美拉尼西亚货物崇拜部落在二战期间被日军和美军占领后，用棕榈叶、珊瑚和椰子壳建造的“飞机”。不能思考的“大脑”就像不能飞的“飞机”。
尽管我们拥有所有精密的仪器和理论，但我们自己的大脑在许多方面对我们来说仍然像一架货机对那些美拉尼西亚人一样神奇而神秘。神经科学家无法模仿大脑，因为他们缺乏对大脑如何运作的基本理解；他们不知道在模拟中应该包含什么，应该省略什么。
大型脑科学项目的支持者将它们比作人类基因组计划。这种类比有两个问题。首先，基因组计划是一项令人印象深刻的技术成就，但自10年前完成以来，它未能带来任何重大的医学突破。[见附言。] 此外，基因组计划建立在对遗传学的基本理解之上。早在基因组计划启动的几十年前，研究人员就破译了遗传密码，即DNA中特定碱基对序列产生特定蛋白质的规则集。
神经科学家相信大脑是根据“神经代码”运作的，神经代码是将生理神经过程转化为知觉、记忆、情感、决策和认知其他组成部分的规则或算法。然而，到目前为止，神经代码仍然难以捉摸，说得委婉一点。
神经代码通常被比作数字计算机操作系统底层的机器代码。根据这个类比，神经元充当开关或晶体管，吸收和发射电化学脉冲，称为动作电位或“尖峰”，类似于数字计算机中的基本信息单元。
但大脑与任何现有计算机都截然不同且更加复杂。典型的大脑包含1000亿个细胞，每个细胞通过突触与多达100,000个其他细胞相连。突触中充满了神经递质、激素、神经生长因子和其他影响信号传输的化学物质，突触不断形成和溶解，因新的体验而减弱和增强。研究人员最近确定，不仅旧的脑细胞会死亡，新的脑细胞也会通过神经发生形成。
神经元远非像晶体管那样从共同的模具中冲压出来，而是表现出令人眼花缭乱的各种形式和功能。研究人员仅在视觉系统中就发现了数十种不同类型的神经元。而且，我们不要忘记所有不断开启和关闭，从而进一步改变大脑运作的基因。
假设人脑中的每个突触每秒处理十个动作电位，并且这些交易代表大脑的计算输出，那么大脑每秒至少执行一千万亿次运算。一些超级计算机已经超过了这种信息处理能力，这鼓励了人工智能爱好者的说法——特别是雷·库兹韦尔和其他奇点崇拜的成员——计算机很快就会变得比它们的创造者更智能。
但大脑可能在低于和高于单个神经元和突触的许多层面上处理信息。事实上，一些研究人员怀疑，每个单独的神经元与其说像晶体管，不如说更像一台计算机本身，从事复杂的信息处理。此外，大脑可能采用许多不同的信息编码方法。
第一个神经代码候选者是英国神经生理学家埃德加·阿德里安在1920年代发现的。当阿德里安增加触觉神经元的压力时，它们的放电频率增加。这种所谓的速率编码现在已经在许多不同的动物身上得到证明，包括智人。但速率编码是一种粗糙、低效的信息传递方式，类似于仅通过以不同的音高哼唱来交流。
因此，神经科学家长期以来一直怀疑大脑采用了更微妙的编码。在所谓的时序编码中，信息不仅以细胞的放电频率表示，而且以尖峰之间的精确时间表示。例如，速率编码将尖峰序列 010101 和 100011 视为相同，而时序编码则假设这两个序列具有不同的含义。
在更宏观的层面上，研究人员正在寻找涉及许多神经元相关放电的“群体编码”。已故的弗朗西斯·克里克赞成一种涉及许多神经元以相同的速率和完全相同的时间放电的编码，这种现象称为“同步振荡”。其他人则认为，信息不是由尖峰本身携带的，而是由电磁场携带的——电磁场是由数百万个电化学脉冲产生的——不断地扫过大脑。
然而，到目前为止，任何特定代码的证据仍然是初步的。大脑可以使用所有这些代码，也可以一个都不用。更复杂的是，人工耳蜗和其他假体的研究表明，大脑可能会针对新的刺激设计新的代码。鉴于所有这些困惑，您会明白为什么一些神经科学家担心破解神经代码可能需要很长时间。也许一个世纪或更长的时间。
在所有科学领域中，神经科学最有可能产生革命性的发现，具有巨大的哲学和实践意义。（粒子物理学已经过时了。） 乐观主义者无疑会说，“人类脑计划”和“大脑活动图”——通过增加资金和合作——可能有助于我们破译神经代码，或多种代码。但我担心这些大型、备受炒作的计划最终会像“脑的十年”一样令人失望。它们非但不会提高神经科学的地位，反而可能损害其可信度。
自我抄袭警报：这篇文章包含了几篇先前文章和《未被发现的意识》中的散文。这些段落写得如此完美，以至于我没有看到任何改进的必要。
图片：Saad Faruque，Flickr。
附言：一些读者质疑我的说法，即人类基因组计划“未能带来任何重大的医学突破”。以下是《纽约时报》的尼古拉斯·韦德在2010年所说的话，他对遗传学的报道即使有所夸大也是积极的：“在比尔·克林顿总统宣布人类基因组草图完成十年后，医学界尚未看到任何大部分承诺的好处。对于生物学家来说，基因组带来了一个又一个富有洞察力的惊喜。但耗资30亿美元的人类基因组计划的主要目标——找出癌症和阿尔茨海默病等常见疾病的遗传根源，然后产生治疗方法——在很大程度上仍然难以捉摸。事实上，经过10年的努力，遗传学家在了解在哪里寻找常见疾病的根源方面几乎回到了原点。” 韦德的评估仍然成立。基因组计划本应导致基因疗法，可以治愈或治疗由基因突变引起的疾病。去年夏天，欧洲卫生官员批准了一种基因疗法，用于治疗一种影响约百万分之一人的脂质相关疾病。到目前为止，美国尚未批准任何基因疗法进行商业销售。我重申：人类基因组计划未能实现其承诺，并且它比新的脑科学项目具有更强大的科学基础。我反对资助遗传学和神经科学吗？当然不是。这项研究的潜力是如此巨大，以至于我们永远不能停止支持它，即使回报来得很慢。但正因为这项研究至关重要，所以应该以诚实的方式进行宣传。
后记之后：亨利·马克拉姆在下面的评论中批评了我对“人类脑计划”的批评，他是该计划的“协调员”。他称我的观点是“胡说八道”和“令人难以置信的”，他敦促我和其他批评者“稍微提升一下你们的讨论——这听起来像巴比伦之家……也许我们可以走出黑暗时代”。如果我不了解马克拉姆的历史，我可能会认为他的咆哮是一个冒名顶替者发布的，目的是让他看起来很糟糕。但他的评论让人想起他在2009年对达门德拉·莫德哈的谩骂，莫德哈是IBM模拟猫脑项目的负责人。在莫德哈受到一些积极关注后，马克拉姆称猫脑模型是“骗局”， “离猫脑还差得很远，甚至离蚂蚁的大脑的复杂程度都差得很远。莫德哈误导公众，让人们相信他们实际上模拟了猫的大脑，这是非常不道德的。绝对令人震惊。” 好吧，莫德哈确实有夸大宣传之嫌。但莫德哈的夸大宣传与马克拉姆的相比就相形见绌了。就在他抨击莫德哈的几个月前，马克拉姆在TED大会上说：“建造人脑并非不可能，我们可以在10年内做到。”他在下面的评论中更加夸大其词，称“人类脑计划”是“可能是资助历史上审查最严格的提案”。我发现，令人难以置信的是，欧盟在一个由如此缺乏信誉的人领导的项目上投资了超过10亿美元。