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基因组学时代 基因组是你的整套DNA序列 你我的序列稍有不同 所以我们看上去不太一样 我的眼睛是棕色的 你的眼睛可能是蓝色或灰色的 但这序列的作用可没这么肤浅 新闻头条告诉我们 基因可能产生可怕的疾病, 甚至可能决定了我们的性格 让我们神经错乱 我们的基因似乎有着 主宰我们命运的神奇力量 但是, 我希望 我胜过我的基因。 你们怎么想? 你们认为你们胜过自己的基因吗? (观众:是的)是吗? 我看有一些人同意我的观点 我觉得我们应该做个声明 我们应该一起大声喊 来吧:“我胜过我的基因”-预备起 众人:我胜过我的基因。 (众人欢呼) Sebastian Seung:那我是什么? (众人笑) 我是我的连接体 现在,既然大家万众一心 那么你们一起说这一句话,让我开开心 (众人笑) 来吧,预备起 众人:我是我的连接体 Sebastian Seung:太棒了! 你们真是太合作了,你们连什么是连接体都不知道 就愿意听从我的指挥 我现在就可以回家歇着了
我们生活在一个伟大的时代1:58
目前我们仅认识了一个连接体 就是这条小虫 它简单的神经系统 仅由300个神经元组成 二十世纪七八十年代 一群科学家 绘制了神经元之间的 7000个连接 在这幅图里,每个结都是一个神经元 每一条线都是一个连接 这就是线虫的 连接体 你的连接体比这复杂多了 因为你的大脑 由一千亿个神经元组成 连接数是线虫的一万倍 人脑也有类似的一张图 但是这张幻灯片可放不下 你连接体中的连接数比你基因组中的字母 还要多100万倍 信息量非常大
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里面的信息有什么意义? 我们还不得而知,但是有一些相关理论 自十九世纪以来,神经元学家们就开始推测 或许你的记忆- 那决定你是谁的信息- 也许你的记忆就储存在 你大脑神经元之间的连接里 也许你个人身份的其它方面- 你的个性与智力- 或许它们 也被编译在你神经元的连接里 现在你们明白我为什么提出这个假设了: 我是我的连接体 我让大家一起喊并不是因为这是事实 我只是想让你们记住这句话 事实上,我们不知道这假设是否正确 因为我们的技术还没有发展到 足以测试其正确与否的程度 光是找出那条小虫的连接体 就花了十几年的艰苦劳动 而找到人脑的连接体 我们需要更加精尖的自动化技术 以提高寻找连接体的速度 下面的几分钟里,我将向大家介绍其中一些技术 这些技术尚处于研发状态 在我和我同事的实验室里进行
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你们可能已经见过神经元的照片 你们可以通过它们奇特的形状 一眼就认出它们 它们延伸出长而纤细的枝条 简单说,它们看起来像树一样 而这只是一个神经元 想找到连接体 我们必须同时看到所有神经元 下面我们请出波比. 卡斯特里 他在哈佛大学 利希曼实验室工作 波比拿在手里的是一片极薄的 小鼠大脑切片 我们把它放大了十万倍 达到所需分辨率 这样我们就可以同时看到所有神经元的分枝 但是,你可能还是无法真正识别它们 我们必须在三维的效果下进行工作
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如果我们给许多大脑切片拍照 再把它们叠在一起 我们会得到一个三维图像 然而,你可能还是看不到那些分枝 我们从上至下 把一个分枝的交叉部位涂成红色 我们对下一张切片进行同样处理 接着再下一张 我们持续这么处理 一张接着一张 如果对一整叠切片进行处理 我们就能重塑这一小段 神经元分枝的三维图形 我们还可以把另一个神经元涂成绿色 你们可以看到绿色神经元与红色神经元 在两处接触了 这两个就是神经突触
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我们把一个神经突触放大 大家注意看绿色的内部 你们可以看到一些小圆圈 这些被称为囊泡 它们包含了被称为神经递质的分子 当绿色神经元想进行沟通 想给红色神经元发送信息 它就释放出神经递质 在神经突触处,这两个神经元 被认为是相互连接起来 就像两个朋友通过电话聊天
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你们了解了如何找到一个神经突触 那么我们怎么找到整个完整的连接体呢? 我们把这个图形重叠形成的三维图像 处理成一本巨大的三维填图 我们把每一个神经元涂成一种颜色 接着从所有图像中 找到神经突触 记录下任意两个组成神经突触的神经元的颜色, 如果我们可以对所有图像进行这样的处理 我们就能找到整个连接体
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女性的大脑有何不同? (众人笑) 这本自学书上说 男性的大脑像华孚饼 他们把自己的生活分别独立包装在盒子里 而女性的大脑像意大利面 她们生活中的一切与其它所有东西都联系在一起 (众人笑) 大家都笑了 但是,你们知道吗,这本书改变了我一生 (众人笑) 说正经的,这错在哪里? 你们已经足以回答这个问题了。这个说法错在哪里? 不管你是男是女 所有人的大脑都像意大利面 或者说像非常非常优质的、带枝条的细面条 正如一条意大利面 连接着你盘子里的其它面条一样 一个神经元与许多其它神经元 通过它们缠绕的枝条相互接触 一个神经元能够与其它众多神经元连接在一起 是因为在它们的接触点上 形成神经突触 现在你们对这个大脑组织块的实际大小 可能已经摸不着头脑了
到目前为止 大家已经对神经元和神经突触有了基本了解 我想我们已经可以解决 神经学上最重要的问题: 男性与7:51
那么我们通过一系列对比给你们做展示 我保证,这非常微小,边长仅为6微米 看,这就是它与一个完整神经元的对比 你们可以看到,真的,只有分枝最小的部分 被包含在这个方块里 而一个神经元,比大脑要小多了 而这还只是一只小鼠的脑 比人类的脑小多了 当我给朋友看这张图 他们有时会劝我 “我说, Sebastian,你应该放弃了 神经科学是没有出路的。” 如果你只用肉眼来看一个大脑 你看不到它有多复杂 但是,在显微镜之下 那隐藏的复杂性就最终显现出来了
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在十七世纪 数学家兼哲学家布莱士. 帕斯卡 在冥想浩瀚的外太空时 写下了他对无限性的恐惧 以及自身的微不足道 而,作为一个科学家 我不应该谈论我的感受 太多隐私啊,教授 (众人笑) 还是让我说说吧? (众人笑) (众人鼓掌) 我感觉好奇 我感觉迷惑, 但我也常常感觉绝望 为什么我会选择 学习这个复杂到绝美 但也复杂到无限的器官呢? 太荒唐了 我们怎敢想像 有一天我们能把大脑了解清楚
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但是,我坚持进行这项愚侠的事业 而实际上,这些天我见到了一些新希望 总有一天 会有一大批显微镜 能够捕捉到每一个神经元与每一个神经突触 得到一个巨大的图像数据库 总有一天,人工智能超级计算机 能够对这些图像进行自主分析 把它们总结成连接体 我不知道,但我希望我能在有生之年看到那一天 因为,找到一个完整的人类连接体 是历史上最重大的技术挑战之一 这要求许多代人的共同努力才能完成 在现今,我和我的同事们 我们的奋斗目标没有那么远大- 只是力求找到在小鼠大脑 和人类大脑微小切片中的部分连接体 而这已经足够用来进行“我是我的连接体” 这个假设的初期测试 到此,我想告诉大家这个假设的合理性 这是值得严肃对待的
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你在童年时成长 在成年之后逐渐变老 你个人身份慢慢地变化 同理,每个连接体 都会随着时间而变化 发生什么样的变化呢? 神经元,像树 能够长出新的枝条 也会换下旧的枝条 神经突触会产生 也会消失 神经突触能够长大 也能变小 第二个问题: 是什么促成了这些变化? 如人所说, 在某种程度上,它们是由你的基因决定的 但并不完全如此 因为有许多信号,电子信号 沿着神经元的枝条游动 还有化学信号 在枝条的交界处跳跃 这些信号被称为神经活动 有许多证据证明 神经活动 决定了我们的思想,感受与知觉 还有我们的精神经历 还有很多证据证明神经活动 能够促使你的连接体发生变化 如果你把两个因素放在一起 它就意味着你的经历 能够改变你的连接体 这就是为什么每个人的连接体都是独一无二的 即使是同卵双胞胎也不例外 连接体是先天与后天的共同产物 这很有可能是真的 一个小小的思维动作 就能改变你的连接体—— 你可能感觉这个概念很强势。
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关系 神经活动不停地在变化 就像溪流一样;永不停息 而脑部神经网络的 连接处 决定了神经活动 流动的路线 所以,连接体就像河床一样 但这暗喻的内容比这丰富得多 因为尽管河床 是流水的导向 但经过很长的时期 流水也会对河床进行重塑 我刚才说过 神经活动能够改变连接体 如果大家允许我 更进一步使用暗喻 我会提醒大家,神经活动 至少神经学家是这么认为的- 是思想,感受以及感知的生理基础 这样我们甚至可以探讨 意识的溪流 神经活动是水 连接体是河床
这幅图是什么? 你会说是一条清凉的溪流 图上还有什么? 别忘了那地表的深漕 我们叫它河床 没有了它,水就不知道往那个方向流了 对于溪流 我想做一个暗喻 来形容神经活动与连接体活动 之间的13:53