大腦、蠕蟲和電腦芯片有著驚人的相似之處

大腦、蠕蟲和電腦芯片有著驚人的相似之處

  
     一個(gè)國際科學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)，人腦、蠕蟲的神經(jīng)系統(tǒng)和電腦芯片有驚人的相似之處。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)發(fā)表在雜志《公共科學(xué)圖書館計(jì)算生物學(xué)》上。 

     “人們經(jīng)常將人腦比作電腦，但是，它們之間除了在處理信息時(shí)都是在物理空間使用復(fù)雜的連接方式這點(diǎn)相似之外，人們還不知道這是否只是一個(gè)暗喻，”丹尼爾•巴賽特說。她是這篇文章的第一作者，也是圣芭芭拉加州大學(xué)的物理系博士后研究員。 

                                                                                     
    來自美國、英國和德國的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了新的量化組織原則，它鞏固了人腦的脈絡(luò)組織，高性能計(jì)算機(jī)電路的網(wǎng)絡(luò)組織和蠕蟲（通常是線蟲）的神經(jīng)系統(tǒng)。通過使用公用域網(wǎng)的數(shù)據(jù)，包括人腦磁共振的成像數(shù)據(jù)，線蟲的神經(jīng)系統(tǒng)地圖和標(biāo)準(zhǔn)的電腦芯片，他們檢測出了每一個(gè)系統(tǒng)的元素是如何連接成網(wǎng)絡(luò)的。     

人腦線蟲和芯片的共同屬性

     他們發(fā)現(xiàn)了人腦、線蟲和芯片所共有的兩項(xiàng)基本屬性，首先，人腦、線蟲的神經(jīng)系統(tǒng)和電腦芯片都有一個(gè)俄羅斯娃娃般的結(jié)構(gòu)，在不同的尺度一遍又一遍地重復(fù)著相同的模式。 

    第二，它們?nèi)齻€(gè)顯示出了什么叫做租金的縮放比例，一項(xiàng)用來形容在特定領(lǐng)域各種元素關(guān)系和他們之間的連接數(shù)據(jù)的規(guī)則。 

    巴賽特說，線蟲的大腦看上去也許和人腦幾乎沒什么相同之處，甚至和電腦電路相似處更少。事實(shí)上，每一個(gè)系統(tǒng)都包含了一個(gè)連接方式，這些連接方式都被鎖定在一個(gè)堅(jiān)實(shí)的物理空間，就像火車軌道上緊緊地被鎖定在地面一樣，形成固定的GPS坐標(biāo)。電腦芯片開始時(shí)是以一個(gè)抽象的連接形式出現(xiàn)，能執(zhí)行某種特定的功能。在第二階段，就會涉及到芯片的二維表面連接形式的測繪。這個(gè)測繪是關(guān)鍵的一步，必須認(rèn)真完成，為了將線路的總長度最小化——對芯片制造成本的有力的預(yù)測——在保持抽象的連接或功能時(shí)。 

    大腦也有個(gè)同樣的特點(diǎn)，就是精確的連接，這使得機(jī)體能夠發(fā)揮作用，但是則會受到“長線”或者“神經(jīng)元”的發(fā)展與保持相聯(lián)系的代謝性疾病的限制。她解釋說，在大腦和芯片中有著相似的限制，看起來，進(jìn)化和技術(shù)革新對于最佳的映射模式有著同樣的解決方法。 

    她還解釋說，這個(gè)結(jié)果能夠進(jìn)一步解釋處理單元（神經(jīng)元細(xì)胞體，或灰色物質(zhì)的關(guān)系）和不同大小的哺乳動物大腦中的線路（軸突，或白質(zhì)）已知的但不為人理解的關(guān)系——從老鼠到負(fù)鼠到海獅——進(jìn)一步表明這些神經(jīng)系統(tǒng)的規(guī)則是跨物種的留性。 

研究意義

    這項(xiàng)成果表明以市場為導(dǎo)向的人類發(fā)明和自然選擇在設(shè)計(jì)信息處理的網(wǎng)絡(luò)類型時(shí)，在費(fèi)用和復(fù)雜性上采取折中方案。 

     巴賽特和Edward Bullmore有著密切的合作。他是劍橋大學(xué)的精神病學(xué)教授。他說：“這些驚人的相似之處可以解釋清楚是因?yàn)樗麄兇碇诿荛]空間的最有效的布線方式——無論是三維的人腦還是二維的電腦芯片。