“上传大脑”的梦，离我们到底还有多远？

本文来自微信公众号：NeuS （ID：neusmag），作者：张旭晖，编辑：光影，原文标题：《承载心智的计算机：赛博永生梦何时成真？》，题图来自：《超能查派》

2022年3月的一次采访中，特斯拉公司CEO埃隆·马斯克（Elon R. Musk）被问到对于特斯拉人形机器人擎天柱（Optimus）的看法时，他认为，有朝一日我们能将人脑下载至擎天柱上，这是一种不同的永生方式。“我们可以下载让自己显得独特的部分”，尽管身体不在了，但“就保留我们的记忆和个性而言，我认为可以做到”。2015年上映的电影《超能查派》与马斯克的这一设想异曲同工，利用意识提取工具，濒死的迪恩成功“入住”机器人身体，以另一种方式继续活了下来。

诚然，《超能查派》与马斯克的展望很难不令人心动，但将意识、将心智转移至计算机上是否真的可行？诚然，我们经常将人类大脑与计算机类比，认为人类的意识就像是处理单元网络内电信号的输入输出那么简单，仿佛是一台精妙的计算机。但人脑真的可以类比为计算机吗？就算如此，计算机又是否可能承载一整个人脑的信息呢？

答案很可能是否定的。两年前，美国西雅图艾伦脑科学研究所（the Allen Institute for Brain Science）的一个团队绘制了一只老鼠大脑中1立方毫米内所有神经元的3D结构。这个只包含一粒沙子大小的脑组织包含超过10万个神经元，它们之间的连接超过10亿个。

研究者成功在计算机上记录了相应的信息，包括每个神经元的形状和轮廓以及连接。他们发现所有信息需要2PB（200万GB）的存储空间，且为了实现记录，他们的自动显微镜必须在几个月内连续收集来自2.5万张微小样本切片的1亿张图像。

如果存储1立方毫米的老鼠大脑所包含的物理信息便需要如此庞大的空间，换成人类大脑后将难以想象。人类大脑包含大约1000亿个神经元，是老鼠1立方毫米大脑包含神经元数量的100万倍，相当于1公里长的海滩上2米厚的沙层中包含的沙粒数量，银河中可以计数的恒星数量也不过如此。

同时，如果计算机想要模仿大脑的操作模式，它需要在非常短的时间内访问所有存储的信息。而信息需要存储在随机存取存储器（random access memory，RAM），而不是传统硬盘中，但如果我们尝试将研究者收集的数据量存储在计算机的RAM上，它需要的容量将是有史以来最大的单内存计算机（一种针对内存而不是处理构建的计算机）的12.5倍。

马斯克的展望是否能成为现实？存储空间、时间、方式方面的问题将让研究者们望而却步。

空间问题

尽管我们知道了人类大脑的神经元数量，但仍旧不了解人类大脑究竟能够存储多少信息。在存储前我们需要把大脑信息转化为计算机能够读取和使用的代码。而信息存储的一个基本前提是，我们需要确保有足够的空间存储所有需要传输的信息，或至少确切地知道待存储信息的重要性顺序以及组织方式。但对于大脑，这些内容我们知之甚少。

假如我们直接进行存储，那么我们可能面临传输完成前耗尽空间的风险，这意味着信息将会损坏或无法被计算机使用。此外，如此庞大的数据量难以规避数据丢失的可能，那就要求我们需要将数据存储在至少两个副本中。

另一方面，存储技术也存在巨大限制。1立方毫米老鼠大脑的3D结构源于2.5万片极薄的组织切片。由于脑成像只能获取非常粗糙的信息，存储大脑信息需要使用相同的方式，这就意味着你大脑内的神经连接将同样粗糙。即使你非常慷慨地同意自己的大脑被切分成无数片，但要想精细切分并且正确地“重新组装”，这也几乎是不可能的。更何况，人类大脑的体积足足有126万立方毫米。

时间问题

大脑不是一成不变的，在我们死后，大脑会迅速经历化学上和结构上的巨大变化。当神经元死亡时，它们会迅速丧失交流的能力，它们的结构和功能特性也会迅速改变。这意味着它们不再具有我们活着的时候所具有的特性。

更有问题的是，我们的大脑会衰老。从20岁起，我们每天会失去8.5万个神经元，其中大多数神经元并没有实际用途，也未涉及任何信息加工，它们死于自毁程序（细胞凋亡），其余神经元则死于衰竭或感染。

我们在20岁时有近1千亿个神经元，按照这样的损耗率，到80岁时，我们只损失了2~3%的神经元。如果我们没有患上神经退行性疾病，那么在这个年龄，我们的大脑依然可以代表我们一生的思维方式。

但是几岁才是停止运作，进行扫描和存储的最佳年龄呢？或者你更愿意存储一份80岁的心智，还是20岁的？太早尝试存储你的心智可能会错过许多日后能够定义“你之所以是你”的记忆和经历。但是，如果太晚将心智转移到计算机上，就有可能存储一个不能正常“工作”的、患痴呆症的心智。

方式问题

不知道需要多大的存储空间；无法寄希望于找到足够的时间和资源来完整地绘制一整个大脑的3D结构；需要进行精细且数量繁多的切片；难以决定何时进行传输……即使这些问题你都不介意，或寄希望于未来的解决方式，但将心智载入计算机依然近乎天方夜谭。

对于大脑的底层机制，我们目前依然知之甚少，即使我们重建了1000亿个神经元的完整结构以及它们直接连接，并且能够实现对这一天文数字规模的数据进行三重备份，还能按需即时获取信息，但满载大脑数据的计算机应该如何工作呢？

我们都知道，神经元基于局部的电位变化彼此交流，这些电位变化沿着神经元的主要延伸（树突和轴突）进行传递，可以直接从一个神经元到另一个，或通过被称为突触的交换面进行传输。在突触中，电信号被转化为化学信号，根据所涉及的分子（神经介质）种类，这些化学信号可以激活或关闭下一个神经元。

虽然对于控制这一信息传输的规则我们已经理解了不少，但我们没法从对神经元的结构和连接的观察中破译这些规则。换言之，我们拥有了海量的数据，但数据并不会自动也并不知道按照怎样的规则运行。

规则的未知可能比决定何时放弃生命进行切片传输艰难得多，我们必须在结构和功能之间进行抉择，是只选择大脑的三维结构，还是细胞水平上的大脑运作。目前，我们没有什么已知的方法可以同时收集两类信息（即大脑结构以及神经元之间的交流），即使拥有相应技术，我们所需的存储空间又将增加。

将心智载入计算机到底意味着什么？

一种符合直觉的回答可能是：实现永生或至少活得更久。即使我们跨越了重重困难，实现了传输，但正如忒修斯之船这一古老哲学问题，“活在”计算机里的你，还是你吗？

人类、动物等生物之所以存在，是因为他们活着。活着的心智通过感官从世界获取输入，附着在以感觉为基础的身体上，这导致了身体上的变化，如心率、呼吸和出汗的变化。这些变化反过来又可以被察觉到，并有助于内在体验。所有这些输入和输出都不太可能轻易被建模。

特别是，如果被复制的心智是孤立的，那便没有感知环境并对输入作出反应的系统。大脑无缝地、不断地整合来自所有感官的信号并产生内部表征，对这些表征做出预测，最终以一种对我们来说仍然神秘的方式创造意识觉知。没有躯体的计算机又该如何做到这些？

缺少了与世界的交互，无论多么微妙，哪怕只是一分钟，心智会如何工作，如何演变，如何变化，我们无法想象。无论是否是人造的，如果心智没有输入和输出，那么它就没有生命，就像是一个死亡的大脑。换言之，只是将心智载入计算机，完全无法让大脑保持活力。

或许你会认为选择一个更复杂的机器人作为载体，让它配备一系列传感器，能够看到、听到、摸到、甚至闻到和尝到世界，而且它能够行动、移动和说话。但即便如此，所需要的传感器和运动系统所提供的感官和产生的动作，在理论和实际上都不可能与你当前的身体所提供和产生的感官和动作完全相同。眼睛不是简单的相机，耳朵不只是麦克风，触感不是只与压力估计有关。

例如，眼睛不仅仅传递光线的对比度和颜色，在到达大脑后，眼睛的信息很快会整合起来，对深度进行编码，对此我们还不知道是如何实现的。关于感官运作的更多细节，我们还不甚清楚，更不用说用计算机将之重现了。

结语

从古至今，很多人都幻想永生，认知科学、神经科学、计算机科学等学科的蓬勃发展仿佛给了我们一丝曙光，但还请认清现实，连人类意识为何，我们都尚未厘清，至于机器重生，目前来看也只能是个梦想。

参考文献

https://www.businessinsider.com/elon-musk-interview-axel-springer-tesla-war-in-ukraine-2022-3

https://economictimes.indiatimes.com/magazines/panache/is-it-possible-to-transfer-human-consciousness-to-a-computer-storage-time-and-space-constraints-boggle-researchers/articleshow/92203246.cms?from=mdr

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