《連接組：造就獨一無二的你》
作者: [美] 承現峻
序：最后的前沿
人的大腦組成不僅僅被基因組決定，更被連接組決定。基因組代表先天因素，從父母遺傳而來無法輕易改變；而連接組象征后天因素，是經過無數外界信息塑造后的大腦。
引言
一個連接組不是一條連接，而是所有的連接。
心靈和思維不同，正是因為連接組之不同。
人的基因組是固定的（暫且不論表觀遺傳，可參看推薦表觀遺傳學著作《遺傳的革命》），但大腦神經的連接組在一生中始終改變（可參看尼古拉斯·卡爾《淺薄》）：
重新賦權：神經元調整彼此之間連接強弱的比重
重新連接：創造新的突觸或者去掉突觸
重新連線：改變原來連線的結構
重新生成：新神經元不斷產生，舊神經元不斷死去，使得連接重建
連接組理論不是宿命論，認為連接組可以由我們的行為和思維來塑造，我們無時無刻不在影響大腦的連接結構。
總之：你不只是你的基因組，你是你的連接組。
但還有種說法：你是你所有神經元的活動。它更強調的是動態的自我，認為僅僅研究一個靜態（死去后的）大腦其神經元的連接模式是不夠的。不過這樣的說法并不正確，以為人既有動態的、時刻在變的自我，也有靜態的自我——穩定的個性，這就好比流動的河水與穩定的河床的關系，誰也離不開誰。
但連接組太復雜了，人大腦神經的連接數量是人基因組的100萬倍。
第一部分 尺寸重要嗎？
一 從天才到瘋子
早期顱相學認為大腦越大的人智商越高，但這只是統計學上的關系，并且大腦尺寸與智商高低的關系較弱，無法適用到個體上。
但它提出了一個有益的假說：心智的差異，是由于大腦的差異。
后來的顱相學將大腦分區定位，每個皮層區域對應不同的心智功能，并且有很多病例可以應證。甚至大腦兩個半球雖然如此相似，但它們的功能是截然不同的。
這表明心志功能確實是模塊化的。
后期顱相學認為皮層不同區域的尺寸大小可以對應某一心智功能的高低，但依然和整體尺寸一樣，相關性太弱，無法運用到個體上。
但研究發現，自閉癥患兒的大腦會更大，精神分裂者患者的大腦會更小。
二 邊界爭端
心智鍛煉會使皮層組織增大，就像身體鍛煉會使肌肉發達一樣，這說明后天經歷確實會引起大腦結構的改變，但相關性依然不強。
通過對腦損傷病人（中風患者的恢復；切除小兒癲癇患者的半球，他們在術后都恢復得很好）的跟蹤研究，發現受傷的大腦會重新規劃功能區域。這說明實現某些功能的皮層受傷或切除后，其他皮層替代了受損的區域。
幻肢現象正是由于皮層的重新規劃而導致的：如某一肢體被截掉，它在皮層上的領地就會失去功能，而其他領地會入侵它的地盤。比如小臂被截掉，臉和大臂的領地會入侵，從而刺激人的臉和大臂也能引起小臂的感覺。
不過普通學習引起大腦的重新規劃的理論，其相關性依然較弱。
心智水平幾乎不依賴于神經元的數量，而更依賴于它們的組織結構。
心智功能廣泛地分布在整個皮層上，所有皮層都有潛力去負責其他功能。這就像是一個工廠，每個工人有自己的專門分工，但他們卻有同樣的潛力。
fMRI（功能性磁共振成像）測量的是基于血樣水平的信號，圖像的“亮區”表明這個地方在一項任務中比在另一項任務中使用更多，而圖像的其他地方并不處于閑置狀態，因為每幅圖像是由兩幅相似圖像相減得到的，說明其他地方活躍的情況類似，而只有這個地方活躍的情況發生改變。
第二部分 連接主義
三 神經元不孤單
每個神經元都會同時與其他上千個神經元連接，形成緊密的網絡。
神經元接觸的地方叫做突觸，但兩個神經元其實沒有真正接觸對方。發送方的神經元會分泌神經遞質（已發現一百多種神經遞質）給接收方神經元，神經遞質就像是鑰匙，有特定的分子結構，而接收方神經元的受體則有相應的鎖孔，如果吻合就能激活。
毒品會改變人的心智，正是因為毒品的分子結構有可能與神經遞質很像。
這種化學信號的速度很慢，但它們要穿過的距離極短——就是突觸間的那條窄縫。
除了神經元之間的化學信號之外，大腦里還有電信號，它們在神經元內部傳遞。
神經元有兩種神經突：樹突又短又粗，有很多分支；軸突只有一條，又長又細。樹突是突觸的接收端，而軸突是發送端。
在一個神經元內部，電信號從樹突流向胞體，進而流向軸突。化學信號則從這個神經元的軸突跨到下一個神經元（外部）的樹突。以此類推。突觸就是把一個電信號轉換成化學信號，然后再把它轉換回電信號。
電信號不能直接傳到下一個神經元，它要被轉換成化學信號才能達到下一個神經元。
但幾乎所有的突觸都是很弱的，神經遞質的分泌不足以達到激發一個電鋒所需的水平，但多個突觸聚合起來就能夠做到。這就像是投票，當總票數超過一個閾值，軸突就會產生一個電鋒。
強突觸會造成大電流，弱突觸造成小電流，一個突觸的強度意味著它在神經元決策過程中的投票權重。
還有興奮性突觸和抑制性突觸，抑制性突觸會使電流流出神經元，阻止產生電鋒，甚至有些抑制性突觸非常強，能一票否決。這種“贊同”和“反對”的機制也參與了神經元決策的權重。
鎮靜劑的原理就是增強抑制性突觸的作用。
但沒有電鋒產生是很關鍵的，是大腦與只能換的必要要素，不會使得你的身體隨意觸發各種動作。有兩種機制可以阻止神經元胡亂產生電鋒：提高出鋒閾值和增加突觸抑制。
簡單零件的組合可以變得很聰明，因此盡管神經元如此簡單，但它組成的大腦卻如此高級。
但舉個例子，看到蛇的時候，你的腿做出反應而不是唾液，但軸突沒有任何路由，而是把電鋒發送給所有的突觸，它們怎么做到只讓你的腿動而不是其他地方動呢？電鋒只是一個脈沖，沒有攜帶要達到的地址，這是個不解之謎。
四 一路向下，全是神經元
心靈的整體性是幻象，自我的概念應該總結為“我是群體”。
一個神經元可以對應一種抽象的想法，一個神經元群體可以定義一個活動模式，而可能的模式數則是巨大的。因此如果能觀察到你所有的神經元活動，就能解碼出你的所思所想。
一個神經元（整體的）檢測某個想法的過程，是把這個想法視作一系列局部的組合。局部可以不斷分解，最終會得到無法再分解的刺激——一些光點，這由最下層的神經元檢測，沿著層級越向上，神經元依次檢測越復雜的刺激。
檢測整體的神經元，從檢測器局部的神經元那里接受興奮性突觸；檢測局部的神經元，向檢測其整體的神經元那里輸送興奮性突觸。
這就是連接主意：既包括輸入，也包括輸出。就像是科學新想法是建立在別人的舊想法上，但科學活動還包括讓其他人接受這個新想法。
神經元會形成細胞結集，里面的很多神經元彼此有連接。而細胞結集之間也會通過共通的神經元有連接，這叫做重疊。這種連接造成了聯想能力，但重疊過多會造成回憶混亂，因此神經元設有高激活閾值，只有得到足夠的“贊成”才能激活，但這也造成了會議的難度加大。
對于信息過載造成的記憶障礙可以如此解釋：
1，每個神經元可以對應一種抽象想法，
2，它們彼此連結成胞體，當一個神經元激活時會同時激活胞體內的其他神經元，形成聯想
3，胞體之間也由某一或某些神經元互相連結，構成彼此連結的胞群，
4，為了避免多個胞群被同時激活（造成記憶混亂），神經元記憶系統設有激活閾值。
但信息過載會造成胞群之間連接太緊，沒有合適的閾值可以激活某一個胞群形成準確的記憶。而激活過多胞群會導致記憶混亂，無法激活胞群則導致回憶困難。
總而言之，即使人有一千億個神經元，但儲存太多無用信息依然會造成記憶障礙。在這個信息過載的時代，如果渴望什么都知道，那么結果可能是什么都不知道。所以，該適當地放棄某些東西。
除了細胞結集還有突觸鏈的結構，不同的是，細胞結集中神經活動是雙向的，但突觸鏈的神經活動有特定方向。
這些生理上的連接正是心理上的聯想的物質基礎。
五 記憶的形成
神經連接能夠穩定地在很長一段時間內保持形狀，但又具有足夠的可塑性以供改變。
突觸可以增強，也可以減弱，這叫重新賦權。突觸本身也可以新生或消失，這叫重新連接。這兩種類型的連接組變化貫穿我們的整個生命，記憶是通過新生突觸來存儲的。
如果兩個神經元反復地同時被激活，它們之間的連接就會雙方向地增強。
如果兩個神經元反復地相繼被激活，從先被激活的那個神經元通向后被激活的那個神經元的連接就會但方向地增強。
當一個神經元反復解惑，而另一個神經元卻不激活時，它們之間的連接將被削弱。當某些突觸增強，并消耗更多資源時，其他突觸因得不到資源而減弱——出于經濟的目的，大腦必須消滅那些無用的突觸。
突觸的形成是一個隨機過程，神經達爾文理論可以說明：
1，大腦內隨機創建新生突觸
2，根據上述三條激活的原則（適者生存），它們最終形成細胞結集或突觸鏈
因此突觸的創建雖然看起來是智慧的，卻實際上是隨機形成的，只是那些不被需要的都自然淘汰了。也就是說在發育的早期，連接是無選擇性的，突觸的消滅過程改善了連接，使連接更加具有針對性。
——一個新的突觸只有在對記憶有用的情況下才能存活，這就是神經達爾文主義。
持續的電鋒是短期記憶層——好比內存，而持久的連接則是長期記憶層——好比硬盤。硬盤的優勢在于持久性，而內存的信息則是可變的、可以非常高速地修改。
因此，神經活動假使停止，連接組的長期記憶不會受損，但最近的信息卻會丟失。
一個由重新賦權（對應短期記憶）來存儲的記憶，可能會被進一步固化，改由連接（長期記憶）來存儲。
（這似乎能來解釋為什么老年癡呆患者，能記起久遠的事，卻記不得最近發生的事，因為被固化的連接是持久的，而他們的“內存”出現了問題）
第三部分 先天與后天
六 基因森林
基因強力地影響著生理特征與智力，甚至性格。
大腦的發育分四個步驟：神經元形成，移動到合適的位置，伸展出分支，建立連接。
雖然連接組的最終的整體形態是由基因決定的，但具體的分支模式將在很大程度上是隨機的，而且受到環境條件的影響，也即經歷開始參與塑造連接組。
大腦在發育過程中會破壞連接，即某些分支被修剪掉。這很重要，因為“創造行為”包含創造和毀掉兩部分，比如寫文章時，會先把所有想法全部寫出來，而寫作和編輯過程是在刪減。完美并不是指沒有什么可加的，而是沒有什么能減的。
突觸被消滅的主要驅動力可能就是經歷，即突觸形成是基本隨機的，而消滅卻是由經歷導致的。大腦的關鍵在于組織結構，而不是突觸數量。
七 更多潛力
一個區域的功能在很大程度上取決于它與其他區域之間的連線，改變連線就可以改變功能。這也說明一個皮層腦區具有學習任何功能的潛力。
大腦是朝著經濟性的方向進化的，因此各個區域之間的連線是有選擇性的，如果所有區域都和所有區域連線，大腦不僅體積巨大，也會消耗更多能量。
我們并不是簡單地生來就有某種能力，我們還必須從經歷中學習，但這個過程是有黃金期的，一旦過了黃金期，大腦就不再那么可塑了。這種黃金期往往在人的幼年，而到成年時學習能力會下降，這是因為成年大腦很難發生神經元連接組的重新連線。
不過也有實驗表明，成年后大腦神經短距離的重新生長是有可能的。對于黃金期的真相可能在二者之間：成年人無法重新連線并不正確，但達不到嬰兒大腦的靈活性。
理論上，可以通過人工方法，操縱某些分子來促進四個重新：重新賦權、重新連接、重新連線和重新生成。但它還受到經歷的引導，因此更好的控制方法是在進行分子操作的同時配合適當的強化訓練。
但連接組變化的四個“重新”真的與心智的變化有關嗎？
第四部分 連接組學
八 眼見為實
科學史學家總是把榮耀賜予那些思想家及其突破性的概念,很少有人會為科學儀器的制造者歡呼,但他們的影響其實更為深遠.
為了看到連接組，經歷了以下幾個方法：
給大腦組織染色
電子顯微鏡，利用電子而不是光以產生更銳利的圖像
把大腦組織切成很多片，組合成三維圖形
切片利用了鉆石刀，另外會把大腦組織嵌入環氧樹脂，使它變成一個硬塑料塊。
為了提升效率，人們想到了兩個點子：
在切割樣品的同時對樣品的截面成像，而不是對切下來的薄片成像，即把切片和成像集成到一起。
切下的腦片立即被移動的帶子粘住，然后自動收集。
還有一個設想是：掃描完一層后利用離子束將最上面幾納米的一層蒸發掉。
1立方毫米的大腦組織就能得到1PB的圖像數據（10億張照片），整個鼠腦的數據量比此大一千倍，而人腦比鼠腦再大一千倍。
九 沿路追蹤
為了追蹤一條軸突或樹突的軌跡必須知道“連線”的走向，即分析圖像（對連續切片中神經元斷面進行追蹤），但分析圖像比得到圖像困難得多，這催生了許多自動化技術的進步。
人們分析秀麗隱桿線蟲的圖像花了十多年，而手工重建1立方毫米的皮層需要一百萬人年的工作量，因此要實現圖像分析的自動化。
但實際上，計算機并不擅長任何視覺工作，計算機的缺陷在于：
不能巧妙地利用背景信息來進行物體邊緣檢測
對于突觸的識別還無法精準（就像計算機還無法精準識別人臉一樣）
人類“看”的能力太強了，以至于人們沒意識到是絕對機器來說多么困難。
但“機器學習”可能成為突破，不過在可預見的未來，圖形粉筆不可能達到100%自動化。
除了人工智能外，人們還提出了智能增強（IA）的理論，它甚至利用機器使人更聰明。人工智能應該是智能增強系統的一部分，它處理掉容易的決策，然后把困難的部分留給人。通過人與計算機的合作而更高效地完成工作。
尋找連接組的主要限制就是計算速度，即連接組學得依靠計算機工業，但微處理器上晶體管數量的增幅在放緩，摩爾定律可能即將失效。
十 劃分
除了把大腦劃分成不同的區域外，我們還需要把它劃分成不同的神經類型，因為每一種類型的神經具有特定的、不同的功能。
但在每個區域內， 不同類型的神經元是混雜在一起的。因此，我們理想的劃分大腦的方法，是劃分它的連接組。
劃分連接組是根據神經元的連接特性，如果兩個神經元連接到相似的或類似的目標，那么它們就被劃分到同一類。因此劃分一個連接組，不但能告訴我們神經元類型，還能告訴我們它們是如何連接的。
——一個神經元的功能主要取決于它與其他神經元的連接。連接是直接與功能相關的，而形狀和位置卻只是間接的。
一個區域的損傷會損害相應的功能，而區域之間連接的損傷會損害多個區域合作的復雜功能。
大多數心智功能都需要多個皮層腦區的合作，而大多數皮層腦區也會參與多種心智功能。
十一 破譯
神經科學家們推斷，根據所有神經元的電鋒，就能得到所有的感覺和想法。我們也相信可以從連接組中讀取記憶，首先要做的是了解連接組如何編碼信息，隨后才能解碼。
記憶可以分為陳述式記憶（可以表達出的信息）和非陳述式記憶（內隱的，比如運動技能和習慣）。而動物的內隱式記憶的能力極強，試著從動物的連接組中讀取這些記憶會是個不錯的開始。
科學家們研究了珍珠鳥的鳴叫，這種鳥類負責其叫聲的神經元發出的電鋒的模式每次都完全相同。那么研究各個神經元發出電鋒的次序，就可以讀取對于叫聲的記憶（內隱式）了。
但必須注意的是，我們提取的只是記憶過程中回放的活動模式（電鋒次序），而不是記憶的內容。如果要讀取記憶的內容，我們必須檢查每條神經元到發聲肌肉的通路，根據電鋒來再建發聲的具體內容。
這和預想中讀取人類記憶的方式一樣，因為每個神經元都可以與一個特定的動作或想法一一對應起來，那么在人類描述其經歷的同時測量電鋒活動就可以記錄每個神經元與現實世界的聯系，從而將記憶與現實意義結合起來。
十二 對比
盡管同卵雙胞胎會受到表觀遺傳的影響而使得他們的DNA序列發生微小變化，但并不能未能全解釋后天的心智差異，而連接主義者看來，這是因為他們的連接組不同。
連接組的不同會否導致“個性”不同呢？但研究連接組難度太大，我們可以研究簡化的連接組，因為它們能編碼一些比個體記憶更一般化的心智屬性，比如性格、數學能力乃至自閉癥。
研究簡化的連接組即是研究大腦的白質。大腦外層的灰質由神經元的各個部分混合組成，而白質則只包含軸突，即白質全是“連線”，它們相對更寬、更少分支，而且極長。
另外軸突在離開灰質后會被髓磷脂包圍，叫做“髓鞘化”，這樣的話白質中髓鞘化的軸突就比灰質中沒有髓鞘化的軸突粗很多，用光學顯微鏡就可以觀察（較粗的切片和較低分辨率的圖像），追中白質中的“連線”足以解出區域連接組。
再另外，白質內的軸突會捆綁起來形成更粗的“纖維束”，因此人們可以用擴散磁共振成像來追蹤。不過這些方法都有局限性。
我們需要大量關于神經連接的準確而完整的信息，再從數據中尋找規律和提出假設。
十三 改變
許多治療精神障礙的手段（手術或藥物）都有嚴重的副作用。而根據精神障礙是由連接病理導致的，正確的療法就是建立正常的連接模式，且大腦天然地會根據基因和一些分子（它們可以作為藥靶）引導四個重新，來修復連接組，因此改變大腦的最好方法，就是幫助它自己發生改變——合適的藥物加上康復訓練。
我們首先考慮的是預防，即將神經元的損傷降至最低，緩解它們的死亡，以及盡早做出診斷。
第二個是修復它，可以通過兩個方法：
受損本身會激活成年人大腦的再生過程，“室下區”產生神經母細胞，并遷移往受損的區域，研究者們正開發人工方法去促進整個過程。
直接把新的神經元移植到受損的區域，即人工培養神經元。比如干細胞分化（體細胞也可以被逆轉成干細胞，獲得全能性，在推薦表觀遺傳學著作《遺傳的革命》這本書里有詳細描述）。
無論是自然產生，還是人工移植，都要想辦法促使新的神經元融入連接組。
人類文明的發展，在追求三種控制：世界（原子），肉體（基因組），心靈（連接組）。
第五部分 超級人類
十四 冷凍還是腌制？
亞利桑那州的阿爾科生命延續基金會通過液態氮將遺體無限制地保存在零下196攝氏度（保留軀體20萬美元，只保留腦袋8萬美元），以期待未來科技將他們重新活化。
這種人體冷凍術顯然意味著人類逐漸接受機械論，但至今人們無法證明身體和大腦都是機器。
20世紀70年代，英美開始研究對死亡的判定，英國認為腦干死亡即是死亡，而美國則加了新的標準：整個大腦死亡，包括腦干。
腦干對呼吸和意識起著關鍵作用，如果沒有腦干患者無法恢復意識。
不過也許人的記憶、個性和智力仍然完好地保存在端腦，如果給死亡的腦干注入新神經元，使其修復損傷，患者有可能重新恢復意識。
本書中作者對死亡的本質定義是：死亡就是連接組的解構。它的死亡意味著真正不可逆轉的失能。它的死亡只與突觸和“連線”的完整性有關。
阿爾科會員們冷凍的大腦能否活化，關鍵在于其連接組是否未損壞。現在看來，死亡后大腦缺氧和冷凍下，突觸依然完好（但突觸強度的信息恐怕難以恢復），但軸突和樹突難以判斷。
另一種保存大腦或身體的方法叫做生物塑化，目的是保持細胞內所有細節都不變（包括單個突出的結構）。其步驟是：
將固化劑（比如甲醛）送到每個細胞，強化后使細胞結構不會解體。
用乙醇替換出大腦的水分，再用環氧樹脂替換出乙醇，然后放入烤箱使其變硬。
生物塑化不必像冷凍術那樣持續供給液氮，但目前只能用于很小塊的大腦，從未有人成功保存整個大腦，并保持連接組完整。
塑化的大腦如何恢復？有人認為可以在分析切片后解出連接組，并在計算機內模擬本人。
十五 另存為……
有些計算機迷們希望完全拋棄肉體，讓思維與計算機融為一體，以計算機模擬的形式生存。
隨著計算機游戲的發展，已經證明了計算機可以模擬物理世界，為什么不能模擬思維呢？
這就是思維上傳，我們甚至可以靠備份而永生。但目前只有一種不太靠譜的假設方法：模擬你的大腦神經網絡的電信號，但這需要先解出你的連接組（或許必須先損壞你的大腦）。
做這種“桶中人”的全腦模擬，模擬輸入和輸出相對簡單，因為大腦和外部世界的連接數量遠遠少于大腦內部，大腦中只有極少數的神經元在與外部世界對話，其余的都是互相對話。
而如果無法區分現實和模擬，那么上傳就是成功的。有許多科學家甚至認為我們的整個宇宙都是一套模擬程序。
不過也許上傳后的你只是一具僵尸，沒有主觀感受（涉及意識學領域的難問題，可參見對話意識 (豆瓣)）。甚至在現實中我也可以說你是僵尸，因為沒有人能直接感受到他人的感受。
不過作者認為大腦模擬如果足夠逼真，那就是有意識的。問題在于究竟能夠做到多逼真？
真正的神經元有很多復雜的地方，是簡單的模型無法體現的，一個神經元本身，就是一個小世界。每個神經元的行為都是獨特的，因為它們具有不同的離子通道配置。我們怎么模擬無數種神經元呢？
不過我們可以根據神經元的位置和形狀，將它們歸于若干類型，而同類型的神經元的離子通道有著相同的分布，因此神經元的多樣性其實是有限的。同一類型的神經元都適用于同一個模型，給每種神經元類型都建模之后，就可以開始模擬大腦了。
但是我們目前還沒有解出過皮層的連接組，所以不知道如何連接這些神經元模型。
大腦模擬還應該包含一個非常重要的連接組特性：改變。即通過重新賦權存儲新的記憶或學習新的技能。而重新連接、重新連線和重新生成也足夠重要。
不過神經元的有些交互是不受突觸限制的，比如神經遞質分子可能會從突觸逸出擴散到遠處的神經元。這樣我們要實現模擬，必須針對大腦中所有的原子。但這會是天文數字的計算量。
在過去幾個世紀里，科學動搖了我們對靈魂的信仰，物理學家認為人是一堆原子（唯物論），生物學家和神經科學家又說人是一臺機器（機械論）。然而計算機科學家和思維上傳者們相信人是一堆信息（你不是你的原子，而是這些原子組成的模式，你也不是你的神經元，而是這些神經元連接的模式。模式屬于抽象的信息世界，而不是實體的物質世界。），信息就是新靈魂，因此“自我”是基于一種非物質的存在。但靈魂被認為是不朽的，信息卻可能永久丟失。因此不朽就是試圖保存信息，有人通過生育保存他們的DNA信息，有人通過寫書保存自己的（謎因）信息，而人體冷凍和思維上傳的目的都是把大腦中的信息保存下來。
這種趨勢可被稱為超人類主義，主張不必坐等緩慢的達爾文式進化，而通過技術改造自己的身體和大腦，甚至轉移到計算機中生活。這實際上是啟蒙運動思想的一個必然而合理的延展，即對人類理性的贊美。
然而這種科學化的世界觀會讓人喪失意義感，因為宇宙越是顯得被理解了，那么就越是顯得沒有意義。不過隨著哥德爾證明數學是不完備的，量子物理學發現有些事情是完全隨機的，理性受到了挫敗。超人類主義已經不再相信理性能夠回答所有的問題，但他們依然相信理性的力量，試圖源源不斷地創造出更先進的科技。
圣經說，上帝按自己的形象創造了人類。費爾巴哈說，人類按自己的形象創造了上帝。超人類主義者說，人類終將把自己改造成為上帝。
