连接组：造就独一无二的你

　　每个人都是独特的，我们早就清楚这一点，但科学家一直没有弄明白人的独特性体现在哪里。承现峻认为，它就藏在大脑神经元的连接方式中。连接组（connectome）是指神经系统中神经元连接的总和，是遗传和生活经历发生相互作用的结果，是先天与后天的结合点。承现峻的文字优雅清晰，富于幽默感，他在书中介绍了神经科学的发展历程、基础知识，以及神经组学的研究方法与成果。这项工作如同攀登科学界的珠穆朗玛峰，如果成功，将为个性、智能、记忆等的研究提供基础，对孤独症、阿尔茨海默症、精神分裂症等精神疾病的治疗产生极大影响，人工智能也将由此获得希望。

　　承现峻（Sebastian Seung），美国普林斯顿大学神经科学研究所与计算机科学系教授。在人工智能和神经科学领域做出诸多重要发现，多篇论文发表于*学术期刊，学术成果得到《纽约时报》、《技术评论》、《经济学人》等媒体的报道。公民科学共同体“Wired Differently”科学项目主管。2010年的TED演讲“我是我的连接组”（I am my connectome）将连接组学带入了公众视野。
　　孙天齐，笔名苏椰，科学传播团体“科学松鼠会”成员，曾就职于清华大学生物医学工程系，研究人工智能、神经系统建模，目前自主创业。译有《艾伦图灵传：如谜的解谜者》一书。

序
引言
部分 尺寸重要吗？
一 从天才到疯子
二 边界争端
第二部分 连接主义
三 神经元不孤单
四 一路向下，全是神经元
五 记忆的形成
第三部分 先天与后天
六 基因森林
七 更多潜力
第四部分 连接组学
八 眼见为实
九 沿路追踪
十 划分
十一 破译
十二 对比
十三 改变
第五部分 超级人类
十四 冷冻还是腌制？
十五 另存为……
尾声

 

　　“神经元是我第二喜欢的细胞，仅次于我喜欢的――精子。如果你从来没有在显微镜下观赏过波澜壮阔的精子，我建议你马上揪住一位生物学家朋友的衣领，要求他或者她带你去看一看。精子们为不辱君命，而风雨兼程，视死如归，你会为此感慨万千。一个精子，就像一位只带了一只小小行囊的使者。那里面有线粒体，为它的尾巴提供微小的力量，鞭策它前行。还有DNA，这是一种分子，承载着生命的蓝图。它没有头发，没有眼睛，没有心脏，也没有大脑――它们空无一物地漂游。它们只有信息，用A、C、G、T四个字母写在DNA上。
　　如果这位生物学家朋友还愿意继续陪你玩，那就再请他带你看看神经元。精子引人入胜之处在于它不竭地运动，而神经元则会以它美丽的形态让你叹为观止。如同普通细胞一样，神经元也有一个平凡的圆形部分，里面包裹着细胞核和DNA。但是胞体只是画面的一小部分，你还会看到修长的分支伸展开来，分支又分支，就像一棵树。精子是明快的极简主义，但神经元却是巴洛克式的华丽。（如图13）
　　图13 我喜欢的细胞――精子正在使卵子受精（左图）和一个神经元（右图）。1
　　即使置身于一亿规模的队伍中，每个精子也是独自为战。它们当中多只能有一个胜者完成使命，令卵子受精。这是一场胜者通吃的战争。当一颗精子成功时，卵子的表面就会发生变化，形成一层屏障，阻止其他所有的精子再进入。无论双方的主人是美满的爱人还是行苟且之事，总之精子和卵子都会结成彼此忠贞的一对。
　　但与精子不同，神经元从不知孤单为何物，它们都是多情种。每个神经元都会同时与其他上千个神经元拥抱，它们的分支意大利面似的纠缠在一起。所有的神经元组成了一个紧密连接的网络。
　　精子和神经元，象征着世间的两个谜：生命和智能。生物学家希望能了解，精子携带的那些宝贵的DNA如何编码构造一个人类所需的一半信息。而神经科学家好奇的则是，这个神经元大网络如何能够思考、感觉、记忆和认知――也就是说，大脑如何能够产生美妙的心智现象。
　　我们的身体精密非凡，但大脑却以如谜的方式，占据着至高无上的君王地位。心脏泵送血液，肺部吸入空气，就像房子的管道一般。它们也都很复杂，但是并不是谜。思维和情绪则不同。我们到底能否理解它们，理解大脑的工作原理？
　　千里之下，要始于足下。要想了解大脑，何不先了解它的细胞？虽然神经元也是细胞的一种，但它却远远比其他细胞复杂，这从它那些华丽的分支就不难看出来。尽管我已经研究了这么多年神经元，但我仍然会为它们的宏伟所震撼。我想到了地球上壮观的树，加利福尼亚红杉树。如果你想知道自己多么渺小，那就去墨尔红木公园（Muir Woods），或者北美洲西岸的其他红木森林去看一看吧。你会见到那些生活了几个世纪，甚至上千年的大树，它们在如此漫长的岁月里，长成了令人眩晕的高度。
　　我用巨塔般的红杉树来类比神经元，是不是太夸张了？如果从尺寸上来说，确实是的，但如果进一步想想，你会发现它们是完全可以媲美的自然奇观。红杉树的小枝，细到只有一毫米，与整棵树球场般的高度相比，是十万分之一。而神经元的一个分支，称为神经突，长度可以从大脑的一边延伸到另一边，而它的直径却只有0.1微米，是长度的一百万分之一。2如果考虑这个相对比例，红杉树与神经元相比，简直是小巫见大巫了。
　　那么为什么神经元要有神经突？为什么它们要像树一样长很多分支？对于树来说，长枝条的原因是显而易见的：树冠要接收光照，那是它的能量来源。一条光线穿进树冠，就会被某一片树叶接收，而不会照到地面。类似地，神经元长成这样，是为了接收联络。如果一条神经突从另一个神经元的神经突中间穿过，它可能就会接触其中的某一条。就像红杉树“想要”被光照射一样，神经元“想要”与其他神经元接触。
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