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大脑神经网络是如何形成的(一) 2013-07-15 14:24:48

通过类比,我们发现电脑和大脑都具有以开关为基础的网络结构,用来实现信息存储、运算、反馈这些信息处理功能。人类大脑的高级功能,就是常说的智力或智慧,是人们认识事物并运用已有知识解决实际问题的能力,包括观察力、记忆力、想象力、分析判断能力、思维能力、应变能力等等,也都是通过这个神经网络来实现的。从神经网络来看,足够数目的突触(不能太多,太多了也有问题),连接的越好,信息处理功能就越强大,大脑就越聪明。所以高智力对应于连接更好的神经网络。

 

电脑和大脑的信息网络也有很大的差异。

 

从规模上看,构成电脑CPU的基本模块是集成电路,目前已进入巨大规模集成电路GSI时代,集成组件数达到了109次方以上,所构建成的开关(逻辑门电路)数目与电路组件数大致相等或小一个数量级。组成人脑神经网络的神经元的数目在1011次方左右,但构建的开关数目(突触)则达到了大约1015次方个。

 

从空间结构看,虽然今年有新闻报道出现了革命性的三维集成电路,但还只是处于研究阶段,没有进入应用。目前电脑的信息网络还是二维的平面结构。对于人脑的网络来说,是个三维立体结构。

 

不论是从规模还是从空间结构上看,大脑的网络结构远远比电脑的网络复杂。

 

从形成过程看,所有电脑的网络都是预先被设计出来,然后才开始制造的。随着知识与技术的发展,电脑网络的复杂程度越来越高,但具体到每个细节的连接还是被人脑设计的。最初的电脑,其运行程序的改变是通过改变电子线路来实现的;而现代的电脑为适应大规模生产模式,其信息网络一旦设计完成,电子线路就被固定下来,运行程序的改变只能通过调用、执行不同的软件程序来实现。不同的软件程序,都是在同一个固定的网络中运行。与通过改变线路形成的专用电路相比,会损失一定的运算速度。

 

对于大脑,现在我们还没有能力认识、搞清楚局部的神经网络连接结构,更不用去想象、理解整个大脑的信息网络如何设计的。

 

我们已经知道基因是生命延续的密码,记录并传递着遗传信息。人的生、长、病、老、死等一切生命现象都与基因有关。通过人类基因组计划发现人类基因组的30亿个DNA碱基对序列,只有很小一部分编码了不到三万个基因。这些基因储存着生命孕育、生长、凋亡过程的全部信息,通过复制、表达、修复,完成生命繁衍所有人的遗传信息。

 

人类的基因肯定与大脑发育、生长和功能相关。但不到三万个基因是否携带了足够的遗传信息,能够直接设计决定神经网络中高达1015次方个突触的所有具体连接?也就是说,由不到三万个基因在一维线性序列上存储的信息是否能够决定有1015次方个连接的三维空间结构?从常识上看由一个简单的系统决定另一个极度复杂系统的详细设计是不太可能的,或者是根本不可能的。

 

我们很容易得到这样的结论:人脑的神经网络是不可能被预先设计出来。或者是说:人脑的神经网络是不可能在出生时就已经构建完成了的。

 

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