本文是互聯網神經學系列第五篇-“大腦的類互聯網應用和結構，腦互聯網生理學”
一.人類大腦研究的困境
大腦的秘密一直是科學皇冠上最明亮的寶石之一，但在兩千年前，人們確連它的重要意義還不知道，例如注明的亞里士多德（Aristotle，公元前384—前322）認為神智在心，是心控制著我們的思想，情緒。大約公元前5世紀，地中海科斯島上托名希波克拉底（Hippocrates）的一群醫生被認為是最早發現了腦是神智的載體，在希波克拉底著作中有如下一段話。“人們應當認識到：我們的愉悅、歡樂、笑聲和詼諧都來自腦，而且僅僅來自腦；還有我們的憂愁、痛苦及愛戀和哭泣。特別是，我們用腦來思考、觀看和傾聽，用腦來辨別美與丑、善與惡、歡樂與不快 從這個意義上我認為，腦在人體內具有最大的力量。”
歷史上，神經科學家研究大腦之謎主要采用了兩條截然不同的思想線路：還原論和整體論。還原論又被稱為自下而上的研究方法。該方法試圖通過研究單個分子、細胞或回路等神經系統的基礎元素的特性來理解神經系統。整體論又被稱為自上而下的研究策略。它主要是從研究功能入手來理解神經系統，該方法主要關心的方面是系統的活動如何調節或是反映在行為上。
經過眾多神經學領域科學家前赴后繼的努力，到20世紀末，神經科學已經獲得了長足進展，形成了以動物電、神經元學說、神經系統整合作用理論、腦功能定位觀點，細胞生物學和分子生物學為理論基礎的腦結構和功能研究方法，
但從文藝復興到現在，人類對腦認識雖已取得多方面的重大進展，然而困惑依舊存在，例如大腦研究中的整體論如何與還原論相整合的問題，還遠未得到解決。似乎迄今為止仍是還原論思想過多地占了上風，在一系列問題上突出地顯露出當前神經科學的局限性。幾千年以來，人類研究大腦的功能結構一直在困難中跋涉，主要原因是 復雜精密的活體大腦很難通過直接解剖發現其結構與外在功能的一一對應。
二.互聯網為大腦研究帶來突破的曙光
在發現互聯網結構越來越與人類大腦高度相似時，我們也提出另一個更為有趣的設想，人類大腦是不是已經包含一套完整成熟的類互聯網系統，有百度谷歌一樣的搜索引擎，騰訊facebook一樣的社交網絡。也就是說不斷發展的互聯網有可能成為解開大腦之謎的關鍵鑰匙，因此在2008年9月我們發表的論文“互聯網進化規律的發現與分析”中提出了“人腦至少在數萬年以前就已經進化出所有的互聯網功能，不斷發展的互聯網將幫助神經學科學家揭開大腦的秘密。科學實驗將證明大腦中也經擁有Google一樣的搜索引擎，Facebook一樣的SNS系統，IPv4一樣的地址編碼系統，思科一樣的路由系統”【1】。
2010年在“互聯網與神經學交叉對比研究”提出人類大腦中包含的11個類互聯網應用有“ 類SNS應用， 類電子商務應用，類twitter， 類威客（witkey）， 類博客應用， 類維基百科應用，人腦的地址編碼系統，人腦的搜索引擎，人腦的路由協議，人腦的信用體系， 人腦的信息篩選，整理和推薦機制”等，
這篇論文中也中對大腦中的互聯網問題提出更為詳細的研究思路，提出應該從神經心理學和神經生理學等層面進行研究，一方面提煉和總結互聯網相關應用的運行特征，以此為啟發和索引，設計神經心理學和神經生理學實驗，在人腦或其他生物大腦中尋找對應結構。
以上研究的基礎上，2015年2月我們在互聯網神經學系列文章中提出“腦互聯網生理學（ Brain Internet physiology），重點研究大腦中存在的類似于互聯網的功能結構，使得不斷發展的互聯網成為破解大腦生物學原理的參照系：
腦互聯網生理學的研究領域包括但不僅限于大腦中的類搜索引擎機制，大腦中類互聯網路由機制，大腦中的類IPv4/IPv6機制，大腦神經元類社交網絡的交互機制，人類使用互聯網對大腦生理學結構的重塑影響等。”
三.大腦中的互聯網現象的研究進展
1）人類大腦中的搜索引擎問題
我們在2008年的論文中提出人腦中存在互聯網應用的實驗方案，但直到2010年3月24，我們才在中國科學院研究生院的互聯網公開課上完成人腦中是否搜索引擎的實驗測試。在這次課上，我們向來自各院所近50名碩士研究生介紹互聯網進化理論并完成測試。
實驗結果首先發布在2011年8月16日科學院網站上和2012年出版的《互聯網進化論》一書中。在這本書中，我們也對人腦中是否存在類似Twitter，維基百科，IPv4/IPv6等級制進行了深入探討。
我們知道百度和谷歌等類型的搜索引擎工作原理是，第一，每個搜索引擎用網頁抓取程序（spider）。連續抓取互聯網中的網頁內容 第二，搜索引擎抓到網頁內容后，提取關鍵詞，建立索引文件。第三，用戶輸入關鍵詞進行檢索，搜索引擎找到匹配該關鍵詞的網頁。
根據這一搜索原理，我們設計實驗方案如下，第一，使用PPT向參與測試的人員展示5個詞匯 ，分別為新浪，搜狐，網易，鳳凰網，新華網，第二，展示時間為3分鐘，供測試人員查看和記憶，第三，向測試的人員提問，分別詢問8個詞匯是否在剛才的PPT中出現并在問卷中標志，這8個詞匯分別是; 阿里巴巴，盛大，搜狐，新浪，開心網，鳳凰網，騰訊，網易。經測試，測試人員回答正確率為98%。
我們然后在科學網的博客網頁開始搜索引擎的實驗過程。第一，同樣在該網頁內放置新浪，搜狐，網易，鳳凰網，新華網，附加字符串“%redft098&876hfgt65%”表明該頁面在互聯網中是獨一無二的，第二，發布30分鐘后，百度和谷歌的網絡蜘蛛查看該頁面并收錄到其數據庫中 第三，向百度和谷歌兩個搜索引擎提問（輸入關鍵詞），分別查詢8個詞匯是否在剛才的網頁中出現并做記錄，這8個詞匯分別是; 阿里巴巴，盛大，搜狐，新浪，開心網，鳳凰網，騰訊，網易。經測試，百度和谷歌回答正確率為100%。
對人的測試出現了2%的誤差，雖然看起來很小，但這個數據里蘊含了更多可以證明人腦存在百度和谷歌的證據，我們將在未來的文章里說明。上述實驗可以重復進行。但無論如何，我們的科學院同學已經成為“世界第一批證實大腦中有百度和谷歌的人”
2）人類大腦中的網絡路由問題
美國南加州大學神經系統科學家拉里·斯旺森和理查德·湯普森將老鼠大腦中與愉悅和獎勵相關的伏核區進行隔離，在同一點同時注入兩枚“示蹤劑”，分別用于顯示信號去向和來源。
湯普森花費8年多時間發明和完善這次研究所用示蹤方法。其他示蹤方法大多只能在一個位置跟蹤一個方向一個信號。“我們可以在同一個動物身上同時觀察一個大腦回路中的4個連接，”斯旺森說。美國南加州大學的這項研究報告已經發表在《國家科學院學報》。
英國廣播公司（BBC）援引斯旺森的話報道：“‘從上到下理論’在已有實驗神經科學文獻中占有驚人的統治地位，這一理論可上溯至19世紀。”
斯旺森說，大腦中互聯網式結構的存在可以解釋大腦能克服局部損傷的現象，你可以拿掉互聯網任何一個單獨部分，但網絡其他部分照常工作，神經系統同樣，沒法說某一部分絕對不可或缺。
斯旺森表示，眼下至少在老鼠大腦伏核發現不同以往認為的神經系統結構，今后可以用這次研究中使用的示蹤法觀察其他部位，最終繪出整個大腦神經網絡圖。
斯旺森說，繪制整個大腦神經網絡圖是個無比復雜的工作，目前不能肯定這個圖對解答意識和認知方面難題會產生何種影響。不過，好比人類基因組項目。人們相信找出人類脫氧核糖核酸（DNA）完整序列是研究生物學的一塊基石，無論花費多長時間都要完成這項工作。
3）大腦中的類社交網絡問題
大腦中的神經元像一個社會網絡一樣連接在一起。每個神經細胞都與許多其他的神經細胞相連接，但只有少數彼此非常相似的細胞之間會建立最強有力的聯系。這些研究結果發布在2015年2月4日的《自然》(Nature)雜志上。
該研究小組的領導者Thomas Mrsic-Flogel教授說：“神經細胞形成了一個稱作為突觸的、令人困惑的連接網絡——每個神經細胞有多達幾千突觸。然而并非所有的突觸連接都是相同的。絕大多數的都是微弱連接，細胞只生成了非常少的一些強有力的連接。該研究小組的領導者Thomas Mrsic-Flogel教授說：“我們想知道，是否有一些規則可以解釋在由數百萬神經元所構成的復雜的網絡中神經元之間的連接機制。結果表明其中一個規則非常簡單。即志同道合則強有力地連接，彼此行為極其不同的神經元則微弱連接或根本不連接。”
4.腦互聯網生理學研究的未來
從目前科學進展看，互聯網作為解開大腦之謎的鑰匙，其跡象越來越明顯，在2010年我們發表的論文“互聯網與神經學交叉對比研究”提出應該從神經心理學和神經生理學等層面進行研究，一方面提煉和總結互聯網相關應用的運行特征，以此為啟發和索引，設計神經心理學和神經生理學實驗，在人腦或其他生物大腦中尋找對應結構。
以這個研究思路為基礎，相信未來我們能夠看得和得到更多大腦互聯網神經生理學領域的新進展。
附錄：
互聯網神經學（Internet neurology），我們可以這樣定義互聯網神經學：
基于神經學的研究成果，將互聯網硬件結構，軟件系統，數據與信息，商業應用有機的整合起來，從而構建互聯網完整架構體系，并預測互聯網沿著神經學路徑可能產生的新功能和新架構；根據互聯網不斷產生和穩定下來的功能結構，提出研究設想，分析人類大腦產生意識，思想，智能，認知的生物學基礎；研究互聯網和人類大腦結構如何相互影響，相互塑造，相互結合，相互促進的雙巨系統交叉關系。
如果以腦科學和互聯網為橫坐標軸兩端，生理學和心理學作為縱坐標的上下兩段，互聯網神經學將由四部分組成： 互聯網神經生理學，互聯網神經心理學 ，大腦互聯網生理學，大腦互聯網心理學 ，它們之間的交叉部分將形成第五個組成部分-互聯網認知科學，他們的關系如圖二所示。
互聯網神經學的5個組成部分簡要介紹
互聯網神經生理學（Internet neurophysiology）重點研究基于神經學的互聯網基礎功能和架構，包括但不限于互聯網中樞神經系統，互聯網感覺神經系統，互聯網運動神經系統，互聯網自主神經系統，互聯網神經反射弧，基于深度學習等算法，運用互聯網大數據進行圖像，聲音，視頻識別等互聯網人工智能處理機制。
互聯網神經心理學（Internet neuropsychology.）重點研究互聯網在向成熟腦結構進化的過程中，產生的類似神經心理學的互聯網現象。包括但不僅限于互聯網群體智慧的產生問題，互聯網的情緒問題，互聯網夢境的產生和特點，互聯網的智商問題等。
大腦互聯網生理學（ Brain Internet physiology）重點研究大腦中存在的類似于互聯網 功能結構的地方，使得不斷發展的互聯網成為破解大腦生物學原理的參照系， 包括但不僅限于大腦中的類搜索引擎機制，大腦中類互聯網路由機制，大腦中的類IPv4/IPv6機制，大腦神經元類社交網絡的交互機制，人類使用互聯網對大腦生理學結構的重塑影響等。
大腦互聯網心理學(Brain Internet psychology)重點研究互聯網對人類大腦在心理學層面的影響和重塑，包括但不僅限于互聯網對使用者產生的網癮問題，互聯網對使用者智商影響問題，互聯網對使用者情緒和社交關系的影響問題等
互聯網認知科學（The Internet in cognitive science）可看做互聯網神經生理學，互聯網神經心理學，大腦互聯網生理學，大腦互聯網心理學的組合交叉，重點研究互聯網和大腦兩個巨系統相互影響，相互塑造，相互結合，互助進化，從而產生智慧，認知，情緒的深層次原理。
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