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本文材料很多取自： Nature - Invariant visual representation by single neurons in the human brain 由于觀點極為新穎大膽，請部分當做科幻小說來讀。歡迎關注許鐵更多計算神經科學系列。 人腦里的200億神經細胞，如同浩瀚的星空。星星交替閃爍，構成我們心智的密碼。一百多年里，這都是科學最大的秘密。 人們對神經元放電和人的記憶等心理活動關系的最初認識，來自于上世紀中期的腦外科醫生。 神經科學的創始人之一penfield在做一個外科手術的時候，將一枚電極插入一個女人的大腦里，那個女人忽然間看到了6年前她分娩時候的情景，而且就像真實發生的。這樣一個故事，在那個時代算是天外童話一般，以至于那個醫生把這種現象歸結于：woman is unpredictable...沒有人猜的透女人的想法。。 從那時候起，人類開始明白神經細胞，這種生命系統最神奇的細胞的放電，和我們的內心世界，每一個微小的想法，緊密相連。 神經細胞的放電最終是如何和認知現象相連的，這個基本問題被稱作神經編碼，因為它被歸入信息論。 為什么叫編碼？首先，放電是什么，是神經細胞間在傳遞信息, 好像一個細胞在像另一個細胞喊話。細胞放電的信號可被小小的電極測量，這也是我們唯一能夠掌握的可測量量。這些電生理學家記錄的電信號，就像戰爭里特務使用的密碼本，說的是有關于我們所有的事情，只是我們看不懂。而解碼的過程，就是讀懂這個電信號的密碼本。 這個解密的過程，有一個階段是特別容易的。就是視網膜的編碼，因為這個裝置就是個數碼相機，光線通過眼鏡這個鏡頭，投射到視網膜神經元，每個細胞對應相機的一個像素。但是這個相機的美夢止于第一步。 當神經信號進入下一層，上丘，視皮層，更下一層， 海馬，我們的信心就把打擊的無影無蹤。神經細胞的信號變得雜亂無序，再也構不成一張照片。而我們的感覺，心理活動，其實正是來自這些深層腦區。--所謂相由心生，我們所說的眼見，其實是這些深層腦區的信息。但是當我們直接看這些信號，它們卻一點不像我們看到的。 最近看到一篇十分驚人的nature文章（2005，可能是近年對這種神經編碼的最大突破。它指出的是，深層腦區的編碼，指向抽象的概念，而非具體的圖畫，它就像一個尋找不同事物間不變屬性的計算器，通過不變性形成對事物的概念，然后通過概念的聯系，重構世界。 這個觀點和某些古代哲學家的觀點，柏拉圖和康德，不謀而合。構成世界基礎的是抽象的概念而非具體的事物。 這篇文章首先試圖回答認知科學的核心問題： 為什么人腦能夠在極短時間辨別一個人或者物體，即使這個人和物體處在相當不同的狀態，甚至穿上了馬甲，都可以給他認出來，而且你可以 一下子聯系到和這個人吃的飯，說的話，等等所有細節？ 你認出一個人當然是因為你早就認識這個人，那么，你要懂得負責記憶的核心部位-海馬體。 海馬體，是一個形似海馬的部位。最準確的說法是它是人腦的ram-內存。因為他負責大腦的情景記憶。這個腦區就像一臺小小的攝像機，將發生的事情，時間，地點，人物快速的存入其中，并在較長一段時段保存他們（但是更久遠的多年前的事情存儲在其它部位，這個是由于一個切除海馬的病人的情況獲知的，它記得童年，卻無法形成那個對昨天的記憶，生活在永恒的“當下”）。  海馬-大腦的內存，大腦信息聯系的樞紐--因形似海馬而得名。 它還有一個另外的功能，空間導航（navigation）。這個腦區的神經元會對視覺信號進行加工，形成對一個地點的印象。 這兩個功能看似沒有關聯，實則是一體的。情景記憶無非是時間地點人物，只需在時空坐標上加上對物體的認知就夠了。 你要形成對事物的任何印象，都要先經過這個腦區。一個人，一張桌子，一座大樓，都在這個地方編入記憶，而怎么編入記憶，你只需要聆聽它在說什么。。 當然，沒有什么人會把它的海馬打開讓你插入電極。除了一種情況。。癲癇。癲癇是由于神經細胞的大規模同步放電造成。其實人的神經細胞只有在半死不活的狀態才工作正常，如果它興奮過度，就癲癇了。當然這是一個痛苦的病患，但是這個病卻給讀心術提供了絕佳的甚至唯一的機會，因為治療癲癇的手術需要開顱檢測大腦的電信號，確定過度興奮的區域，這個過程可以持續幾天，在這些日子里，人可以是清醒的。也就恰好給科學家提供了探索的機會。 這個實驗來自2005年的一篇nature文章-Invariant visual representation by single neurons in the human brain. 實驗研究8個患癲癇病的病人。采訪每個人對什么感興趣，是某個美女，還是悉尼歌劇院等。然后呢，當這些人的海馬插入電極的時候，科學家就拿出一個大屏幕，給他們看上面出現的大美女，歌劇院，當然還有路人甲，路人乙，一些無關的動物等等。然后看哪些圖像會引起海馬神經元的反應（放電）。 如果看到一些細胞對大美女反應（放電）了，科學家就再做一次實驗。準備第二組圖像，是這個美女穿衣服，脫衣服，穿不同衣服的，小時候的，打扮成動物的，和其他人活動等等圖片，甚至還有更抽象的他的名字的符號，和錄音。看看這回哪些細胞會反應 。 一個驚人的發現是，科學家發現海馬及周邊區域內的一組固定的細胞， 只要出現和這位大美女相關的圖像，甚至包括抽象的符號， 就會起反應。我們說，這就是這個美女的概念細胞。而這組細胞對不是這個美女的圖像表現的興致全無，幾乎都看不到它們放電。 以下是Nature的示意圖  圖： 第一組實驗，實驗者發現病人腦中一組對Jennifer Anniston（老友記女主演）反應的細胞（開頭那幾張）。無論什么樣的Jennifer Anniston都會引起這組細胞放電，而其他的物體或人出現時候，這組細胞幾乎不放電。那個照片底下的紅色圖表就是放電率。紅色柱比較高就是放電率高。 這組細胞可稱為jennifer細胞。  這組是Halle Berry （第一排）， 無論是她打扮成貓女還是任何發型，都有一組細胞對她敏感，甚至包括了她的名字（第一排末尾），這種抽象符號。 因此這是實驗的第二階段。halle berry 這個概念包括具體的星像，變化的形象，還有抽象的她的符號。  第三組圖片把研究拓展到標志建筑，這個是一組悉尼歌劇院起特定放電的細胞，包括歌劇院的形象和它的英文名。 但是這組實驗效果沒有上一組明顯。 好似看似貌不驚人的研究，卻在提示大腦深層神經細胞的最基本屬性： 大腦深層神經細胞搜索的是概念，是抽象，越是抽象的，就越有效。 不是說某個大美人的臉嗎？ 不是很具體嗎？ 怎么扯到抽象了？ 扯到概念了？ 我們不理解一些東西是因為我們太熟悉。 你見到大美人的一張照片，不代表你對她形成了任何認識，她可能只是在你眼里稍縱即逝的圖像。所謂認知，是一個主動的過程，你用從無數的觀測角度對事物進行結構，把不同的信息綜合。 大美人=女人+美貌+ 名字+年齡+籍貫+她主演的電影+她和誰好， 所以你看到，只要美人的照片對這些抽象的信息解構了，你才對它形成了認識，你把她的信息填入這樣那樣一個抽象的框框里，好想一個好奇人做的問卷調查。 然后呢？ 然后你形成了“她”的概念，不是張三，不是李四，而是她，獨一無二的她，獨一無二的她是什么？ 如果她明天長了三頭六臂還是她嗎？ 你看，這是一個抽象的問題， 就像古代的公孫龍問什么是馬，白馬是不是馬一樣。 而形成她的概念的關鍵是，找到不變量。不變，相對什么不變？ 想對她，即使有一些細節變了，但是你通過對以往關于她大量細節的綜合判定，你依然知道是她，正因為她不會在短時間長出三頭六臂，具有眾多變化中的不變一面，你才得以對她形成認識，形成記憶。 這篇文章，用科學的手段，回答了這個極為關鍵的問題。那些大腦深層的神經元，正是在捕捉紛繁事物間的聯系，形成一個抽象的概念，通過它們，統領了我們對世界的認識。那些如浩瀚繁星般的神經元，不是具體的一張張臉，而是概念的星空。 其實仔細想想，這也是大自然聰明的表現，如果你要想人類設計的笨拙的電腦一樣把一張張圖像分作像素保存，要儲存你每一秒鐘看到的圖像，整整一生時間，需要多少臺電腦？ 如果把它們放進一個個抽象的概念。那么一個具體的畫面，無非是劃過概念空間的一個軌跡，把幾個相關概念鏈接起來就是了。 小明去上學。 小明的信息和學校的信息是早已有之，那么把他兩個之間連個線，就有了小明去上學。 回到起初的問題，海馬是干什么的？ 空間導航！為什么我們會用這個微妙的空間導航器形成記憶？ 空間，坐標，是什么？ 不正是一組事物的聯系嗎（x，y，z）？如果把實物空間變成抽象空間呢？ 把x，y，z，變成名字，籍貫，性別呢？ 是不是很微妙？ 這讓我想到的一個節外生枝的問題是，為什么抽象的學科如數學會如此成功，為什么古希臘的畢達哥拉斯覺得數學的世界才是世界的真實？ 到底是抽象，還是具體，是人類的幻想，抑或都是？ 這些問題回答尚早。 最后，還是說說讀心術，我想讀了上面的，你也可以設計出讀心術的流程。把對應某個概念的特定細胞找到，聆聽她們的聲音。當這組細胞放電，就是它們在回想那個特定概念。如果能找到很多細胞對應的信息并記錄所有它們放電活動，就可以聽到我們的內心。 神經編碼，是神經科學最大的謎團，我想，當然不可能只有一種機制，對它們的理解，將是人類最大的挑戰。但是了解他們可能解除的人類痛苦，也將浩大到不可計數。--美國，歐盟浩大的腦科學計劃的目標，號稱人類第二登月。 這篇nature文章指出的機制簡單到難以置信，正想愛因斯坦曾經說的，這個世界最難理解的地方是它可以理解。 |
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