一.从整体论角度研究脑科学一直是薄弱环节

我们在前文中曾经阐述：千百年来，脑科学的一个重问题就是：还原论与整体论整合困难的问题，历史上，神经科学家研究大脑之谜主要采用了两条截然不同的思想线路：还原论和整体论。还原论又被称为自下而上的研究方法。该方法试图通过研究单个分子、细胞或回路等神经系统的基础元素的特性来理解神经系统。整体论又被称为自上而下的研究策略。它主要是从研究功能入手来理解神经系统，该方法主要关心的方面是系统的活动如何调节或是反映在行为上

从文艺复兴到现在，人类对神智与脑关系的认识虽已取得多方面的重大进展，然而困惑依旧存在，主要集中于两点，一是整体论如何与还原论相整合，二是主观的神智现象如何用客观方法来研究。

整体论与还原论的整合，怎样在研究中使整体论与还原论平衡并相互补充，还远未得到解决。虽然整体论方向，脑科学取得了诸如大脑皮层功能分区，系统性理解感知的形成机理等成果，但迄今为止脑科学研究中还原论思想过多占据了主导位置，在一系列问题上突出地显露出当前神经科学的局限性。

人类研究大脑的功能结构的困难，还体现在复杂精密的活体大脑很难通过直接解剖或磁共振扫描发现其结构与外在功能的一一对应。

二. 从互联网角度研究脑科学的理论研究

过去十年的研究观点指出：在互联网向着与人类大脑高度相似的方向进化的同时，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。。。“

2010年在“复杂系统与复杂性科学”网络科学专刊的一篇论文“互联网与神经学的交叉对比研究” 提到13个互联网与人脑结构的对比应用：

该论文提出应该从神经心理学和神经生理学等层面进行研究，一方面提炼和总结互联网相关应用的运行特征，以此为启发和索引，设计神经心理学和神经生理学实验，在人脑或其他生物大脑中寻找对应结构，相对应，这篇论文重点阐述了4个方向的大脑类互联网现象的试验问题。

2.1 人脑中类搜索引擎应用

搜索引擎(search engine)是指根据一定的策略、运用特定的计算机程序搜集互联网上的信息，在对信息进行组织和处理后，并将处理后的信息显示给用户，是为用户提供检索服务的系统。目前互联网使用最为广泛的是Google（英文）和baidu(中文)。主要工作原理有三个环节。第一，每个独立的搜索引擎都有自己的网页抓取程序（spider）。Spider顺着网页中的超链接，连续地抓取网页。由于互联网中超链接的应用很普遍，理论上，从一定范围的网页出发，就能搜集到绝大多数的网页。第二，搜索引擎抓到网页后，还要做大量的预处理工作，才能提供检索服务。其中，最重要的就是提取关键词，建立索引文件。第三，用户输入关键词进行检索，搜索引擎从索引数据库中找到匹配该关键词的网页[9]。

根据搜索引擎的工作原理，我们可以设计如下神经心理学层面的实验。第一．准备10张志愿者照片，实验参与者逐次查看照片。第二．实验者处于实验房间内静默思考。第三，分别让在10张照片内的一名志愿者和不在10张照片内的一名志愿者进入实验房间，让实验参与者辨认是否是10张照片出现过的人。

如果试验参与者能够直接辨识或通过重复上述过程辨识志愿者是否为照片中出现的人，则说明该实验者大脑中存在扫描信息，索引信息，检索信息的类搜索引擎功能，当试验者数目不断增加，而完成上述功能的试验者比例超过95%，则可以证明人脑中存在类搜索引擎功能。

2.2 人脑中的类维基百科应用

维基百科是一个自由、免费、内容开放的互联网百科全书协作计划，参与者来自世界各地。这个站点使用Wiki，任何人都可以编辑维基百科中的任何文章及条目。从技术的角度看维基百科起源于1983年诞生的电子公告牌功能，传统上在BBS中，只有文章的发布者或管理员能够修改文章内容，维基百科对这一功能进行了创新，它允许每一个访问者（或者必须是维基百科的注册用户）可以对一个词条的内容进行修改，无论这个词条的内容是谁创建和发布的。

维基百科应用的工作原理和工作流程是这样的，用户A创建词条abc，并撰写abc的解释和说明文字，形成版本1。用户B看到词条abc和它的说明文字，认为解释不完整或者有错误，于是用户B在用户A文字的基础上进行修改，形成版本2。，不断有用户进行修改，abc的版本号不断增加。在修改的过程中，如果一个用户发现最新的版本整体质量不如前面的版本，则他可以将前面的版本置为最新版本。虽然有国界，信仰，情绪，知识范围的不同，会产生修改意见的争执。但总体上看，维基百科的工作流程还是会使各词条的说明质量不断提高。

根据维基百科的工作原理，我们可以在神经心理学层面设计如下实验。参与实验者A和志愿者B最初共同处于一个实验房间内，要求参与实验者A观察志愿者B衣服的颜色，然后志愿者B离开房间，实验者A纪录B的衣服颜色，B更换不同颜色服装进入实验室，重复上述过程5次，在五次试验结束后，收回A填写的纪录表，更换同样内容的新表，请A回忆B从第一次到最后一次穿着颜色并按顺序重新纪录

如果参与者A能够完成上述过程并正确纪录B不断更新的颜色，则说明A根据一个物体的变化，不断更新该物体属性的说明和纪录，并保留原有属性的纪录，而这恰恰是维基百科的运行原理。通过对大量人员的测试，如果95%（色盲导致的错误除外）的试验者能够完成实验，则说明人脑大脑存在类维基百科的应用是成立的。

2.3 人脑中的类ip地址应用

目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本号是4(简称为IPv4)，发展至今已经使用了30多年。 IPv4的地址位数为32位，也就是可以为连接到Internet上的设备提供2^32-1个地址。随着互联网的蓬勃发展，IP位址的需求量愈来愈大，使得IP位址的发放愈趋严格。

IPv6是下一版本的互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。IPv6采用128位地址长度，可以为互联网中的设备提供2^128-1个地址。

  检验在人脑中是否存在类ipv4/ipv6的应用，这个地址编码系统究竟是存在于神经元层面，或者人脑中的记忆信息层面，这是一个深入涉及神经生理学的实验设计，已经超出了本文作者的知识范围，但是本文作者提供了ipv4/ipv6的设计原理，希望能作为神经生理学家设计相关实验的参考，需要回答的有两个问题第一，在人脑的哪个结构层面会出现类ipv4/ipv6应用。第二，互联网的地址编码系统正在经历从ipv4/向ipv6进化的阶段，那么在生物大脑进化的过程中，是否也出现过类似的地址编码扩充现象。

2.4人脑中的类路由器功能应用

工作在OSI参考模型第三层——网络层的数据包转发设备。路由器通过转发数据包来实现网络互连，路由器工作包含两个基本的动作：第一，根据维护的路由表确定最佳路径，第二，通过网络传输信息路由器。

具体工作流程如下路由器的某一个接口接收到一个数据包时，会查看包中的目标网络地址以判断该包的目的地址在当前的路由表中是否存在。如果发现包的目标地址与本路由器的某个接口所连接的网络地址相同，就将数据转发到相应接口；如果发现包的目标地址不是自己的直连网段，路由器会查看自己的路由表，查找包的目的网络所对应的接口，并从相应的接口转发出去；如果路由表中记录的网络地址与包的目标地址不匹配，则根据路由器配置转发到默认接口，在没有配置默认接口的情况下会给用户返回目标地址不可达的信息。

正是因为互联网存在大量的路由器，以及它们维护的路由表，因此互联网出现一个在它诞生之初就有的特性具备的特性，当局部的网络出现故障无法进行通讯时，数据包或信息流可以通过互联网的其他路经绕行，从起点传达给终点。

三. 6年以来用互联网破解大脑之谜的科学进展

3.1 人类大脑中的搜索引擎问题

2010年3月24，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。在这次课上科学院来自各院所近50名硕士研究参与并完成测试。实验结果首先发布在2011年8月16日科学院网站智慧火花栏目和2012年互联网进化论一书中。

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%。

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%。

3.2 人类大脑中的网络路由问题

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。这一研究作为一个实验，证明人脑中的确存在类互联网应用。

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。

斯旺森说，大脑中互联网式结构的存在可以解释大脑能克服局部损伤的现象，你可以拿掉互联网任何一个单独部分，但网络其他部分照常工作，神经系统同样，没法说某一部分绝对不可或缺。斯旺森表示，眼下至少在老鼠大脑伏核发现不同以往认为的神经系统结构，今后可以用这次研究中使用的示踪法观察其他部位，最终绘出整个大脑神经网络图。

3.3 互联网与脑科学数学模拟相关性研究

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。这个论文的研究从数学模拟的角度印证了2010年“复杂系统与复杂性科学”网络科学专刊的一篇论文“互联网与神经学的交叉对比研究”所阐述的论点。

3.4 大脑中的类社交网络问题

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。”

四。互联网为代表的整体论与脑科学还原论的结合

我们在前文中提到：科技的发展为人类从整体论带来一个非常宝贵的参照系，从科技发展史看，一个原本异常复杂的难题，在经过科技发展的足够程度后，也许会诞生出一个异常简单的解。

利用互联网这面镜子作为脑整体论研究的突破点。结合脑还原论的细节研究（如分子神经生物学、细胞神经生物学、系统神经生物学、行为神经生物学、发育神经生物学、比较神经生物学等），会为脑科学的突破带来重大机遇。

回到美国哥伦比亚大学神经学家拉斐尔•尤斯特的那个比喻，没有参照物，我们无法用像素了解整个画面，但如果互联网与脑科学的交叉研究为我们从另外一个方向制作了一个高度类似模型（虽然它还在变动中），那我们就很容易知道这个像素在图像中的位置和起到的作用。如下图所示，A图是人类大脑全景图，B是由于客观原因人类能观察到的大脑功能结构，C是互联网进化中的结构，那么通过研究和观察C，人类就可以从B推导出A的全貌。