Sebastian Seung: 我就是我的聯結體

我們生在一個偉大的時代 一個染色體組的時代。 你的染色體是你所有的DNA序列 你的序列和我的有些不同 因此我們長得不一樣 我的眼睛是褐色的 你的可能是藍或灰 但這不只是表面 新聞標題告訴我們 基因裡可能隱藏著遺傳疾病 甚至影響我們的個性 或給我們帶來精神異常 我們的基因似乎 對我們的命運有著極大的影響力 仍然﹐我希望 我不只是我的基因 你覺得呢﹖ 你不只是你的基因吧﹖ (觀眾﹕不只) 是嗎﹖ 我想觀眾中有些人同意我的說法 我認為我們應該宣示一下 我認為我們應該一起宣示 來吧﹕我不只是我的基因 -- 一起來 眾人﹕我不只是我的基因 (歡呼) 那我是什麼﹖ (笑聲) 我是我的聯結體。 你們實在太棒了 為了讓我開心﹐或許我們可以再宣示一次﹖ (笑聲) 好﹐一起來 眾人﹕我是我的聯結體。 這實在太棒了。 你們實在太棒了﹐你們甚至不知道聯結體是什麼 配合度這麼高 或許我現在就可以走了

現在﹐我們只知道一個聯結體 在這個小蟲裡 最小的神經系統 裡面有300個神經元 在1970和80年代 有一組科學家 畫出神經元中間 的七千個聯繫 這個圖表裡的每個結都是一個神經元 每條線都是一個聯結。 這就是秀麗隱桿線蟲的 聯結體 你的聯結體比這個複雜多了 因為你的腦子裡 有一百億個神經元 以及一萬倍的聯結體 你的腦子也能做成像這樣的圖表 只是不可能放得進這張投影片 你聯結體的聯結是 基因體編碼的一百萬倍 裡面有很多資料

這些資料裡包含了什麼﹖ 我們還不能確定﹐但有一些學說 從十九世紀以來﹐神經科學家推測 你的記憶 - 那些讓你之所以為你的資料 - 說不定你的記憶就儲存在 腦子裡神經元的聯結裡 或者你其他的個人特性 你的個性和你的思維方式 說不定它們都寫在 你的神經元的聯結裡 現在你可以了解為什麼我要提出這個假設﹕ 我就是我的聯結體。 我要你和我一起吟誦不是因為它是真的 我只是希望你記住它 事實上﹐我們不知道這個假設是否正確 因為我們從來沒有如此強大的科技 足以測試這個假設 找到這個線蟲的聯結體 花了12年的努力 要找到我們腦子裡的這些聯結體 我們需要更精密的自動儀器 才能加速我們找尋聯結體的速度。 接下來的幾分鐘﹐我會告訴你們這些 在我和我的合作者的實驗室裡 發展中的新科技。

你可能看過神經元的圖片 你可以從它們的姿態裡 輕易的認出它來 它們延伸著長長的精密分支 簡單來說﹐看上去就像棵樹 但這只是一個神經元 如果我們要找尋聯結體 我們需要同時看見所有神經元 讓我們認識這位Bobby Kasthuri 他在哈佛 Jeff Lichtman 實驗室 裡面工作 Bobby 手握著一片奇妙的 老鼠腦。 讓我們放大十萬倍 得到一個更清晰的分辨率 讓我們一次看見神經元的所有分支 除了﹐你可能認不出它來 因為我們需要在三維度裡看

讓我們把一片片的腦部圖片 堆起來 我們就得到了這個3D圖像 但是你還是看不到這些分支 於是我們從上面 把橫斷面裡的分支塗成紅色 然後再塗下一片 再下一片 我們一直這樣做 一片又一片 直到我們把整堆都塗完 我們就可以在3D形狀裡重現 神經元分支的一小部份 我們可以把另一個神經元涂成綠色 我們可以看到綠色和紅色神經元 在兩個地方接觸 這就是所謂的突觸(synapses)

讓我們放大這個突觸 繼續看著綠色神經元的內部 你會看到小小的圈 這些就是突觸小泡(囊泡) 裡面有叫神經傳遞素的分子 當綠色神經元想和紅色神經元溝通 傳遞訊息的時候 它就從突觸吐出神經傳遞素 兩個神經元 就這樣聯繫 像兩個朋友講電話一樣

這就是找到突觸的方法 但要怎麼找到整個聯結體呢 我們把這堆層層疊起的3D畫面 把它變成一個超大型的3D塗色簿 把所有神經元涂成不同顏色 看過所有切片圖 找到突觸 然後在記錄參與突觸的兩個神經元 如果我們可以這樣處理所有圖片 就可以找到一個聯結體

目前為止 你們已經學到了神經元和突觸的基礎 我想我們已經可以處理 神經科學裡最重要的問題之一﹕ 男人和女人的大腦有什麼不同﹖ (笑聲) 從這本勵志書裡看來 男人的大腦像鬆餅 把生活分門別類放在小格子裡 女人的大腦則像意大利麵 人生裡的每件事都習習相關 (笑聲) 你們現在在笑 但這本書改變了我的生命 (笑聲) 但說真的﹐它錯在哪裡﹖ 你們已經有能力可以告訴我﹐這句話錯在哪裡 無論你是男人還是女人 每個人的大腦都是意大利麵 或是﹐加上分支的超細天使髮麵 就像在你盤子裡的一條意大利麵 碰觸其它意大利麵一樣 一個神經元會用它們糾纏的分支 觸碰許多其它神經元 一個神經元可以和許多其它神經元連接 因為在這些聯結點 可以有許多突觸 現在你可能已經忘記 這塊腦尺度究竟有多小

我們來比較一下 這真的很小﹐只有六微米(百萬分之一米) 面對整條神經元又是怎樣呢 你可以發現﹐這個方塊 只是這個分支其中的一小小塊 而神經元﹐當然比腦還小 而這甚至只是老鼠的腦 比人腦還小很多 於是當我給朋友看這些的時候 他們會告訴我 “Sebastian﹐我想你放棄好了。 神經科學簡直無可救藥。” 因為當你用肉眼看大腦時 你不知道它到底有多麼複雜 但當你把它放在顯微鏡下 這些隱藏的複雜性就顯露出來了。

在十七世紀 法國哲學家和數學家巴斯卡 寫下他對無限的恐懼 當他思考外太空時 感到自己是如何的微不足道 身為科學家 我不應該談論我的感受 教授﹐我真的不想知道 (笑聲) 我...... 可以嗎﹖ (笑聲) (掌聲) 我感到好奇 我感到驚嘆 但有時我也感到絕望 為什麼我要選擇學習 這樣一個複雜到不可思議 有可能接近無限的器官﹖ 這太荒謬了 我們怎麼敢妄想 我們有可能可以理解它呢﹖

但﹐我仍然想踏上這唐吉訶德式的旅程 最近﹐我有了新的希望 或許某天 某種顯微鏡能捕捉 巨大圖片資料庫裡的 每一個神經元和突觸 有這麼一天﹐一個人工智慧的超級電腦 能在無人操作的狀況下分析這些圖像 並把它們總結成一個聯結體 我不知道能不能﹐但我希望我能看到這一天 因為找出人類的所有聯結體 是科技史上最大的挑戰之一 可能要幾個世代才能成功 目前﹐我和我的夥伴 我們的目標較為微小 不過是在鼠腦和人腦間 找到部份的聯結體 但就算只是這樣﹐也足以實驗“我就是我的聯結體“ 這個假設 現在我只是想說服你們﹐這個假設有它的可信度 它是值得被認真對待的

在你的成長過程 不同的經歷 你對自己的身份認同也逐漸改變 同樣地﹐每個聯結體 也隨著時間改變 怎樣的改變呢﹖ 神經元﹐就像樹一樣 可以長出新的枝幹 也可以失去一些老枝幹 突觸可以被創造 也可以被淘汰 突觸可以長大 也可以變小 第二個問題是﹕ 這些改變是從哪裡來的﹖ 沒錯 某種程度而言﹐它們寫在你的基因裡 但那不是全部 因為有訊號﹐電位訊號 在神經元枝幹裡運行 還有化學訊號 從枝幹跳往枝幹 這些訊號就叫神經活動 有很多證據 神經活動 寫就了我們的想法﹐感覺和感知 我們所有的思考經驗 有許多的證據證明神經活動 可以改變這些連結 如果你綜合這兩個事實 這代表著你的經驗 能改變你的聯結體 這就是為什麼每個聯結體都獨一無二 就算是基因完全相同的雙胞胎也一樣 聯結體便是先天加上後天的綜合體 有可能 就算只是想想而已 也能改變你的聯結體 你也許能從這想法中得到力量。

這是什麼﹖ 有人會說，一條清涼的小河 還有呢﹖ 別忘了下面那條刻在地球上的 河床 沒有它﹐河水不知往哪裡流 我想以這條河流 作為說明神經活動和連接 兩者關係 的隱喻。 神經活動是一直在改變的 就像河水﹐從不停息 而連接 大腦的神經組織 則決定了 這些神經活動的方向 聯結體就像河床 這個比喻還不止這樣 因為雖然是河床帶領著 河水 在悠長的時間裡 河水也改變了河床的方向。 就像我剛告訴你的 神經活動可以改變聯結體 如果你允許我提昇到 一種文學的層次 我再次提醒各位，神經活動是 人類思想、感覺、感知的生物基礎﹐ 至少神經科學家是這麼認為的。 我們甚至可以說它是 意識流。 神經活動是河水 聯結體是河床

讓我們從文學的高度回到 科學上 假設我們的科技真的可以找出 所有的聯結體 我們該如何測試這個”我就是我的聯結體“ 的假設﹖ 讓我提議一個直接的測試法 讓我們嘗試 從聯結體中解讀出我們的記憶 想像記憶 是一連串綿長的短樂章 就像一個彈奏貝多芬夜曲的鋼琴家。 從一個十九世紀的學說看來 這些回憶就儲存在 你腦子裡的那串突觸聯結 如果這串聯結的第一個神經元被啟動了 開始對第二個神經元傳送訊息 一路延續下去 就像一整條骨牌 這一系列的神經活動 便是假設中的連續動態 的神經基礎

測試這個學說的辦法之一 便是找到聯結體中的 這串連接 但這並不容易﹐因為它們看起來不會像這樣 它們會全部纏在一起 我們需要用電腦 嘗試把它們解開 如果我們鬆開 這些纏在一起的神經元序列 就能夠預測回憶時 所重放的神經活動模式 如果這也成功了 那就會成為從聯結體中讀出記憶的第一例

(笑聲)

真是一團亂 你試過為這麼複雜的系統 接上線嗎﹖ 希望你沒有這種經驗 但如果你有這種經驗﹐你便知道犯錯是難免的 神經元的樹突就像腦子裡的電線 誰能猜出﹐腦中所有電線的長度﹖ 給你一點提示﹐很長。 (笑聲) 我測量過﹐幾百萬公里 全擠在你的腦殼裡 如果你想像這個數字 可以很容易發現 頭腦裡很有可能會接錯線 於是﹐許多媒體喜歡用這種頭條﹐ "厭食症患者腦神經異於常人“ 或"自閉症患者腦神經異於常人“ 這些聽上去都很可信 但事實上 我們根本沒法看清楚這些腦連接 更不可能知道這樣說是否真實 若我們有了能看見聯結體的科技 我們就能從大腦 接錯的線路中 從聯結體來辨識神經疾病。

有時候﹐證明假設最好的方法 便是把可能性推到極限。 哲學家很擅長這個游戲 如果你相信我就是我的聯結體 你也必須接受 死亡便是破壞聯結體 的想法 我這麼說是因為今日有許多先知 聲明科技將會 徹底的改變人類的生存狀態 甚至改變人類這個物種 其中一個最迷人的夢想 就是克服死亡 用人體冷藏法 你付上十萬美金的代價 就可以把死後的身體急速冷藏 儲存在某個充滿液氮的鐵罐裡 放在亞歷桑納州的某個倉庫 等待未來某個先進的文明 來讓你復活

我們應該開這些追求長生不老者 的玩笑嗎﹖ 還是某天他們會在我們的墳前 呵呵地笑﹖ 我不知道。 但我可以使用科學方法把他們的信念拿來實驗 假設我們在某個冷凍的大腦裡找到 一個聯結體 我們知道死後急凍將會 破壞大腦組織 於是問題是﹕聯結體被破壞了嗎﹖ 如果答案是肯定的﹐未來的文明 決不可能恢復這些冷凍大腦裡的記憶 身體或許可以復活 但思想卻沒有。 另一種可能是﹐如果聯結體都還在 我們便不能隨便嘲笑這些死後冷凍的想法

我描繪了一個旅程 從一個很小的世界開始 一直到很遠的未來 連接體將會成為人類史上的轉捩點 在進化的過程中﹐我們較大的腦 是唯一讓我們和非洲老祖宗猩猩 唯一不同之處。 我們用我們的大腦創造了 更多令人驚異的科技 總有一天﹐這些科技會強大到 讓我們可以使用它們來了解自己 用解構﹐再重新建構 我們大腦的方法。 我相信這個自我尋找的旅程 不只屬於科學家 也是屬於我們所有人的。 我很榮幸今天有這個機會，能和你分享這個旅程

謝謝各位

(掌聲)