人類即將迎來了解大腦神經網絡結構神秘世界的曙光！

哈佛大學神經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網絡連接圖,，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結構,，但是對于神經醫(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所有神經連接的綜合圖,。因為，大腦物質相關的所有神經活動都是通過神經連接完成的,，它是了解人類如何思考,、感覺,、移動,、記憶,、感知等的關鍵核心。

神經連接映射

神經連接

人類有史以來創(chuàng)建的最詳細和復雜的神經連接,，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 億個神經元：690 億個小腦,，小腦是大腦后部的一個致密塊，負責協(xié)調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元都與其他神經元之間會有數(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絡中神經元與其他神經元建立了數(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)以千計的神經元消失而不會失去記憶。

人類大腦的神經元連接結構如此復雜,， 860 億個神經元,，每一個神經元都與其他神經元之間會有數(shù)十個至上千的連接，甚至于神經元的連接也有可能拓展至量子領域,，計算這種網絡結構的復雜性已經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2510億個神經元,，負責管理巨大的軀干,，而皮質層中僅有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,，但它們的皮質卻要密集得多,，猩猩和大猩猩有90億個皮質神經元，黑猩猩有60億個,。

人類的大腦在皮質層中擁有 160 億個神經元,，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 個神經元組成,，這些神經元排列在復雜的互聯(lián)神經網絡中,。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的神經元如何相互作用,，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,。

雖然人工智能并不是一個新想法，但是目前人工神經網絡的連接規(guī)則幾乎肯定與大腦采用的規(guī)則不同,。當今的神經網絡由前饋架構組成,，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，無論是在單個層內還是從高階層到低階層,。在真正的大腦中,，皮層的神經元與其相鄰層的神經元相連，形成了一個極其復雜的循環(huán)網絡,。反饋與前饋的神經連接一樣多,，是人類大腦皮層網絡一個非常重要的功能。

雖然,，目前神經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。