大脑中的谷歌、脸书、思科路由与脑互联网生理学

​文/刘锋

本文是互联网神经学系列第五篇-“大脑的类互联网应用和结构，脑互联网生理学”

一.人类大脑研究的困境

大脑的秘密一直是科学皇冠上最明亮的宝石之一，但在两千年前，人们确连它的重要意义还不知道，例如注明的亚里士多德（Aristotle，公元前384—前322）认为神智在心，是心控制着我们的思想，情绪。大约公元前5世纪，地中海科斯岛上托名希波克拉底（Hippocrates）的一群医生被认为是最早发现了脑是神智的载体，在希波克拉底著作中有如下一段话。“人们应当认识到：我们的愉悦、欢乐、笑声和诙谐都来自脑，而且仅仅来自脑；还有我们的忧愁、痛苦及爱恋和哭泣。特别是，我们用脑来思考、观看和倾听，用脑来辨别美与丑、善与恶、欢乐与不快  从这个意义上我认为，脑在人体内具有最大的力量。”

历史上，神经科学家研究大脑之谜主要采用了两条截然不同的思想线路：还原论和整体论。还原论又被称为自下而上的研究方法。该方法试图通过研究单个分子、细胞或回路等神经系统的基础元素的特性来理解神经系统。整体论又被称为自上而下的研究策略。它主要是从研究功能入手来理解神经系统，该方法主要关心的方面是系统的活动如何调节或是反映在行为上。

经过众多神经学领域科学家前赴后继的努力，到20世纪末，神经科学已经获得了长足进展，形成了以动物电、神经元学说、神经系统整合作用理论、脑功能定位观点，细胞生物学和分子生物学为理论基础的脑结构和功能研究方法，

但从文艺复兴到现在，人类对脑认识虽已取得多方面的重大进展，然而困惑依旧存在，例如大脑研究中的整体论如何与还原论相整合的问题，还远未得到解决。似乎迄今为止仍是还原论思想过多地占了上风，在一系列问题上突出地显露出当前神经科学的局限性。几千年以来，人类研究大脑的功能结构一直在困难中跋涉，主要原因是 复杂精密的活体大脑很难通过直接解剖发现其结构与外在功能的一一对应。

二.互联网为大脑研究带来突破的曙光

在发现互联网结构越来越与人类大脑高度相似时，我们也提出另一个更为有趣的设想，人类大脑是不是已经包含一套完整成熟的类互联网系统，有百度谷歌一样的搜索引擎，腾讯facebook一样的社交网络。也就是说不断发展的互联网有可能成为解开大脑之谜的关键钥匙，因此在2008年9月我们发表的论文“互联网进化规律的发现与分析”中提出了“人脑至少在数万年以前就已经进化出所有的互联网功能，不断发展的互联网将帮助神经学科学家揭开大脑的秘密。科学实验将证明大脑中也经拥有Google一样的搜索引擎，Facebook一样的SNS系统，IPv4一样的地址编码系统，思科一样的路由系统”【1】。

2010年在“互联网与神经学交叉对比研究”提出人类大脑中包含的11个类互联网应用有“ 类SNS应用， 类电子商务应用，类twitter， 类威客（witkey）， 类博客应用， 类维基百科应用，人脑的地址编码系统，人脑的搜索引擎，人脑的路由协议，人脑的信用体系， 人脑的信息筛选，整理和推荐机制”等，

这篇论文中也中对大脑中的互联网问题提出更为详细的研究思路，提出应该从神经心理学和神经生理学等层面进行研究，一方面提炼和总结互联网相关应用的运行特征，以此为启发和索引，设计神经心理学和神经生理学实验，在人脑或其他生物大脑中寻找对应结构。

以上研究的基础上，2015年2月我们在互联网神经学系列文章中提出“脑互联网生理学（ Brain Internet physiology），重点研究大脑中存在的类似于互联网的功能结构，使得不断发展的互联网成为破解大脑生物学原理的参照系：

脑互联网生理学的研究领域包括但不仅限于大脑中的类搜索引擎机制，大脑中类互联网路由机制，大脑中的类IPv4/IPv6机制，大脑神经元类社交网络的交互机制，人类使用互联网对大脑生理学结构的重塑影响等。”

三.大脑中的互联网现象的研究进展

1）人类大脑中的搜索引擎问题

我们在2008年的论文中提出人脑中存在互联网应用的实验方案，但直到2010年3月24，我们才在中国科学院研究生院的互联网公开课上完成人脑中是否搜索引擎的实验测试。在这次课上，我们向来自各院所近50名硕士研究生介绍互联网进化理论并完成测试。

实验结果首先发布在2011年8月16日科学院网站上和2012年出版的《互联网进化论》一书中。在这本书中，我们也对人脑中是否存在类似Twitter，维基百科，IPv4/IPv6等级制进行了深入探讨。

我们知道百度和谷歌等类型的搜索引擎工作原理是，第一，每个搜索引擎用网页抓取程序（spider）。连续抓取互联网中的网页内容 第二，搜索引擎抓到网页内容后，提取关键词，建立索引文件。第三，用户输入关键词进行检索，搜索引擎找到匹配该关键词的网页。

根据这一搜索原理，我们设计实验方案如下，第一，使用PPT向参与测试的人员展示5个词汇 ，分别为新浪，搜狐，网易，凤凰网，新华网，第二，展示时间为3分钟，供测试人员查看和记忆，第三，向测试的人员提问，分别询问8个词汇是否在刚才的PPT中出现并在问卷中标志，这8个词汇分别是; 阿里巴巴，盛大，搜狐，新浪，开心网，凤凰网，腾讯，网易。经测试，测试人员回答正确率为98%。

我们然后在科学网的博客网页开始搜索引擎的实验过程。第一，同样在该网页内放置新浪，搜狐，网易，凤凰网，新华网，附加字符串“%redft098&876hfgt65%”表明该页面在互联网中是独一无二的，第二，发布30分钟后，百度和谷歌的网络蜘蛛查看该页面并收录到其数据库中 第三，向百度和谷歌两个搜索引擎提问（输入关键词），分别查询8个词汇是否在刚才的网页中出现并做记录，这8个词汇分别是; 阿里巴巴，盛大，搜狐，新浪，开心网，凤凰网，腾讯，网易。经测试，百度和谷歌回答正确率为100%。

对人的测试出现了2%的误差，虽然看起来很小，但这个数据里蕴含了更多可以证明人脑存在百度和谷歌的证据，我们将在未来的文章里说明。上述实验可以重复进行。但无论如何，我们的科学院同学已经成为“世界第一批证实大脑中有百度和谷歌的人”

2）人类大脑中的网络路由问题

美国南加州大学神经系统科学家拉里·斯旺森和理查德·汤普森将老鼠大脑中与愉悦和奖励相关的伏核区进行隔离，在同一点同时注入两枚“示踪剂”，分别用于显示信号去向和来源。

汤普森花费8年多时间发明和完善这次研究所用示踪方法。其他示踪方法大多只能在一个位置跟踪一个方向一个信号。“我们可以在同一个动物身上同时观察一个大脑回路中的4个连接，”斯旺森说。美国南加州大学的这项研究报告已经发表在《国家科学院学报》。

英国广播公司（BBC）援引斯旺森的话报道：“‘从上到下理论’在已有实验神经科学文献中占有惊人的统治地位，这一理论可上溯至19世纪。”

斯旺森说，大脑中互联网式结构的存在可以解释大脑能克服局部损伤的现象，你可以拿掉互联网任何一个单独部分，但网络其他部分照常工作，神经系统同样，没法说某一部分绝对不可或缺。

斯旺森表示，眼下至少在老鼠大脑伏核发现不同以往认为的神经系统结构，今后可以用这次研究中使用的示踪法观察其他部位，最终绘出整个大脑神经网络图。

斯旺森说，绘制整个大脑神经网络图是个无比复杂的工作，目前不能肯定这个图对解答意识和认知方面难题会产生何种影响。不过，好比人类基因组项目。人们相信找出人类脱氧核糖核酸（DNA）完整序列是研究生物学的一块基石，无论花费多长时间都要完成这项工作。

3）大脑中的类社交网络问题

大脑中的神经元像一个社会网络一样连接在一起。每个神经细胞都与许多其他的神经细胞相连接，但只有少数彼此非常相似的细胞之间会建立最强有力的联系。这些研究结果发布在2015年2月4日的《自然》(Nature)杂志上。

该研究小组的领导者Thomas  Mrsic-Flogel教授说：“神经细胞形成了一个称作为突触的、令人困惑的连接网络——每个神经细胞有多达几千突触。然而并非所有的突触连接都是相同的。绝大多数的都是微弱连接，细胞只生成了非常少的一些强有力的连接。该研究小组的领导者Thomas  Mrsic-Flogel教授说：“我们想知道，是否有一些规则可以解释在由数百万神经元所构成的复杂的网络中神经元之间的连接机制。结果表明其中一个规则非常简单。即志同道合则强有力地连接，彼此行为极其不同的神经元则微弱连接或根本不连接。”

4.脑互联网生理学研究的未来

从目前科学进展看，互联网作为解开大脑之谜的钥匙，其迹象越来越明显，在2010年我们发表的论文“互联网与神经学交叉对比研究”提出应该从神经心理学和神经生理学等层面进行研究，一方面提炼和总结互联网相关应用的运行特征，以此为启发和索引，设计神经心理学和神经生理学实验，在人脑或其他生物大脑中寻找对应结构。

以这个研究思路为基础，相信未来我们能够看得和得到更多大脑互联网神经生理学领域的新进展。

附录：

互联网神经学（Internet neurology），我们可以这样定义互联网神经学：

基于神经学的研究成果，将互联网硬件结构，软件系统，数据与信息，商业应用有机的整合起来，从而构建互联网完整架构体系，并预测互联网沿着神经学路径可能产生的新功能和新架构；根据互联网不断产生和稳定下来的功能结构，提出研究设想，分析人类大脑产生意识，思想，智能，认知的生物学基础；研究互联网和人类大脑结构如何相互影响，相互塑造，相互结合，相互促进的双巨系统交叉关系。

如果以脑科学和互联网为横坐标轴两端，生理学和心理学作为纵坐标的上下两段，互联网神经学将由四部分组成： 互联网神经生理学，互联网神经心理学 ，大脑互联网生理学，大脑互联网心理学 ，它们之间的交叉部分将形成第五个组成部分-互联网认知科学，他们的关系如图二所示。

互联网神经学的5个组成部分简要介绍

互联网神经生理学（Internet neurophysiology）重点研究基于神经学的互联网基础功能和架构，包括但不限于互联网中枢神经系统，互联网感觉神经系统，互联网运动神经系统，互联网自主神经系统，互联网神经反射弧，基于深度学习等算法，运用互联网大数据进行图像，声音，视频识别等互联网人工智能处理机制。

互联网神经心理学（Internet  neuropsychology.）重点研究互联网在向成熟脑结构进化的过程中，产生的类似神经心理学的互联网现象。包括但不仅限于互联网群体智慧的产生问题，互联网的情绪问题，互联网梦境的产生和特点，互联网的智商问题等。

大脑互联网生理学（ Brain Internet physiology）重点研究大脑中存在的类似于互联网 功能结构的地方，使得不断发展的互联网成为破解大脑生物学原理的参照系， 包括但不仅限于大脑中的类搜索引擎机制，大脑中类互联网路由机制，大脑中的类IPv4/IPv6机制，大脑神经元类社交网络的交互机制，人类使用互联网对大脑生理学结构的重塑影响等。

大脑互联网心理学(Brain Internet psychology)重点研究互联网对人类大脑在心理学层面的影响和重塑，包括但不仅限于互联网对使用者产生的网瘾问题，互联网对使用者智商影响问题，互联网对使用者情绪和社交关系的影响问题等

互联网认知科学（The Internet in cognitive science）可看做互联网神经生理学，互联网神经心理学，大脑互联网生理学，大脑互联网心理学的组合交叉，重点研究互联网和大脑两个巨系统相互影响，相互塑造，相互结合，互助进化，从而产生智慧，认知，情绪的深层次原理。