編譯 莫莊非

隨著我們對(duì)大腦和意識(shí)的認(rèn)知發(fā)展，隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，隨著人類開始有能力借助生命支持系統(tǒng)對(duì)活體的心肺進(jìn)行機(jī)器操作，呼吸和心跳與生命本身之間的基本聯(lián)系也開始發(fā)生變化。今天的我們通過腦活動(dòng)的存在與否定義生與死，這是有道理的，因?yàn)榕c其他器官不同，大腦不僅可以發(fā)出生命信號(hào)，還決定著個(gè)人的身份、記憶、知識(shí)和主觀體驗(yàn)的獨(dú)特性。

若要更好地理解大腦如何決定自我，我們就需了解其復(fù)雜的形式，它在神經(jīng)元連接水平上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。理解生物結(jié)構(gòu)幫助我們認(rèn)清了許多不同生命形式的本質(zhì)：植物之所以能夠蓬勃發(fā)展，是因?yàn)樗鼈儗掗煹娜~片非常適合將光能轉(zhuǎn)換為重要的化學(xué)能；同樣的，無論人類還是昆蟲，都通過眼睛將周圍環(huán)境里的光轉(zhuǎn)換為神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的電信號(hào)，這些脈沖攜帶著反映周圍環(huán)境特征的信息。然而，當(dāng)我們談?wù)摻Y(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系時(shí)，大腦在這一方面仍顯得撲朔迷離。與其他具有特定功能的器官（如眼睛、心臟甚至手）相比，大腦的功能更豐富。現(xiàn)在的我們能通過外科手術(shù)替換心臟或腎臟等“專用”器官，但對(duì)于大腦——即便真使腦移植在技術(shù)層面可行，你也無法交換思維。這種大腦替換的想法在邏輯上就是錯(cuò)的。

西班牙西北部阿斯圖里亞斯自治區(qū)的埃爾·平達(dá)爾洞穴里有一幅描繪猛犸象的壁畫。除了簡單且略帶殘缺的輪廓勾勒，畫中象唯一的特點(diǎn)就是體內(nèi)那顆碩大的紅色心形物。這幅至少已有14 000年歷史的作品似乎描繪了一次成功狩獵，并展示了戰(zhàn)利品的狀態(tài)—脈搏、呼吸和心跳讓生命有別于簡單的骨肉皮

創(chuàng)造個(gè)體體驗(yàn)的大腦有什么意義？

剛出生的個(gè)體的大腦結(jié)構(gòu)在很大程度上取決于他/她在子宮內(nèi)的“經(jīng)歷”（或者說“體驗(yàn)”）及其獨(dú)特的遺傳密碼。隨著年齡增長，經(jīng)歷將繼續(xù)給大腦的神經(jīng)連接帶去獨(dú)特變化，使某些腦區(qū)的連接增加，在另一些地方減少連接；隨著個(gè)體年齡增長，知識(shí)經(jīng)驗(yàn)累積，神經(jīng)連接也被不斷重塑；此外，現(xiàn)有神經(jīng)連接的強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化，這些過程在雙胞胎中尤其明顯：雙胞胎出生時(shí)的大腦非常相似，但隨著成長、學(xué)習(xí)和體驗(yàn)世界，他們的大腦產(chǎn)生差異，他們各自變得越來越獨(dú)特。

從本質(zhì)上說，這個(gè)過程創(chuàng)造了記憶——在自我意識(shí)的各個(gè)層面無意識(shí)顯現(xiàn)的最為基本的內(nèi)容。我們騎自行車、說話甚至走路所調(diào)用的無意識(shí)的知識(shí)也需要記憶。令人難以置信的是，那些經(jīng)歷過數(shù)小時(shí)的臨床死亡（表現(xiàn)為心臟和大腦均缺乏活動(dòng)）的低體溫癥病人是可以完全康復(fù)的，這表明僅神經(jīng)元電活動(dòng)對(duì)于大腦記憶存儲(chǔ)并非必不可少。

盡管確實(shí)有一些看起來可以發(fā)揮相對(duì)特定功能的解剖區(qū)域，但個(gè)體的任何單個(gè)腦區(qū)的活動(dòng)都無法形成、存儲(chǔ)或喚起記憶。諸如杏仁核和海馬體之類的結(jié)構(gòu)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但試圖在一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)尋找記憶壓根是不可能的。從廣義上來說，記憶存儲(chǔ)于大腦這個(gè)整體結(jié)構(gòu)中，即神經(jīng)連接組中。神經(jīng)連接組由完整的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)以及神經(jīng)元間的連接，即突觸組成。有人指出：“從根本上說，你就是你的連接組?！?/p>

因此，解鎖神經(jīng)連接組和記憶之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的關(guān)鍵是闡明大腦的整個(gè)回路。追蹤如此龐雜紛繁的腦神經(jīng)回路絕非易事。據(jù)研究者估計(jì)，僅1立方毫米的人類大腦組織就有約5萬個(gè)神經(jīng)元，1.3億個(gè)突觸，而大腦的容量超過100萬立方毫米，包含約100萬億個(gè)突觸以及860億個(gè)神經(jīng)元——幾乎與銀河系里恒星的數(shù)量（估計(jì)值）相等。而只有確定神經(jīng)電信號(hào)在這些連接上運(yùn)行的可能路徑，才有可能全面了解對(duì)于記憶和主觀體驗(yàn)來說必不可少的活動(dòng)模式。

初步從理解神經(jīng)連接組到真正回答有關(guān)神經(jīng)元與行為間關(guān)系的一些基本問題，中間有很長的路要走。我曾詢問哈佛大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家、連接組前沿探索者杰夫·里希特曼（Jeff Lichtman）：如果能夠復(fù)制它，我們可以用人類的神經(jīng)連接組做些什么？他表示此類工作意義深遠(yuǎn)，例如：我們或許能借此研發(fā)出針對(duì)精神分裂癥或自閉癥等神經(jīng)認(rèn)知障礙疾病的更有效療法；精神分裂癥等問題被認(rèn)為是由神經(jīng)回路的錯(cuò)誤連接引起的，盡管我們?nèi)圆淮_定其機(jī)制。

里希特曼的研究出發(fā)點(diǎn)在于，所有生物的大腦“接線”隨著個(gè)體在整個(gè)生命周期里的成長而變化。他的終極目標(biāo)是繪制出印刻在神經(jīng)連接組數(shù)據(jù)中的未知思維區(qū)域。里希特曼將連接組與基因組學(xué)進(jìn)行了比較。他指出，擁有一個(gè)完整的人類神經(jīng)連接組就好像擁有完整的基因組——它將開啟一片現(xiàn)在我們或許無法理解的新世界。

其他生物的神經(jīng)連接組的更簡單模型已經(jīng)推動(dòng)了科學(xué)發(fā)展。例如：美國艾倫腦科學(xué)研究所的研究人員曾追蹤小鼠整個(gè)大腦的回路，發(fā)現(xiàn)了不同類型的神經(jīng)元是如何連接各個(gè)解剖區(qū)域的；來自谷歌和霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家通力協(xié)作，在單個(gè)神經(jīng)元的水平上繪制了果蠅連接組的一個(gè)較大的中央?yún)^(qū)域——此壯舉歷時(shí)12年多，投入了至少4 000萬美元經(jīng)費(fèi)。

在上述非凡成果問世前，20世紀(jì)80年代的先行者就已繪制出了秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）的完整神經(jīng)連接組——302個(gè)神經(jīng)元和大約7 600個(gè)突觸——的圖譜，這推動(dòng)了后來的研究。對(duì)線蟲連接組活動(dòng)的復(fù)雜模擬顯示了它們?nèi)鋭?dòng)背后的同步活動(dòng)模式。

跨物種，連接組內(nèi)看似遙遠(yuǎn)的大腦區(qū)域之間的神經(jīng)信號(hào)同步和協(xié)調(diào)為執(zhí)行和記憶活動(dòng)的有序進(jìn)行提供了保障。例如，當(dāng)幼鳥學(xué)習(xí)鳴叫時(shí)，它們的大腦神經(jīng)元鏈會(huì)編碼、存儲(chǔ)和檢索它們從其他鳥那里聽到的各種聲音模式，這些神經(jīng)元又激活了產(chǎn)生相同聲音模式的肌肉運(yùn)動(dòng)順序。目前，至少有20項(xiàng)研究正聚焦于人類連接組之間的關(guān)系及其在記憶中的作用，其中許多研究項(xiàng)目由美國國立衛(wèi)生研究院“連接基因組協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)”（Connectome Coordination Facility）進(jìn)行協(xié)調(diào)。

然而，目前我們還無法在單個(gè)神經(jīng)元的水平上繪制活體動(dòng)物的連接組。如果想進(jìn)行相關(guān)研究，我們必須提取動(dòng)物大腦，灌注甲醛等固定劑，并在開展結(jié)構(gòu)分析前盡可能多地切片，以便找到單個(gè)神經(jīng)元并追蹤其路徑——為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，我們需要使用各種顯微鏡技術(shù)記錄每個(gè)新切片的屬性。完成上述操作后，我們即可從不同的神經(jīng)元類型以及激發(fā)或抑制其他神經(jīng)元的神經(jīng)連接中估計(jì)出電流的模式。至關(guān)重要的是，提取出來的大腦必須被足夠精確地保存，以確保復(fù)雜精妙的連接組在大腦被切成薄片前保持完好狀態(tài)。

目前來說，想完好保存人類大腦的全部連接組是不可能的任務(wù)。死亡后的大腦退化太快，沒有富氧的血流，新陳代謝水平就會(huì)顯著下降。新陳代謝活動(dòng)是維持生物體細(xì)胞活性的一系列化學(xué)反應(yīng)。大腦細(xì)胞停止代謝后的5分鐘內(nèi)，新鮮氧氣的缺乏就開始導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)破壞。因此，若想將大腦切成薄片用于繪制連接組，一步關(guān)鍵的操作就是盡快保存樣本，以最大程度地減少缺氧的損害。因此，若想真正維持住整個(gè)連接組的精確結(jié)構(gòu)，你使用的保存方法要能將每個(gè)神經(jīng)元及其突觸連接都保持在恰當(dāng)位置。

能保持全部連接組完好的大腦保存技術(shù)無疑意義重大。如果我們相信個(gè)體由印刻于神經(jīng)連接組中的所有記憶和特質(zhì)所定義，那么完美地保存你的連接組意味著完美地保存了你。

至關(guān)重要的是，對(duì)提取的大腦的保存要求極高，須保證其復(fù)雜的連接組在大腦組織被切成薄片前安然無恙。

2010年，一群神經(jīng)科學(xué)家對(duì)這個(gè)想法產(chǎn)生了濃厚的興趣，他們創(chuàng)立大腦保存基金會(huì)（BPF），希望實(shí)現(xiàn)這個(gè)瘋狂的想法。BPF的總裁兼聯(lián)合創(chuàng)始人肯·海沃思（Ken Hayworth）通過電話告訴我，他希望有科學(xué)家參與到這個(gè)計(jì)劃中，最終讓大腦保存成為絕癥患者的一個(gè)求生選擇。他說道：“醫(yī)院里有人在等待死亡而又無可奈何。如果沒人推動(dòng)這種方法，那么它肯定無法實(shí)現(xiàn)……如果我自己面對(duì)絕癥，我會(huì)希望使用這種方法。”

成立后不久，BPF就開始提供10萬美元的現(xiàn)金，用于褒獎(jiǎng)那些研發(fā)新的神經(jīng)連接組保存方法的研究者。該獎(jiǎng)勵(lì)由以色列企業(yè)家和撲克玩家薩爾·威爾夫（Saar Wilf）捐贈(zèng)。根據(jù)被保存目標(biāo)尺寸的不同，獎(jiǎng)勵(lì)被劃分為一個(gè)小型哺乳動(dòng)物獎(jiǎng)和一個(gè)大型哺乳動(dòng)物獎(jiǎng)，且要求用到分子級(jí)電子顯微鏡掃描技術(shù)。

冷凍技術(shù)界的引領(lǐng)者最有望實(shí)現(xiàn)連接組的精準(zhǔn)保存。事實(shí)上，他們一直致力于通過液氮冷凍剛剛死亡的絕癥患者（或他們的大腦），然后等到有技術(shù)治愈絕癥的時(shí)候解凍目標(biāo)。海沃思告訴我：“該獎(jiǎng)項(xiàng)旨在激勵(lì)冷凍技術(shù)研究者搞出新名堂。”

然而到了2018年，人體冷凍技術(shù)仍沒能滿足海沃思的期待。反倒是“21世紀(jì)醫(yī)學(xué)”（簡稱21CM）——位于加利福尼亞的一家私人冷凍生物學(xué)研究公司——的科學(xué)家拿下了大小哺乳動(dòng)物大腦保存的兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。專注于冷凍標(biāo)本保存的他們完好地保存了兔腦（?。┖拓i腦（大）的完整連接組。21CM的創(chuàng)始人兼資深低溫生物學(xué)家格雷格·費(fèi)希（Greg Fahy）與麻省理工學(xué)院的畢業(yè)生羅伯特·麥金太爾（Robert McIntyre）共同創(chuàng)制了這一獲獎(jiǎng)技術(shù)，其過程在技術(shù)上被稱為醛固化冷凍保存（ASC），現(xiàn)在也被很多人叫作玻璃化。ASC技術(shù)由速效固定劑戊二醛（過去被用作消毒劑）以及能導(dǎo)致大腦進(jìn)入玻璃化狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)組成。

是否能以某種方式從大腦中提取記憶？

神經(jīng)連接組的玻璃化過程或許掀起一場未來主義的革命，因?yàn)樵?135℃以下的低溫冷凍保存的連接組被認(rèn)為是完整的，因?yàn)樵诖藴囟认?，所有生物過程都將停止到可無限期存儲(chǔ)的程度——或許是數(shù)百年，也可能長達(dá)數(shù)千年，且無腐爛跡象。假設(shè)連接組和記憶間的關(guān)聯(lián)邏輯沒錯(cuò)，那么玻璃化固定過程實(shí)質(zhì)上就是對(duì)個(gè)體自我無限期的假死式保存。

麥金太爾一直認(rèn)為，保留大腦結(jié)構(gòu)中的記憶與物理結(jié)構(gòu)本身同樣有著巨大價(jià)值。畢竟，人類的進(jìn)步依靠偉大的創(chuàng)新突破，而創(chuàng)新則依靠有價(jià)值信息在時(shí)間長河中的延續(xù)傳遞。第一次大飛躍建立在口頭語言的基礎(chǔ)上，第二次則發(fā)生在書面語言形成以后——幫助人類更準(zhǔn)確且持久地保存信息。

麥金太爾最初受到了“借助神經(jīng)科學(xué)從大腦中提取記憶”這一概念的啟發(fā)——相比當(dāng)前其他任何形式的保存方法（如文字、音頻或視頻），記憶包含的體驗(yàn)和事件的信息要多得多。他想知道是否有可能通過某種方式從大腦中提取記憶。

神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員認(rèn)為當(dāng)時(shí)還是學(xué)生的麥金太爾的想法相當(dāng)古怪，無法實(shí)現(xiàn)。鑒于此，麥金太爾希望通過人工智能解決問題。不過之后在與父親的交流中，他們達(dá)成共識(shí)：提取記憶這一超前的概念應(yīng)留給未來的神奇技術(shù)去兌現(xiàn)。

如果神經(jīng)連接組承載著可被重新體驗(yàn)的記憶，那么它們的重要性將是無與倫比的。比如，經(jīng)歷了戰(zhàn)爭的士兵通過個(gè)人回憶錄留下的關(guān)于世界大戰(zhàn)的信息并不直接包含他腦中鮮活記憶里的那些親歷戰(zhàn)爭時(shí)的細(xì)節(jié)。

而現(xiàn)在，科學(xué)家有望通過玻璃化固定永久保存連接組內(nèi)的記憶。不幸的是，固化冷凍保存中用于灌注血管系統(tǒng)的固定劑戊二醛是絕對(duì)致命的。換句話說，如果不殺死記憶的創(chuàng)造者，記憶就無法獲得永生。

如果你在深思熟慮后依然決定實(shí)施此程序，那么請(qǐng)準(zhǔn)備好——麻醉師會(huì)給你上全身麻醉，然后切開你的胸部，把你的動(dòng)脈連接到灌注設(shè)備；你動(dòng)脈里的血液被抽走，取而代之的是戊二醛，它們擴(kuò)散至你大腦的毛細(xì)血管中，即刻終結(jié)了你身體的全部代謝活動(dòng)，把你殺死；與此同時(shí)，連接蛋白讓你的大腦形成了堅(jiān)固且持久的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；接著，你的大腦將被注入防凍劑以防損壞。在此之后，你的連接組及其記憶就可以被提取和無限期地低溫保存了。

海沃思和麥金太爾都認(rèn)為，如果可以對(duì)某人的主觀自我進(jìn)行掃描，獲取所有相關(guān)信息，然后以某種方式轉(zhuǎn)移到人工介質(zhì)中，那么玻璃化過程雖致命，卻也可提供另一種永生。從功能角度看，它基本上可以替代大腦。至關(guān)重要的是，這種介質(zhì)必須準(zhǔn)確而充分地以神經(jīng)活動(dòng)的模式“運(yùn)行”，因?yàn)樯窠?jīng)活動(dòng)是個(gè)體記憶、身份和體驗(yàn)的基礎(chǔ)。

這個(gè)目標(biāo)稱為“全腦仿真”。為什么大腦只能由生物材料組成？如果思維可以在連接網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行——所有思維信息都包含在這些連接的排列和運(yùn)作中，那么它們是不是可以脫離生物基底而獨(dú)立存在？

盡管相關(guān)科學(xué)研究仍處于起步階段，但現(xiàn)階段也取得了一些重大進(jìn)展。許多方法預(yù)見了用于模擬涉及數(shù)字信息空間的大腦活動(dòng)的計(jì)算介質(zhì)。眼下的腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)了對(duì)假肢機(jī)器的思想控制。此外，神經(jīng)假體正直接替代神經(jīng)細(xì)胞，通過人工電刺激神經(jīng)組織，帶來最真實(shí)的體驗(yàn)。更重要的是，眾多高科技企業(yè)——如 Neuralink、Kernel、Building 8以及美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）等——正努力構(gòu)建思維、大腦和計(jì)算機(jī)之間的更高級(jí)的連接，嘗試更多超出想象的可能，例如全腦仿真。

如何精確模擬天文級(jí)復(fù)雜度的大腦？有兩種方法吸引了人們的注意。第一種，同時(shí)也是最流行的方法，創(chuàng)建連接組及其活動(dòng)的數(shù)字仿真（或許是分子水平的），然后將其釋放于網(wǎng)絡(luò)空間。在這一宏偉的方案中，仿真是如此完整而準(zhǔn)確，它模擬了一個(gè)人的身份、記憶、意識(shí)、思想和感覺的涌現(xiàn)——與真實(shí)大腦活動(dòng)一樣。這個(gè)方案若能實(shí)現(xiàn)，未來的我們就能體驗(yàn)虛擬的世界。第二種方法則是將模擬的大腦植入假體自我中，創(chuàng)造出半機(jī)械人：屬于你的“靈魂”藏在人造的軀殼內(nèi)，依然可以體驗(yàn)真實(shí)世界。

不過無論使用何種方式，即使這個(gè)模擬而來的“新的你”有著與你相同的完整的記憶、身份、感覺和主觀自我，它也并非真實(shí)的你——更確切地說，它只是一個(gè)你的復(fù)制品。

壯闊的前景帶來了艱巨的責(zé)任。盡管經(jīng)過了正式的考慮，將大腦玻璃化固定或許是永生的開端，但也勢必引發(fā)倫理學(xué)的巨大爭議。這些問題仍未有答案：參與這類項(xiàng)目的機(jī)會(huì)是否人人平等，還是說它僅是少數(shù)有錢人的專利？如何保護(hù)自己的記憶免遭篡改、破壞或竊??？誰擁有對(duì)記憶的所有權(quán)？在什么情況下可以訪問虛擬連接組中的內(nèi)存？誰能訪問？

一個(gè)問題似乎并不那么令人擔(dān)憂：一旦實(shí)現(xiàn)，玻璃固定術(shù)將成為絕癥患者是否選擇繼續(xù)生存的權(quán)力。

考慮到所有這些，麥金太爾和他以前在MIT的室友邁克爾·麥卡納（Michael McCanna）在贏得10萬美元獎(jiǎng)金后成立了一家頗具爭議的風(fēng)險(xiǎn)投資初創(chuàng)公司Nectome。Nectome公司致力于腦庫建設(shè)，其主要目標(biāo)是保存并歸檔人類記憶。到目前為止，Nectome已經(jīng)籌集了超過100萬美元的資金，并從美國國家心理健康研究所獲得了96萬美元的聯(lián)邦撥款，用于 “全腦納米級(jí)保存和成像”研究。聯(lián)邦撥款明確提到了“大腦保存的商業(yè)機(jī)會(huì)”的可能性。

Nectome唯一的一次人腦玻璃化固定術(shù)是在一名老年婦女的大腦中展開的，這位婦女的尸體由捐贈(zèng)機(jī)構(gòu)Aeternitas Life提供。手術(shù)在婦女死后2.5小時(shí)進(jìn)行，最終得到了現(xiàn)存的保存最完好的大腦之一。

不管爭議如何，從里希特曼當(dāng)下持有的觀點(diǎn)到海沃思和麥金太爾所構(gòu)想的未來主義奇景，其中有一個(gè)觀點(diǎn)是一致的：神經(jīng)連接組有望以未知卻重要的方式極大地影響我們的未來。

資料來源 Aeon