揭开大脑反向工程的未来

我跟所有人一样喜爱自己的身体，但如果硅质躯体能让我活200岁的话，我会换成这样一个身体。

——丹尼尔·希尔（Daniel Hill），思考机器公司联合创始人

2013年1月，永远改变医学和科学前景的两颗炸弹爆炸了。一夜间，曾经被认为太过复杂而无法解决的大脑反向工程突然成为世界上最大经济体之间的科学竞赛和荣耀的一个焦点。

首先，在国情咨文中，美国总统巴拉克·奥巴马宣布向“推进创新型神经技术开展大脑研究计划”（BRAIN，简称“大脑研究计划”）提供联邦研究资金，总共大约30亿美元，这震惊了科学界。与打开基因研究闸门的“人类基因组计划”一样，BRAIN将通过绘制大脑中的电通路，揭开大脑神经层面的秘密。一旦得到大脑的图谱，很多棘手的疾病，如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症、精神分裂症、痴呆症和躁郁症，就可能得到认知，进而可能治愈。这个计划在2014年可能得到1亿美元的启动资金。

几乎与此同时，欧盟宣布“人类大脑工程”（HBP）将得到11.9亿欧元资金（大约16亿美元），以对大脑进行电脑模拟。该工程使用世界上最大的超级计算机，将用晶体管和钢铁创建复制人类大脑。

这两个项目的支持者都强调这些努力会带来巨大的效益。奥巴马总统毫不迟疑地指出，BRAIN（大脑研究计划）不仅会减轻美国上百万人的痛苦，还将会带来新的收入来源。他宣称，人类基因组计划中投入的每1美元都带来了大约140美元的经济收入。事实上，人类基因组计划催生了好几个完整的新兴产业。对于纳税人来说，BRAIN会像人类基因组计划一样是一种双赢局面。

虽然奥巴马的讲话中没有提及细节，但科学家们很快做出了补充。神经学家指出，一方面我们现在能够使用精密的仪器监测单个神经元的电活动，另一方面利用磁共振成像（MRI）机也可以监测整个大脑的活动。他们指出，所缺失的是中间地带，而大多数有意义的大脑活动都集中在这个地方。这个中间地带的通路中包含着数千个至数百万个的神经元，我们对精神疾病和行为的认识空白正源自这里。

为了解决这个巨大的问题，科学家规划了一个15年的尝试性计划。在前5年中，神经学家希望监测上万个神经元的电活动。短期目标可能包括重新建构动物大脑中某些重要部分的电活动，例如果蝇的髓质或老鼠的视网膜（其中包含5万个神经元）的神经节细胞。

在10年的时间里，这个数字将增加到几十万个神经元。可能包括对果蝇的整个大脑进行成像（有13.5万个神经元），或者，甚至是对目前已知的最小哺乳动物伊特鲁里亚鼩鼱（Etruscan shrew。仅3.5厘米长，2克重）的大脑皮层进行成像，它有100万个神经元。

最后，在15年的时间里，我们可能监测几百万个神经元的活动，相当于一条斑马鱼的整个大脑或一只老鼠的整个新皮层。这将为对灵长类动物大脑的某些部分进行成像铺平道路。

同时，在欧洲，人类大脑工程将从另外一个角度解决问题。这个项目会用10年的时间，利用超级计算机模拟不同动物大脑的基本工作原理，从老鼠开始，最后是人类。人类大脑工程并不针对单个神经元，它利用晶体管模拟神经元的行为，所以将会制造出能够模拟新皮层、丘脑或大脑其他部分的计算机模块。

最后，这两个庞大的计划之间的竞争会引出不治之症在治疗方面的新发现，从而产生意想不到的效益，催生新的产业。但这里还有另外一个并没有言明的目标。如果我们最终能够模拟人类大脑，这是否就意味着大脑可以永生？这是否意味着意识能够存在于身体之外？这些野心勃勃的计划引出了一些最棘手的神学和形而上学的问题。

与许多孩子一样，我也喜欢拆钟表，一个螺丝一个螺丝地卸开，然后看看这个东西是怎样合在一起的。我会在脑子里跟踪每个零件，看看一个齿轮与另一个齿轮怎样连接，直到整个钟表拼装在一起。我发现主发条转动主齿轮，然后传到一连串小齿轮上，最后转动表针。

今天在更大的尺度上，计算机科学家和神经学家试图拆解一个极为复杂的物体，这也是宇宙中我们所知的最为复杂的物体——人类大脑。而且，他们还希望能够一个神经元一个神经元地重新组装人的大脑。

由于自动化技术、机器人科学、纳米技术和神经科学的快速发展，人类大脑的反向工程已经不是人们茶余饭后的虚无猜想。在美国和欧洲，有几十亿美元将很快投入到那些曾经被认为是荒谬的项目中。今天，一小部分有远见的科学家正将其毕生精力投入到一个他们可能看不到完成之日的项目中。明天，他们的行列会扩大为一个庞大的队伍，他们会得到美国和欧洲国家的慷慨资助。

如果获得成功，这些科学家将改变人类的历史进程。他们不仅会找到治疗精神疾病的新药和疗法，还可能解开人类意识的奥秘，也许可能将意识上传到计算机。

这是一项令人敬畏的工作。人类大脑包含1000亿个神经元，接近银河系中恒星的总数。每个神经元又与上万个神经元相连接，所有可能的连接加起来达到1亿亿个（这还没有开始计算神经元网络中的通路个数）。因此，人的大脑能够产生的“思维”数量完全是天文级别的，超出了人类的认识范围。

然而，这并没有让一小部分富有激情的、专注的科学家退缩，他们试图从零开始重构人类大脑。有一句中国谚语说：“千里之行始于足下。”这个重要的第一步事实上已经迈出了，科学家们已经对线虫神经系统中的神经元逐个进行了解码。这个被称为“秀丽线虫”的微小生物拥有302个神经元，7000个突触，这些都得到了精确的记录。完整的线虫神经系统图谱可以从互联网上找到。（直到今天，线虫还是整个神经结构得到这样解码的唯一活性生物体。）

最初，人们认为对这种简单生物体的完整反向工程可以打开通向人类大脑的大门。但具有讽刺性的是，情况恰恰与此相反。虽然线虫的神经元在数量上是有限的，但由它们组成的网络仍然十分复杂和精密，甚至认识线虫行为的简单事实（例如，哪些通路与哪些行为有关）都花去了几年时间。如果低等的线虫都难于得到科学理解，那么科学家就要被迫重新认识人类大脑所具有的复杂性。

由于大脑如此复杂，对大脑逐个神经元地进行分解至少有三种不同的方法。第一种是利用超级计算机对大脑进行电子模拟，这是欧洲人采用的方法。第二种是绘制活性大脑的神经通路，这是“大脑研究计划”（BRAIN）所使用的方法。（这项任务还可以继续细分，这取决于怎样分析这些神经元：对每个神经元进行解剖分析，或者按功能和活动进行分析。）第三种是我们可以对控制大脑进化的基因进行解码，这是微软的亿万富翁保罗·艾伦（Paul Allen）所开创的方法。

第一种方法利用晶体管和计算机模拟大脑，这种方法正在向前推进，他们按照某种顺序对动物的大脑进行反向工程：首先是小白鼠，然后是老鼠、兔子和猫。欧洲的项目基本按照进化的历程进行，从简单的大脑开始，然后增加复杂性。对于计算机科学家而言，这种办法就是解决原始计算能力问题：越强大越好。而且这意味着要使用世界上最大的计算机对老鼠和人的大脑进行解码。

他们的第一个目标是小白鼠的大脑，它的尺寸是人类大脑的千分之一，包含大约1亿个神经元。IBM的蓝色基因计算机正在分析小白鼠大脑的思维过程，这台计算机坐落在加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室，世界上最大型的计算机中有很多台都安放在那里。这些计算机被用来为五角大楼设计氢弹头。这个由晶体管、芯片和线路构成的庞然大物拥有147456个处理器和令人惊愕的150000 GB存储空间。（普通的个人电脑只有一个处理器，几个GB的存储空间。）

这里的进展虽然缓慢，但一直稳定向前推进。科学家首先试图复制大脑皮层与丘脑之间的连接，而不是模拟整个大脑，这个连接是大脑活动集中的地方。（也就是说，这个模拟中并不包含与外部世界的感觉连接。）

2006年，IBM的达尔曼德拉·莫德哈（Dharmendra Modha）博士采用这种方法用512个处理器部分地模拟了小白鼠的大脑。2007年，他的团队用2048个处理器模拟了老鼠的大脑。2009年，拥有16亿个神经元和9万亿个连接的猫的大脑得到模拟，所用处理器为24576个。

今天，穷尽蓝色基因计算机的所有能力，IBM的科学家仅模拟了人类大脑神经元和突触的4.5 ％。要开始对人类大脑进行部分模拟，我们需要88万个处理器，这可能在2020年左右实现。

我曾有机会拍摄蓝色基因计算机。要进入这个实验室，我必须通过层层安检，因为它是美国最先进武器的实验室，通过所有检查点之后，就来到一间巨大的装有空调设备的房间，这里安放着蓝色基因计算机。

这台计算机真是一件宏伟的硬件，有一架一架的黑色大柜，布满开关和闪烁的信号灯，每个大约8英尺（2.44米）高，15英尺（4.57米）长。当我走过这些组成蓝色基因的大柜时，我想知道它正在执行什么任务。很可能，它正在模拟质子的内部结构，计算钚触发器的衰变时间，模拟两个黑洞的碰撞，以及像一只小白鼠一样进行思考，这些都在同时进行。

后来我得知，即便是如此先进的超级计算机也即将让位于下一代蓝色基因/Q红杉计算机，它的计算能力达到了新高度。2012年6月，这台计算机成为世界上最快的超级计算机。它运算的峰值速度可以达到20.1PFLOPS（每秒20.1千万亿次浮点运算）。它占地3000平方英尺（280平方米），消耗电能7.9兆瓦，这够点亮一座小型城市了。

但一台有如此强大运算能力的计算机足够与人类大脑匹敌吗？

不幸的是，还不能。

这些计算机试图模拟的仅仅是大脑皮层与丘脑之间的交互作用。大脑中的大部分都没有包含在内。莫德哈博士很清楚这项工程的艰巨性。这项野心勃勃的研究使他能够估算建造整个人类大脑的模型将需要多大的运算能力，这包含新皮层的所有部分以及与感官的连接，并非只是大脑的一部分或一个模糊的模型。在他的设想中，这需要上千台蓝色基因计算机，而非一台，这将占据一个街区的面积，而不是一间约300平方米的房间。能量的消耗会十分巨大，需要发电能力上千兆瓦的核电站提供所需的电量。然后，为了防止这台怪物式的计算机自身熔化，还要使它冷却，这也许要引入一条小河流，让它从计算机的电路中流过。

需要一台庞大到像一座城市一样的计算机来模拟人类头颅里只有3磅（1360克）重的一个组织，这真是令人震惊的事情，而大脑的工作仅仅将人体温度提高了1～3摄氏度，使用的功率仅有20瓦，而且只需要几个汉堡包就能维持运转。

也许参与这个项目的最具抱负的科学家当属瑞士洛桑联邦理工学院的亨利·马克拉姆（Henry Markram）博士。他是人类大脑工程（HBP）背后的主要推动者，这项工程获得了欧盟10多亿美元的资助。过去的17年里，他一直试图解开大脑的神经布线。他也使用蓝色基因计算机对大脑进行反向工程。目前，他的人类大脑工程已经花费了欧盟1.4亿美元，这仅是未来10年所需的计算能力的一小部分。

马克拉姆博士相信，这已经不仅是一个科学项目，而是一个工程，需要大量的资金。他说：“要建造这个东西——超级计算机、软件和研究——我们需要大约10亿美元。如果考虑到大脑疾病所造成的经济负担将很快超过全世界生产总值的20％，这就不昂贵了。”对于他来说，10亿美元不是问题，相比于当婴儿潮一代人退休后患上老年痴呆症、帕金森氏症和其他相关疾病所产生的几千亿美元的医疗账单，这是个小数目。

所以，对于马克拉姆博士来说，解决方法仅仅是规模问题。向这个工程投入足够的钱，人类大脑就会呈现出来。现在他从欧盟获得了梦寐以求的10多亿美元资助，他的梦想可能成为现实。

对于每个纳税人将从这10多亿美元的投资中获得什么的问题，他有所准备。他说，开始这项孤独且昂贵的探索有三个原因：“第一，如果我们希望在社会中融洽相处，那么了解人类大脑就必不可少，而且我认为这是进化中的关键一步。第二个原因是，我们不能永远只做动物实验……这就像诺亚方舟，像一个档案馆。第三个原因是，这个星球上有20亿人正在遭受精神疾病的痛苦……”

在他看来，我们对精神疾病知之甚少简直是一种耻辱，这些疾病让上百万人遭受痛苦。他说：“今天没有一种神经方面的疾病，我们知道是大脑线路里什么出现了问题——哪条通路，哪个突触，哪个神经元，哪个受体。这让人吃惊。”

起初，要完成这项计划听起来完全不可能，我们有那么多的神经元，那么多的连接。这好像是徒劳的工作。但这些科学家认为他们拥有王牌。

人类基因组包含大约23000个基因，但它们用某种未知的方法创建了包含1000亿个神经元的大脑。由人类基因建构成人类大脑在数学上看起来似乎不可能，不过胚胎每孕育一次，这样的事情就确实地发生一回。这么多的信息是怎样挤进这么小的东西中呢？

马克拉姆博士的答案是，大自然使用了捷径。这个方法的关键是，一旦大自然找到了一个好的神经元模板，这些模块将被不断重复使用。如果你观察大脑的显微切片，你最初只会看到神经元随机地交织在一起。但仔细观察后，你会发现有些形状会不断重复。

（事实上，模块是我们能够如此快速地建造摩天大楼的原因之一。设计出单个模块之后，就能在装配线上不停地复制。然后可以很快地一层一层把模块叠加起来，建造出摩天大楼。一旦所有文件签署完毕，用这种模块方式建造一所公寓楼，几个月就能完工。）

马克拉姆博士的“蓝脑计划”（Blue Brain project）的关键是“新皮层单元”这种在大脑中不断重复的模块。对于人类而言，每个这样的单元（模块）大约2毫米高，直径为0.5毫米，包含6万个神经元。（相比而言，老鼠的每个神经模块只包含1万个神经元。）马克拉姆博士从1995——2005年用了10年时间绘制了每个单元中的神经元，并分析出单元的工作机制。解决这些问题后，他去了IBM，制造了大量的这些单元的迭代体（iterations）。(www.xing528.com)

他是永远的乐观主义者。2009年，他在TED（技术、设计、娱乐）大会上宣称能够在10年内完成该计划。（很可能所带来的只是人类大脑的简化模型，不包括与其他脑叶或感官的任何连接。）但他说：“如果我们的建构方法正确，它将能够开口说话，并且拥有智能，它的行为会与人类非常接近。”

马克拉姆博士非常善于为自己的工作辩护。他对所有问题都有现成答案。当批评者说他正踏入禁区时，他会反击道：“作为科学家，我们不应该畏惧真理。我们需要认识自己的大脑。很自然，人们认为大脑是神圣的，认为我们不应该摆弄它，因为那里可能隐藏着关于我们灵魂的秘密。但坦白地讲，我认为，如果这个星球能够认识大脑的工作方式，我们将解决所有地方的冲突。因为人们会明白这些冲突、反应和误解是多么微不足道，以及如何控制冲突和消除误解。”

当他面对“你是在扮演上帝”这种极端指责时，他说：“我觉得我们离扮演上帝还很远。上帝创造了整个宇宙。我们仅仅是在尝试制造一个小模型。”

虽然这些科学家宣称他们对大脑的计算机模拟将在2020年开始接近人类大脑的能力，但这个问题仍然存在：这个模拟有多真实？譬如，猫的大脑模拟能够抓到老鼠吗？或者它能与一个毛线球玩耍吗？

答案是：不能。这些计算机模拟只是试图把握猫的大脑中神经元激活的纯粹能量，并不能复制大脑各区域整合在一起的方式。IBM的模拟只针对丘脑皮层系统（即连接丘脑和皮层的通道）。这个系统不包括肢体，因此不涉及大脑与环境的复杂互动。这个大脑中没有顶叶，所以没有与外部世界的感觉或运动连接。即便在丘脑皮层系统中，其基本的架构也与猫的思维过程相去甚远。其中没有用于跟踪猎物或寻找配偶的反馈回路和记忆通路。计算机化的猫的大脑是一块空白的石板，没有任何记忆，没有本能的欲望。换言之，它不可能抓到老鼠。

所以，即使到2020年前后，人类大脑能被模拟出来，你也不能与它进行简单对话。没有顶叶，它就像没有感觉的空白石板，没有关于自己、关于他人和周围世界的知识。没有颞叶，它就不能说话。没有边缘系统，它就不会有任何情感。事实上，它的大脑能力比刚刚出生的婴儿还要弱。

把大脑与感觉、情感、语言和文化的世界相联系的挑战才刚刚开始。

下一种方法是直接对大脑神经元进行绘图，这得到了奥巴马政府的偏爱。这种方法分析大脑中的实际神经通路，而不是利用晶体管进行模拟，它包含几个组成部分。

进行研究的一种方法是在物理上识别出大脑中的每一个神经元和每一个突触。（神经元通常会在这个过程中被破坏。）这被称作解剖法。另外一条路径是当大脑发挥某些功能时，解码神经元之间电信号的流动方式。（这种方法强调识别活性大脑的神经通路，似乎得到奥巴马政府的青睐。）

解剖法使用“切片与切块”（slice-and-dice）的方法，逐个神经元地拆解动物大脑的细胞。这样，环境、身体以及记忆的复杂性都已经包含于这个模型之中。这些科学家期望能够识别出大脑中的每一个神经元，而不是通过组装无数个晶体管来近似模拟人类大脑。之后，每个神经元也许可以用晶体管来模拟，这样我们就得到了人类大脑的精确复制品，其中包含记忆、人格以及与感官的连接。一旦这种大脑反向工程获得成功，你应该可以与这个拥有记忆和人格的人进行有意义的对话。

完成这个项目并不需要新的物理学理论。霍华休斯医学研究中心的格里·鲁宾（Gerry Rubin）博士用一种类似于熟食店里切肉刀的工具切开了一只果蝇的大脑。这不是一项简单的工作，因为果蝇的大脑只有300微米宽，与人类大脑比起来就像一粒微尘。果蝇大脑包含大约15万个神经元。每一个切片仅有一亿分之五米（0.05微米）宽，都是用电子显微镜仔细摄录，然后输入电脑，通过电脑程序逐个神经元地重构果蝇大脑。按照目前的速度，鲁宾博士需要20年才能识别果蝇大脑的所有神经元。

这种蜗牛般缓慢的速度可部分归咎于目前的摄像技术，因为一个标准的扫描显微镜的速度大约为每秒1000万个像素。（这约为普通电视机屏幕解析度的三分之一。）下一步的目标是制造出每秒处理100亿个像素的成像机器，这将会是世界纪录。

怎样储存由显微镜得出的数据也是一个棘手的问题。一旦这项工程开足马力，鲁宾预计，就一只果蝇而言，每天将会扫描上百万GB的数据，所以应该会有一个装满硬盘的巨大仓库。此外，由于每只果蝇的大脑都有细微差别，他要扫描上百个果蝇大脑以得到最为准确的近似值。

在果蝇大脑研究的基础上，我们最终拿人类大脑切片需要多长时间呢？“100年之后，我期望认识人类意识是怎样工作的。10年或20年的目标是认识果蝇的大脑，”他说。

有几种技术的进步能够推进这种方法。一种可能性是使用自治设备，由机器来完成大脑的切片、扫描和分析每个切片的枯燥工作。这可以大大减少该项目所需要的时间。例如，自动化大大降低了人类基因组计划的成本（虽然预算为30亿美元，最后这个项目提前完成，而且低于预算，这在华盛顿是前所未有的）。另一种方法是使用各种染料标记不同神经元和通路，使它们易于观察。还有一种方法是建造自治化的超级显微镜，能够逐个地扫描神经元，保留下清晰的细节。

由于对大脑和其所有感官的完整绘制图需要近百年的时间，这些科学家就像设计欧洲教堂的中世纪建筑师一样，他们知道自己的子孙终将完成这个工程。

除了逐个神经元地绘制大脑的解剖图外，还有一个同时进行的项目，叫做“人脑连接组计划”，它利用大脑扫描数据重构连接人类大脑各个区域的通路。

2010年，美国国立卫生研究院宣布，分5年向一个大学联盟（包括华盛顿大学圣路易斯分校和明尼苏达大学）投资3000万美元，分3年向另一个由哈佛大学、马萨诸塞州综合医院和加州大学洛杉矶分校领衔的大学联盟提供850万美元的资助。当然，这种水平的短期资助不足以使科学家们为整个大脑排序，这些资金主要是启动这个项目。

很可能这个项目最后会并入“大脑研究计划”（BRAIN），这会大大推进研究进度。项目的目标是绘制人类大脑的某些神经通路的构造图，以说明孤独症和精神分裂症等大脑症状。联接组计划的牵头人之一是塞巴斯蒂安·承（Sebastian Seung，承现峻）博士，他说：“研究人员猜测这种患者的神经元本身是完好的，只是它们之间的连接出现异常。不过，我们目前还没有检验这个假说的技术。”如果这些疾病真是由大脑错误的连接构成，那么人脑连接组计划就可能为我们提供治愈这些症状的宝贵线索。

但当思考对整个人类大脑成像的最终目标时，承博士有时会对完成这个计划没有信心。他说：“在17世纪时，数学家和哲学家布莱士·帕斯卡（Blaise Pascal）曾写下自己对无限的畏惧，写下自己思考广袤的外部空间时的渺小感。而作为一个科学家，我不应该谈论我的感情……我感到好奇，我感到惊讶，但有时我也会感到绝望。”不过他以及像他一样的人还在坚持着，即使他们的工作需要几代人来完成。他们有理由充满希望，因为有一天自治显微镜会不知疲倦地摄像，人工智能机器会一天24小时不停地分析这些相片。但现在，普通电子显微镜对人类大脑的成像要消耗1 ZB（10万亿亿字节）数据，相当于今天全世界网络上所汇集的数据的总和。

承博士甚至邀请公众通过访问名为“艾维尔”（EyeWire）的网站来参与这项伟大的计划。在那里，普通的“公民科学家”可以看到大量神经通路，然后给它们填色（在各自通道的范围内）。这就像一个虚拟的彩色图画本，画面是由电子显微镜拍下的眼睛视网膜上的神经元。

最后，绘制大脑图像还有第三种方法。除了利用计算机模拟分析或识别所有神经通路外，来自微软的亿万富翁保罗·艾伦提供了1亿美元的慷慨资助，采取另外一种方法进行研究。研究的目标是绘制小白鼠大脑的图像或图谱，重点是识别那些负责形成大脑的基因。

人们希望，对这些基因在大脑中表现的认识有助于理解孤独症、帕金森氏症、老年痴呆症和其他精神症状。由于小白鼠基因中有很多也出现在人类中，对于小白鼠的研究可能会启发我们对人类大脑的认识。

有了这些资金的突然注入，项目已在2006年完成，结果可以在网络上免费获取。之后不久，名为“艾伦人类大脑图谱”的后续项目发布，希望能够制造出完整的人类大脑3D解剖图和基因图。2011年，艾伦研究所宣布，已经绘制了两个人类大脑的生物化学图谱，找到1000个解剖部位，包含1亿个数据点，这些数据能够说明基因如何以基本的生物化学形式呈现。这项研究确认，有82％的人类基因在大脑中得到表现。

艾伦研究所的艾伦·琼斯（Allen Jones）博士说：“在此之前，能够达到这种精细程度的人类大脑图谱还不存在。”他补充道，“艾伦人类大脑图谱提供了我们从未见过的有关我们最复杂、最重要的器官的景象。”

将毕生致力于大脑反向工程的科学家们意识到，他们面前还有几十年的艰苦工作。但他们坚信自己的工作有着实际价值。他们认为，即使是部分成果也会有助于我们揭开在整个人类历史上给人类带来痛苦的精神疾病的奥秘。

然而，怀疑者可能会说，这种艰苦的工作完成后，我们得到的是堆积如山的数据，但却无法知道它们怎么结合在一起。例如，假设一个尼安德特人（穴居人）有一天看到了IBM蓝色基因计算机的整个蓝图，其中包含每一个晶体管的所有细节。这是张巨大的蓝图，所用的图纸会有上千平方英尺（93平方米之上）。这个尼安德特人可能会隐约地感觉到这张蓝图包含着一种超级机器的秘密，但这些技术数据对他来说没有任何意义。

同样，也有这样的担心：花费几十亿美元标定大脑每个神经元的位置后，我们仍无法理解这代表着什么。也许还需要几十年的努力工作，我们才能明白它们是怎样工作的。

例如，人类基因组计划取得了巨大成功，弄清楚了人类基因组中的所有基因序列，但对于那些指望马上得到基因疾病良药的人来说，会感到巨大的失望。人类基因组计划就像一部大词典，其中有23000个词条，但没有任何解释。这部词典里全是空白的页面，但每一个基因的拼写完全正确。这个计划是一种突破，但同时它只是弄清楚这些基因的功能以及它们之间相互作用的第一步。

同样，仅仅有一张包含大脑中所有神经连接的完整图画，并不意味着我们会明白这些神经元的功能和它们之间的互动。反向工程是比较容易的一部分，之后，困难的部分会开始，即理解这些数据。

先让我们假设这个时刻已经来临。科学家带着吹嘘的口吻庄严地宣布，他们对整个人类大脑的反向工程取得了成功。

然后呢？

一种直接应用是寻找某些精神疾病的来源。人们认为很多精神疾病并非由神经元的大面积损伤造成，而是由简单的错误连接造成的。设想那些由简单突变造成的基因疾病，如亨廷顿氏舞蹈病、泰氏-萨氏病（家族黑蒙性白痴症）或囊肿性纤维化症。在人的30亿个碱基对中，只要一个出错（或重复出现）就会造成肢体不可控制地乱动和颤抖，这是我们在亨廷顿氏舞蹈病中看到的。即使基因组的99.9999999％准确，一个微小的缺陷还是会使整个序列失效。这就是为什么基因疗法认为这些单个突变是有可能治愈的基因疾病。

同样，一旦大脑被反向工程后，我们可能进行大脑模拟，故意打断某些连接，观察是否会引起某些疾病。也许只有几个神经元可能对我们的认知造成重要影响。标定这些出现错误激活的神经元可能是大脑反向工程的一项重要工作。

卡普格拉妄想症（Capgras delusion，又称“替身幻觉综合征”）可以作为一个例证。有这种幻觉的人可以认出自己的妈妈，但同时认为这个人是假冒的。根据V．S．拉玛钱德朗博士的看法，这种罕见的疾病可能是由于大脑中两个部分的错误连接造成的。位于颞叶的梭状回负责识别妈妈的脸，但由杏仁核负责见到妈妈时的情感表现。当这两个中枢的连接断裂时，一个人会正确地识别出妈妈的脸，但由于没有情感回应，他会认为这个人是假冒者。

大脑反向工程的另一个实际用途是精确标定哪些神经元出现错误激活。我们看到，深部大脑刺激术（DBS）会使用微小的探针减弱大脑一小部分的活动，如某些深度抑郁病例中的布洛德曼25区。利用大脑反向工程图，也许可能精确地找到神经元错误激活的部位，这里很可能只包含少数几个神经元。

大脑反向工程对于人工智能也可能有所帮助。大脑可以毫不费力地进行视觉和人脸识别，但最先进的计算机都很难完成这种工作。例如，计算机对数据库中储存的正面人脸的识别精度达到95％，或者说精度很高，但如果人脸的角度发生改变，或者识别的人脸不在数据库中，计算机很可能会识别失败。我们可以在1秒钟之内从不同角度认出我们所熟悉的面孔。这个过程对于大脑来说如此简单，我们甚至都没有意识到我们在识别。大脑反向工程也许可以揭示我们是怎么做到的。

涉及大脑多重故障的疾病，如精神分裂症，可能更复杂些。这个病症涉及多个基因，加之与周围环境的互动，这又造成不同大脑区域的反常活动。但即使是这种情况，大脑反向工程还是可能告诉我们某些症状（如幻觉）到底是如何形成的，为找到可能的药物奠定基础。

大脑反向工程还能解决一些基本的但仍未解决的问题，如记忆能储存多久。我们知道大脑的某些部位储存记忆，如海马体和杏仁核，但记忆是如何分散到不同的皮层，然后又重新组合成记忆的仍不清楚。

一旦用反向工程构建的大脑发挥作用，那么就是打开它的所有通路，检验它是否能像人类一样做出反应（即，看看它能否通过图灵测验）的时候了。由于长期记忆已经在反向工程大脑中得到编码，这个大脑能否像人类一样做出反应应该能够很快体现出来。

最后，大脑反向工程还有一个影响，人们虽然很少讨论，但存在于很多人心中的一个问题是：能否长生不老。如果意识可以转移到计算机中，这是否意味着我们不会死去呢？