互联网+脑科学，中国脑计划的机会

　　前言：从各国目前脑计划的制定看，互联网这个因素并没有得到足够的重视。没有互联网作为参照物，宏大的脑计划必将成为无源之水，无根之木，目前欧美脑计划出现的问题已经反映出这种倾向。中国互联网的快速发展也为中国脑计划的开展奠定了良好的基础和得天独厚的优势，互联网+脑科学，互联网神经学的研究，中国脑计划完全可以对欧美实现弯道超车，找到中国突破的新科学领域。

　　一、欧美大脑计划不断推出

　　2013年美国总统奥巴马向全球公布了“推进创新神经技术脑研究计划”。奥巴马的“脑计划”被外界看作是可以和人类基因组测序相媲美的大科学项目，美国政府将为项目拨款1.1亿美元。美国“脑计划”瞄准“第一”的目标是绘製出第一幅囊括大脑所有活动的详图，其最终的临床应用包括通过直接改变神经回路来诊断和治疗疾病。“脑计划”的进展不仅会带动美国的医疗卫生、信息技术等产业，还会带来人类认知的大进步。

　　2013年年初，欧盟委员会就宣布“人脑工程”为欧盟未来10年的“新兴旗舰技术项目”。欧盟项目与美国“脑计划”有很大不同，前者提出在巨型计算机上对人脑建模，而建模所需的数据可以来自“脑计划”，两者可以互为补充。

　　2014年开始，启动中国脑计划的呼声也不断升高。2015以来，关于中国脑计划的学术筹备会议已经多次举行。日前，多位科学家最近在接受记者采访时介绍，中国脑计划的最佳形式是“一体两翼”，即以研究脑为主体，保护脑和模拟脑为两翼。

　　对于尚未推出的中国脑计划，不少科学家抱有较高期望。尤其是在欧盟的“人类大脑计划”HBP经历争论重新启动之后，科学家们认为，中国的大科学项目是国家整体投入，一旦选准了正确的方向，将有很大的可能获得突破。

　　另一方面世界级互联网企业也也推出自己的人工智能大脑计划，2011年以来，GoogleX实验室实施了“谷歌大脑”工程，通过1.6万片CPU核构建了一个庞大的系统，用于模拟人类的大脑神经网络，通过深度学习等神经网络技术和观看YouTube视频等方式，不断学习识别人脸、猫脸以及其他事物。

　　2014开始，包括百度，讯飞，爱奇艺，也推出各自的人工智能脑计划，希望利用深度学习与大数据结合发展互联网中的人工智能应用。

　　二、各国大脑计划产生的大背景环境

　　每一次人类社会的重大技术变革都会导致新领域的科学革命，大航海时代使人类看到了生物的多样性和孤立生态系统对生物的影响。无论是达尔文还是华莱士都是跟随远航的船队才发现了生物的进化现象。

　　大工业革命使人类无论在力量的使用还是观察能力都获得的极大的提高。为此后100年开始的物理学大突破，奠定了技术基础。这些突破包括牛顿的万有引力，爱因斯坦的相对论，和众多科学家创建的量子力学大厦，这些突破都与”力“和”观测“有关。

　　互联网革命对于人类的影响已经远远超过了大工业革命。与工业革命增强人类的力量和视野不同，互联网极大的增强了人类的智慧，丰富了人类的知识。而智慧和知识恰恰与大脑的关系最为密切.

　　如果我们观察近20年来互联网出现的新应用和新功能，可以直观的发现互联网与大脑结构具有越来越多的相似性。这些现象包括：打印机，复印机的远程操控，医生通过远程网络进行手术;中国水利部门在土壤，河流，空气中安放传感器，及时将气温，湿度，风速等数据通过互联网传输到信息处理中心，形成报告供防汛抗旱决策使用;Google推出了“街景“服务，在城市中安装安装多镜头摄像机，互联网用户可以实时观看丹佛、拉斯维加斯、迈阿密、纽约和旧金山等城市的风貌等。

　　这些新互联网现象分别具备了运动神经系统，躯体感觉神经系统，视觉神经系统的萌芽，基于以上互联网新现象，从2008年9月开始，我们在人类功效学，复杂系统与复杂网络，中国科技论文在线等杂志发表论文表明互联网与脑科学的关系，发表“互联网进化规律的发现与分析”，“互联网与神经学的交叉对比研究”等论文,并与2012年出版《互联网进化论》一书，表明互联网与脑科学之间的关系，并提出互联网进化的观点：

　　“互联网将向着与人类大脑高度相似的方向进化，它将具备自己的视觉、听觉、触觉、运动神经系统，也会拥有自己的记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统。另一方面，人脑至少在数万年以前就已经进化出所有的互联网功能，不断发展的互联网将帮助神经学科学家揭开大脑的秘密。科学实验将证明大脑中也经拥有Google一样的搜索引擎，Facebook一样的SNS系统，IPv4一样的地址编码系统，思科一样的路由系统。。。”

　　从2010年开始，美国科学家也开始从学术上关注互联网与脑科学的关系，2010年8月美国南加州大学神经系统科学家拉里·斯旺森和理查德·汤普森在《国家科学院院刊》(PNAS)发表论文用互联网路由机制解释老鼠大脑的信号如何绕过破坏区域到达目标区域。

　　2012年11月16日，加州大学圣迭戈分校DmitriKrioukov在2012年11月的《ScientificReport》发表论文提出利用计算机模拟并结合多种其他计算，提出许多复杂网络如互联网、社交网、脑神经网络等有高度的相似性。

　　三、目前欧美脑计划存在的问题和中国脑计划的机会

　　我们在前文中提到，从技术进化导致科学突破的角度看，互联网带来的科学突破即将发生在脑科学领域，也就是破解大脑奥秘的钥匙就在互联网身上而不是其他，但从各国目前脑计划的制定看，互联网这个因素并没有得到足够的重视。没有互联网作为参照物，宏大的脑计划必将成为无源之水，无根之木，目前欧美脑计划出现的问题已经反映出这种倾向。

　　“这是因为缺少一个脑科学的统一框架。”美国哥伦比亚大学神经学家拉斐尔·尤斯特说，科学家现在只能研究其中的个体或小部分，就像是“通过一个像素来理解电视节目一样”。这些连接之间的每一层次都有各自的运作法则。但是，“这些运作法则，我们目前几乎一无所知”。

　　谷歌，百度等互联网企业提出的人工智能脑计划还局限在通过深度学习等人工智能算法不断提升其机器系统的智慧程度。而忽视了人的因素、人的智慧、人的主动性在互联网未来架构中所起到的核心作用。更没有应用到研究人脑功能结构总去。

　　从过去10年科学研究进展看，互联网与神经学这两个原本距离遥远的领域，关系远比想象的要深入和密切，我们认为中国脑计划的核心应该以互联网+脑科学为基础，建立互联网神经学学科为主干，从而找到撬动中国脑计划向纵深发展并引领世界脑科学发展的关键因素。

　　我们可以这样描述互联网神经学(Internetneurology)：基于神经学的研究成果，将互联网硬件结构，软件系统，数据与信息，商业应用有机的整合起来，从而构建互联网完整架构体系，并预测互联网沿着神经学路径可能产生的新功能和新架构;根据互联网不断产生和稳定下来的功能结构，提出研究设想，分析人类大脑产生意识，思想，智能，认知的生物学基础;研究互联网和人类大脑结构如何相互影响，相互塑造，相互结合，相互促进的双巨系统交叉关系。

　　如果以脑科学和互联网为横坐标轴两端，生理学和心理学作为纵坐标的上下两段，互联网神经学将由四部分组成：互联网神经生理学，互联网神经心理学，大脑互联网生理学，大脑互联网心理学，它们之间的交叉部分将形成第五个组成部分-互联网认知科学，他们的关系如图二所示。

　　四、中国脑计划未来研究方向和可能产生的成果

　　第一个方向是从互联网角度找到破解脑科学问题的钥匙，就是不断观察互联网稳定下来的功能和结构，作为研究脑科学的参考。2010年我们在复杂系统与复杂网络期刊发表的论文《互联网虚拟大脑的功能与结构》中提出了13个研究方向。

　　1.人脑中的搜索引擎问题

　　2010年3月24，我们才在中国科学院研究生院的互联网公开课上完成人脑中是否搜索引擎的实验测试。在这次课上，我们向来自各院所近50名硕士研究生介绍互联网进化理论并完成测试。

　　实验结果首先发布在2011年8月16日科学院网站上和2012年出版的《互联网进化论》一书中。在这本书中，我们也对人脑中是否存在类似Twitter，维基百科，IPv4/IPv6等级制进行了深入探讨。

　　我们知道百度和谷歌等类型的搜索引擎工作原理是，第一，每个搜索引擎用网页抓取程序(spider)。连续抓取互联网中的网页内容第二，搜索引擎抓到网页内容后，提取关键词，建立索引文件。第三，用户输入关键词进行检索，搜索引擎找到匹配该关键词的网页。

　　根据这一搜索原理，我们设计实验方案如下，第一，使用PPT向参与测试的人员展示5个词汇，分别为新浪，搜狐，网易，凤凰网，新华网，第二，展示时间为3分钟，供测试人员查看和记忆，第三，向测试的人员提问，分别询问8个词汇是否在刚才的PPT中出现并在问卷中标志，这8个词汇分别是;阿里巴巴，盛大，搜狐，新浪，开心网，凤凰网，腾讯，网易。经测试，测试人员回答正确率为98%。

　　我们然后在科学网的博客网页开始搜索引擎的实验过程。第一，同样在该网页内放置新浪，搜狐，网易，凤凰网，新华网，附加字符串“%redft098&876hfgt65%”表明该页面在互联网中是独一无二的，第二，发布30分钟后，百度和谷歌的网络蜘蛛查看该页面并收录到其数据库中第三，向百度和谷歌两个搜索引擎提问(输入关键词)，分别查询8个词汇是否在刚才的网页中出现并做记录，这8个词汇分别是;阿里巴巴，盛大，搜狐，新浪，开心网，凤凰网，腾讯，网易。经测试，百度和谷歌回答正确率为100%。

　　对人的测试出现了2%的误差，虽然看起来很小，但这个数据里蕴含了更多可以证明人脑存在百度和谷歌的证据，我们将在未来的文章里说明。上述实验可以重复进行。但无论如何，我们的科学院同学已经成为“世界第一批证实大脑中有百度和谷歌的人”

　　2.人脑中的路由问题

　　美国南加州大学神经系统科学家拉里·斯旺森和理查德·汤普森将老鼠大脑中与愉悦和奖励相关的伏核区进行隔离，在同一点同时注入两枚“示踪剂”，分别用于显示信号去向和来源。

　　汤普森花费8年多时间发明和完善这次研究所用示踪方法。其他示踪方法大多只能在一个位置跟踪一个方向一个信号。“我们可以在同一个动物身上同时观察一个大脑回路中的4个连接，”斯旺森说。美国南加州大学的这项研究报告已经发表在《国家科学院学报》。

　　3.人脑中的社交网络问题

　　大脑中的神经元像一个社会网络一样连接在一起。每个神经细胞都与许多其他的神经细胞相连接，但只有少数彼此非常相似的细胞之间会建立最强有力的联系。这些研究结果发布在2015年2月4日的《自然》(Nature)杂志上。

　　该研究小组的领导者Thomas Mrsic-Flogel教授说：“神经细胞形成了一个称作为突触的、令人困惑的连接网络——每个神经细胞有多达几千突触。然而并非所有的突触连接都是相同的。绝大多数的都是微弱连接，细胞只生成了非常少的一些强有力的连接。该研究小组的领导者Thomas Mrsic-Flogel教授说：“我们想知道，是否有一些规则可以解释在由数百万神经元所构成的复杂的网络中神经元之间的连接机制。结果表明其中一个规则非常简单。即志同道合则强有力地连接，彼此行为极其不同的神经元则微弱连接或根本不连接。”

　　第二个方向是利用脑科学，神经学已有的知识，从神经生理学，神经心理学等角度解读和预测互联网未来发展功能结构和趋势。

　　1.2008年绘制出互联网类大脑架构图，这幅图是通过对脑科学已有成果的的借鉴，所形成预测的未来互联网成熟架构。

　　2。用互联网大脑结构图分析当前互联网领域的热门概念，云计算，大数据，物联网，工业互联网(工业4.0)，移动互联网。

　　3.2012年提出互联网的神经反射弧现象，就是当互联网各神经系统发育成熟后，所出现的反射现象，互联网神经反射弧的研究会对理解互联网运行机理，发现互联网未来商业模式产生重要影响，我们在2012年出版的《互联网进化论》一书中提出了7中互联网神经反射模式。下图只显示其中一个模型。

　　4.2014年提出互联网神经元的“细胞体”-社交网络个人空间在形成更为成熟的互联网神经元时，必然会导致社交网络与物联网，工业互联网的结合，从而形成人与人，人与物，物与物社交的”大社交网络BIG SNS“

　　5.互联网大脑的情绪问题

　　目前从互联网所包含的应用看，能够产生类似人类情绪的部分主要发生在社交网络中，譬如新浪微博，腾讯微信，Facebook,twitter等，这些巨型社交网络连接了数十亿人类，而且未来可能进行进一步的融合，

　　社交网络不但连接了互联网用户。更连接了这些用户在文字，图片和视频中表达的情绪，当这种情绪通过关系链产生传播和共振时，互联网大脑的情绪就具备了研究基础。

　　大部分时间里，社交网络中发生着千万种的情绪释放，虽然可能局部有激烈的情绪节点爆发，但如果此时没有哪一个情绪能占到主导位置，那么从大尺度看，整个互联网大脑可以认为是处于平静情绪状态。

　　但发生重要事件引发社交网络某种情绪集中爆发时，互联网大脑就会表现出显著的情绪，例如乔布斯去世的趋势引发的悲痛情绪，中国奥运会获得第一名引发的高兴情绪，关于雾霾报道引发的担心情绪

　　6.互联网大脑的左右脑分工问题

　　作为神经心理学一个重要的研究领域，斯佩里通过裂脑实验发现人左右两半球机能分工的不对称性，右半球也有言语功能，但每一个半球都有其独自的感觉、知觉和意念，都能独立地学习、记忆和理解，这种现象也同样发生在互联网神经心理学领域。

　　我们在第三篇系列文章中提出以百度，谷歌为代表的搜索引擎将进化为互联网的左大脑，强于理性，字符，规则;以微博，微信，Facebook,twitter为代表的社交网络将进化为互联网的右大脑，强于感情，交互，认知等。

　　根据斯佩里的理论，每一个半球都有其独立的完整的功能，但有不对称分工，从互联网发展看，互联网大脑也有此迹象，例如谷歌在强于搜索引擎的同时也发展出自己的社交网络G+，腾讯强于社交网络，但通过收购搜索引擎搜狗，与微信等应用进行深入关联。由此可见，百度发展自己的社交网络，facebook,twitter发展自己的搜索引擎，在未来是顺应互联网类脑结构的进化需求。

　　7.互联网大脑的感知、记忆，学习问题

　　互联网的感知信息有三个来源，第一是人们通过社交网络发布的即时信息，第二是在各专业网站，维基百科由专业人士输入的专业类信息。第三个来自物联网，工业互联网传来的物理世界物的信息，也就是互联网感觉神经系统输入的信息。

　　这三方信息被搜索引擎为代表的互联网人工智能系统进行二次加工，从而形成未来互联网大脑感知、记忆，学习的基础。

　　8.互联网大脑“梦境”问题

　　从梦的起源来看，梦是人的心理过程的产物，关于互联网梦境的产生，2014年11月，我们发表文章“人类即将进入互联网梦境时代”，进行了阐述：

　　“随着互联网大脑的日臻成熟，虚拟现实技术开始进入到一个全新的时期，与传统虚拟现实不同，这一全新时期不再是虚拟图像与现实场景的叠加(AR)，也不是看到眼前巨幕展现出来的三维立体画面(VR)。它开始与大数据、人工智能结合得更加紧密，以庞大的数据量为基础，让人工智能服务于虚拟现实技术，使人们在其中获得真实感和交互感，让人类大脑产生错觉，将视觉、听觉、嗅觉、运动等神经感觉与互联网梦境系统相互作用，在清醒的状态下产生梦境感(Realdream)”

　　“就像在人类的梦境中我们会与人发生联系一样，互联网的梦境同样需要人与人的交互，这样一来，我们就需要一个开放的网络环境。就像互联网将人链接在一起，出现社交网络;将万物链接在一起，产生物联网一样，梦联网TheInternetofDream(IOD)将成为现实。在梦联网的世界中，联网的梦境可以互相联通，人们可以轻易进入到别人的梦境中，成为梦境的观看者或参与者，与其他参与者发生交互活动。进入梦境的人们可以进行语言交流、肢体接触，而这种互联网社交体验，能够带给人极其强烈的真实感。可以预见的未来是，梦境中的社交活动将成为未来互联网社交的一大趋势。”

　　9.互联网大脑的智商问题，

　　随着博客、社交网络、以及云计算、物联网等技术的兴起，互联网上数据信息正以前所未有的速度增长和累积。互联网用户的互动，企业和政府的信息发布，物联网传感器感应的实时信息每时每刻都在产生大量的结构化和非结构化数据，这些数据分散在整个互联网网络体系内，体量极其巨大。这些数据中蕴含了对经济，科技，教育等等领域非常宝贵的信息[52]。这就是互联网大数据兴起的根源和背景。

　　与此同时，深度学习为代表的机器学习算法在互联网领域的广泛使用，使得互联网大数据开始与人工智能进行更为深入的结合，这其中就包括在大数据和人工智能领域领先的世界级公司，如百度，谷歌，微软等。2011年谷歌开始将“深度学习”运用在自己的大数据处理上，互联网大数据与人工智能的结合为互联网大脑的智慧和意识产生奠定了基础。这个问题目前有了较为深入的研究，2014年6月我们在莫斯科举办的ITQM会议上发表论文进行了详细讨论，提出“通过一系列标准测试对互联网智商标准评测库进行测量，从而得出互联网在被测试时间点的智力发展水平，也就是该时间点的互联网大脑的智商”，互联网智商的研究对于互联网环境下的人工智能发展奖具有重要价值。

　　搜索引擎是目前互联网最重要的应用之一，它索引了几乎其他所有互联网网站的信息，同时谷歌，百度等公司通过各种方式不断提高搜索引擎的智能水平，因此对搜索引擎的智商测试对研究互联网大脑的智商有重要意义。2014年我们对全世界50个搜索引擎智商进行了测试得出如下结果：

　　应该指出搜索引擎智商不能等于互联网大脑智商，另一个重要的互联网应用-社交网络所蕴含的智能能力甚至超过我们的现象和测试手段，未来如何把社交网络智商化并与搜索引擎组合在一起形成完整的互联网智商将是一个重要的”互联网神经心理学问题“

　　五，结论

　　互联网已经打开了人类窥见大脑之谜的门缝，而大脑的结构也为预测互联网的未来照亮的前进的路径。这一点是今天中国开展大脑计划的最有利因素。中国互联网的快速发展也为中国脑计划的开展奠定了良好的基础和得天独厚的优势，互联网+脑科学，展开互联网神经学的研究，中国脑计划完全可以实现弯道超车，找到属于中国突破的新科学领域。

　　附，互联网神经学各组成部分的介绍

　　互联网神经生理学(Internetneurophysiology)重点研究基于神经学的互联网基础功能和架构，包括但不限于互联网中枢神经系统，互联网感觉神经系统，互联网运动神经系统，互联网自主神经系统，互联网神经反射弧，基于深度学习等算法，运用互联网大数据进行图像，声音，视频识别等互联网人工智能处理机制。

　　互联网神经心理学(Internet neuropsychology.)重点研究互联网在向成熟脑结构进化的过程中，产生的类似神经心理学的互联网现象。包括但不仅限于互联网群体智慧的产生问题，互联网的情绪问题，互联网梦境的产生和特点，互联网的智商问题等。

　　大脑互联网生理学(BrainInternetphysiology)重点研究大脑中存在的类似于互联网功能结构的地方，使得不断发展的互联网成为破解大脑生物学原理的参照系，包括但不仅限于大脑中的类搜索引擎机制，大脑中类互联网路由机制，大脑中的类IPv4/IPv6机制，大脑神经元类社交网络的交互机制，人类使用互联网对大脑生理学结构的重塑影响等。

　　大脑互联网心理学(BrainInternetpsychology)重点研究互联网对人类大脑在心理学层面的影响和重塑，包括但不仅限于互联网对使用者产生的网瘾问题，互联网对使用者智商影响问题，互联网对使用者情绪和社交关系的影响问题等

　　互联网认知科学(TheInternetincognitivescience)可看做互联网神经生理学，互联网神经心理学，大脑互联网生理学，大脑互联网心理学的组合交叉，重点研究互联网和大脑两个巨系统相互影响，相互塑造，相互结合，互助进化，从而产生智慧，认知，情绪的深层次原理。