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瑞士的“蓝色大脑”所揭示的意识的起源机制

  平凡的人 2017-12-29

人类试图揭示“意识”来源机制的雄心壮志之一,是瑞士的“蓝色大脑”计划。这个项目已经运行了12年。




瑞士倡议的“ 蓝脑”项目于2005年5月由瑞士洛桑联邦理工学院脑与脑研究所(EPFL)创建。


蓝脑计划的目标是通过超级计算机建立人脑生物上的数字重建。


基于超级计算机的行为模拟将大脑理解为易于理解的问题,为研究不同层次大脑组织之间复杂的相互作用提供了一种新的工具。


蓝脑计划背后的四大动机是:


脑疾病治疗

科学对意识和人的思想的好奇心

整合全球所有神经科学研究成果

建筑思维机器的进步(自下而上的方法)


每四个人中就有一人会在一生中患上大约560种脑部疾病之一 。因此,理解这些疾病并找到合适的治疗方法是很重要的。摘取活着的大脑很难进行研究。无论是从技术角度还是道德上。然而,虚拟模型可以直接观察。模型的实验也更加有效,并限制了对实验动物的需求。蓝脑计划,包括分子水平模拟,可用于研究新的药物化合物对任何物种,年龄和疾病阶段的虚拟大脑的影响。



研究涉及使用显微镜和膜片钳电极研究切片活的脑组织 。收集关于所有不同神经元类型的数据。这些数据被用来构建大脑皮质中的神经元和神经元网络的生物逼真模型。


模拟是在IBM建立的Blue Gene超级计算机上进行的。因此,名称“蓝色大脑”。仿真软件基于Michael Hines的 NEURON,以及其他定制组件。


模拟不是简单地由人工神经网络组成,而是涉及神经元的生物学实际模型。希望最终能够揭示意识的本质。



在“新奥尔良2012年神经科学大会”上,“蓝色脑计划”展示了20多张海报,描述了大鼠皮质柱的第一次重建。最大的模拟涉及大约100万个神经元和10亿个突触。这与蜜蜂大脑的规模大致相同。



2015年,经过长达十年的研究,终于发布了其首个重大成果:成功制作出沙粒大小的大鼠脑神经回路的数字模型。该研究工作模拟了通过近3700万个突触所连接的约31000个虚拟脑细胞。


神经元会构建复杂的几何结构


将虚拟大脑一个刺激时,神经元组装成越来越复杂的网络,就像乐高积木一样建造一座城堡。


当研究人员用刺激呈现虚拟的脑组织时,尺寸逐渐变大的团体瞬间组装成高密度的孔洞,研究人员称之为洞穴。“当大脑处理信息时,高维空腔的出现意味着网络中的神经元以非常有组织的方式对刺激做出了反应。“就好像大脑对刺激的反应一样,先建立一个多维块体,然后从木棒(1D)开始,然后是木板(2D),然后是立方体(3D),然后是更复杂的4D, 5D等。大脑活动的进展类似于一个多维的沙堡,从沙中物质化,然后瓦解。”


当我们观察大脑随着时间的推移对刺激的反应时,我们看到抽象的几何对象形成,然后分崩离析,因为它建立了功能网络。


大脑首先招募简单的神经网络来建立一维“框架”,然后这些网络联合成二维“墙壁”,其间有“洞”。



研究人员在数学上映射大脑的神经元网络。左边的图像是新皮层的数字拷贝。在它旁边是大脑的多维结构和空间的简化图像。


“我们不知道大脑在形成这些空洞时所做的事情。然而,显而易见的是,神经元必须以“非常有序”的方式构建这些高维结构才能发生。这种超组织的活动不仅仅是一个巧合,这是很清楚的。这可能是理解大脑活动时发生的事情的关键。”


快进和越来越高的三维结构和空穴形成,直到他们达到高峰。最高可以达到7-11维。维度不是空间维度,而是描述我们描述的几何对象的拓扑维度。7-或11维单仍嵌入在物理三维空间。


一旦到了那里,整个建筑就会崩塌,为下一步的任务腾出单位,就像沙堆城堡物化,然后瓦解。


展望未来,团队希望了解这些复杂的抽象网络如何指导我们的思维和行为。


研究者说:长期以来,我们并不清楚大脑运行的语言,现在就像找到一本能将一种完全晦涩的语言翻译成我们其实熟悉的另一种语言的词典,现在是破译这些故事的时候了。


如果能获得足够的资金,到2023年应该有可能实现全人类大脑模拟(860亿个神经元)。


遭到批评的项目


阿良:瑞士的蓝色大脑计划,还是遭到不少批评的,这是大型项目,比如说资金的浪费,他们希望筹措高达70亿欧元资金完成剩下的任务,而目前的成果寥寥,十年了才一点点成果。还有管理的低效和混乱等等。


还有人提出这种研究不全面,并不包括更深入的神经微观结构的研究,比如现在流行的研究对象——神经微管蛋白,据说它可以量子层面解释人类意识的起源。


相关链接在此:终于揭示了几个世纪的谜:意识的起源 ,因此是一种宏观、现象级别的研究。


神经元的多维结构和空间的简化图像



不过,还是有不少看点的,比如说,在思考的时候,神经元会搭建复杂的几何图形,而图形总伴随着孔洞的出现。这似乎类似一种“雪花”的结晶,一种有序结构。


神经元图案呈现低熵的特征


从“熵”的概念,我们知道,一个封闭的空间,分子运动总是趋向混乱,无序度升高,称之为“熵增”。而开放空间,混乱向外输出,有序度提升,称之为“熵减”。



譬如雪花就是一种“熵减”后的有序结构。科幻作家,刘慈欣将生物称之为“低熵体”。熵值越低,文明程度越高。这在地球上我们也能看见,越文明和发达地区,稳定性越高,而亚非拉落后地区,则混乱冲突不断。在地球这个封闭空间,发达地区总是谋求向不发达地区输出熵,以获得自身的低熵。一个比方,当年的大英帝国,向中国输出鸦片,获得财富。向澳大利亚输出囚犯,获得治安稳定。向美洲输出清教徒,获得宗教稳定。直到现在,地球依然隐蔽地遵循这种发展模式。列强足够无耻,但还也有一些国家,向自己内部输出混乱,让底层民众承担痛苦。无他,获得高层或某个政治团体,自身的利益和稳定而已。


二元分形结构


所谓分形,指的是一个结构,将其微观局部放大后,和宏观结构是一模一样的。回到上面话题,大脑思考时,似乎也遵循这种模式,神经元有序度提高,搭建复杂的立体几何体。而几何体的中心总是伴随着洞穴的出现。在更高结构看,N多个复杂的立体几何体,又围绕一个更大的孔洞出现。上上图是一种可以无限细分的分形结构。类似一副太极图,也类似宇宙中的星系。


量子力学角度的解释


需要一个观察者


量子力学认为人类对一个量子态进行观察后,量子波函数会从混沌态坍塌,变成局部有形的结构,从而获得信息(局部真理)。这点可以从电子双缝实验得出。神经元搭建的几何结构,围绕着一个“黑色眼睛”,我们可以将“眼睛”视为一个“观察者”,正是它的存在,神经元从无序的混沌状态,变成有序结构。


道家云,修行可以进入“空明”状态。虽曰空,却一切明了。只有空,才能建立一个独立的观察者。


因此人类的意识来源于虚空中量子信息的坍塌。而量子信息,是原本就存在的一切可能性。而我们获得的信息,是提取了部分,我们所需要的,和能够接受的信息。换而言之,我们需要什么信息,它便提供了什么信息。这是一种目的为主导的方式,而非结果。


答案有无数个,显现的只给你能够理解的答案


试想下,当你试图明白1+1=?的时候,神经元从虚空的量子态中,坍塌后,获得了无数信息,也许有1+1=3,我称之为元信息,这只是初始数据,它接着对这些信息,在人类目前的三维结构上进行验证,包括人类目前所拥有的经验,最终得出1+1=2,是可以被接受的。这是二次处理过程。


为什么我们在梦境有那么多不可思议的创意?放在平时生活中,都是违背常规的。因为梦境中的元信息,无须在生活中验证,在高维中是合理的。一旦梦醒,了无痕迹,因为不合理,大脑的存储部分,拒绝存储。


更多思考


有人说,科学的尽头是哲学,哲学的尽头是神学。神学,咱还无法评断,借用元吾氏最近的一个聊天记录,拓展下思维,了解下宇宙终极实相。



阿良:俺没有资格妄议本源的,猜想下,本源的震荡机制,其背后也源于数学,而数学可视化后是几何结构。其实我一直猜想,本源是圆形的结构,因为圆堪称宇宙最终极完美的结构,但是π是无限不循环小数,因此圆的体积,面积,周长并不是一个固定值,存在细微的差异,因此圆在一定程度上是一个模糊的震荡的区间。这也许是其二元对立之不完美面。而这种震荡,造成次元界面之间的摩擦和感知。因此最高级的生命是一种依靠结构摩擦,感知自我的空间生命。而其下是光子的纯能量生命,再下是等离子物质态能量生命,再下是物质层面的电性(生物电热和电池等)生命。



按照弦论,高维蜷缩在低维的微观粒子中,也许宇宙就是通过这些洞穴链接在一起的整体。意识可以通过这些微观的“黑洞”旅行,连接不同维度空间。所以正如前面说的,放下,所谓合理不合理的判断,才能进行一次“星际旅行”。拓展意识。


外星人通过遍布宇宙的星际门户和通道飞行


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