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9 系统优于个体（第1页）

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9系统优于个体

媒体实验室聚集了一批世界最有成就的艺术家、思想家和工程师，实验室隶属的麻省理工学院总体也是这样。或者就此而言，马萨诸塞大街另一端的学术机构——哈佛大学同样如此。让媒体实验室与众不同的是，在尊重能力和才能的同时，这里最被看重的品质是原创思维、大胆实验和极致追求，这些品质在大多数院系都会很快引起麻烦。媒体实验室引以为傲地自称为“错置玩具的归岛”（出自圣诞主题动画片《红鼻子驯鹿鲁道夫》）。事实上，它更像是“超级英雄军团”。

即便在媒体实验室这样的环境中，其研究范围跨越多个学科的神经科学家埃德·博伊登依然脱颖而出。世界经济论坛是世界最顶尖企业高管、政治领袖和时尚人士参加的年度会议，人们经常谈起博伊登参加世界经济论坛时的一段有趣故事。讨论并购、条约和数十亿美元交易这类实际行动总会避开官方正式场合，往往在晚餐或私人聚会中举行。在这样的场合，你甚至会发现波诺和加拿大总理贾斯廷·特鲁多（JustinTrudeau）交流园艺技巧。因此，博伊登参加了大会最后一晚举行的著名“书呆子晚餐会”（NerdsDinner）。晚餐开始时，美国有线电视新闻网（CNN）主持人法里德·扎卡里亚（FareedZakaria）和美国国立卫生研究院院长弗朗西斯·柯林斯（FrancisCollins）等在场的嘉宾们简要介绍了自己的成就和目标。轮到博伊登时，长着络腮胡、有些不修边幅的他起身环顾了周围声名显赫的各位嘉宾后说道：“我叫埃德·博伊登。我正在揭秘大脑。”说完就坐下了。

如果博伊登夸大其词或自我吹捧，故事就不会这样让人印象深刻。博伊登是传统的科学家，具备这个职业的品质——小心谨慎，对一切持怀疑态度。他说自己正在揭秘大脑，因为事实表明他是朝这个方向努力的。大脑是我们最神秘的器官，我们孜孜不倦地研究和探索，然而收效甚微。但在过去十几年中，相关研究已经有了长足进步，这很大程度得益于36岁的博伊登的一些突破性研究所发挥的关键作用。

直到最近，科学研究大脑的方法还和研究肾的方法一样。换句话说，研究者将这个器官视为“个体”，将整个研究的核心放在专攻它的解剖结构、细胞组成以及其在体内发挥的功能。博伊登并未遵循这种学术传统。他在媒体实验室中的研究小组叫作合成神经生物学小组，倾向于将大脑看成是动词而不是名词，它不是单独的器官，而是重叠系统的中心，要在决定其功能的刺激因素不断变化的背景下去理解它。

博伊登的小组是一群实用主义者，注重实践而非理论，这一点并不令人感到惊讶。他说：“我会询问刚进入小组工作的人设想大脑的难题将在50年后得以解决，我们需要发明许多工具以实现这一目标。需要的工具会是什么，哪一个是我们现在要着手做的？”他的实验室里既有电动工具和焊接板，也有烧杯和移液管。由于整个研究体系并不在乎学科之间清晰的边界，博伊登有意识地招聘多种学科背景并多才多艺的研究者。他带领的40人的团队由最好的研究员、助理、博士后以及研究生组成，其中包括一位前小提琴演奏家、风险投资人、比较文学学者和几个从大学退学的人。

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揭秘大脑不是一个“难题”，难题是试图简单表达出“挑战”的数量和性质，这些挑战相互关联，阻挠我们理解大脑这个可以理解一切的器官。其中的一个挑战单单从规模上说就十分骇人：人类的大脑平均有1000亿个神经元。如果用人口类比神经元，一平方毫米大脑组织（想象一下一粒罂粟籽大小）就能容纳美国加利福尼亚州伯班克市的人口。这还没有把周边将要变成神经元的1万亿个神经胶质细胞计算在内，它们就像为印地赛车手服务的维修站机械师。

让神经科学家感到惊叹也困惑的并不是大脑中细胞的数量，而是存在于细胞和细胞之间的东西。无法追溯哪些特定的神经元生成爱，也找不到导致不同形式愤怒的确切的大脑区域。意识是“涌现”原则的终极表现。依我们所见，在我们呼吸的每一秒，大脑中数不清的、互相冲撞的化学信号形成意识。单一神经元和其他神经元之间有数以百万亿计的连接，也称为突触。这些连接等同于数千个银河系一样的星系中的众多恒星，这一点解释了为什么大脑的复杂程度堪比宇宙，它是人类认知中一片广大而未知的前沿领域。

这些连接产生的计算能力足以让任何一个人重拾自尊。你的大脑能存储2.5千万亿字节的数据量，这意味着只需10个人以及他们携带的脑灰质，就可以超过1995年所生产的全部硬盘的存储量。尽管人类成功制造了超级计算机，具有和大脑一样的22亿倍每秒百万浮点运算速度，但数量仅有4台，每台都占满了整个仓库，所耗能量可供一万个家庭使用。而大脑仅耗费点亮一盏电灯泡的能量。所以，揭秘大脑不是一个“难题”，这是历史的困局，没有先例或可供参考的样本。

并不只有探索大脑挑战了传统的方法。本书之前提到的许多难题也是如此。开发应对极端气候变化的天气预报？构建金融市场，使其既覆盖全球、运行稳健，又有足够的韧性可以从难以避免的失败中重新复苏？博伊登说，二者都是属于21世纪的特殊问题。他说：“关于登月计划，人们说了很多，但登月计划最初的实现是建立在物理学的经典定律上。基础科学相当于建造模块，都是已知的。”

但无论是治愈阿尔茨海默症还是学习如何预测不稳定的气象系统，这些新问题似乎在本质上存在不同，需要从复杂的体统中寻找所有的建造模块。“我们即将不得不进入的领域是人类大脑一时很难理解的，”博伊登说，“但这并不意味着我们应该听大脑的指令不再直面现实。”简单来说，这些领域本身就包含了复杂的系统。

解决包含复杂系统的难题突出了跨学科方法和“反学科”方法之间微妙却非常重要的区别。跨学科方法可能包括让物理学家和细胞生物学家在被称为细胞生理学的跨学科领域一起工作。但博伊登提出了一个更深刻的问题：如果解决这些棘手的问题需要完全重建科学，即创建全新的学科，或倡导一种完全避开既有学科的新方法，又会怎样呢？博伊登更喜欢使用“全学科”（omnidiciplinary）这个词。

15岁那年，博伊登高中毕业进入麻省理工学院。他在过完16岁生日两周后开始上课，四年后他获得了两个学士学位和一个硕士学位。他的研究方向包括激光和量子计算，他身上有自相矛盾的两个特点：既充满干劲儿，也像E.B.怀特（E.B.White）曾描述的那些拥有永不满足、开放头脑的人那样——“愿自己是幸运的”。或者换一种说法，博伊登不会在研究的“个体”四周划定严格的边界，他的研究不限于“个体”。相反，令他着迷的是生命本身，是生命中所有富有活力的复杂性——一个不同化合物化学反应的过程，比如细胞如何复制，或如何癌变。

在麻省理工学院的最后一年，博伊登花了几周时间待在新泽西州的贝尔实验室。在那里，他发现了一群拥有不同背景的科学家追求一个共同的目标：攻克大脑。具体来说，他们试图理解鸟的神经回路如何产生鸟鸣。博伊登发现，既对焊电路板感兴趣又对理解最终要运用的复杂数学算法着迷的人特别适合攻克大脑。因此，这一年还没有结束时，博伊登就到了斯坦福大学，开始攻读神经科学博士学位。

斯坦福大学有自己攻克大脑的研究队伍。博伊登很快结识了一名医学专业学生卡尔·戴瑟罗斯。两人进行了长时间的头脑风暴，寻找触发特定神经元的方式。这些方式和现阶段脑科学研究方法不同，实际是内嵌于生命体的大脑中。他们想到一个方法，使用磁珠打开个体神经元内的离子通道。但博伊登很快找到了另一种实现相同目的却完全不同的途径，用一种叫作视蛋白的对光敏感蛋白质，“通过对光的反应将离子打入神经元或从中抽出”。

这些一直被视作边缘项目，过了几年戴瑟罗斯和博伊登才重拾最初激活单个神经元的想法。2004年，成为博士后的戴瑟罗斯和博伊登决定提取一份视蛋白样本开始相关研究。当年8月，博伊登走进实验室，将一盘培养的神经元细胞放在显微镜下，开始用他编写的程序对神经元细胞施以蓝光脉冲。“让我惊讶的是，我修改的第一个神经元细胞对蓝光做出反应，发出了精确的动作电位。当晚我搜集了相关数据，论证了一年后我们发表在《自然神经科学》（NatureNeuroscience）期刊上的那篇文章中的所有核心原则，宣布了光敏感通道蛋白ChR2可用于神经元去极化。”

这是一项十分重要的突破，2015年戴瑟罗斯和博伊登每人获得了300万美元奖金，他们的努力获得了认可。这笔奖金来自于马克·扎克伯格和其他科技界慈善家设立的“突破奖”。此前，神经科学家只是观察发生在大脑中的一切，观察大面积的神经元细胞对某种刺激做出反应，并试图推测其中的因果关系。但有了戴瑟罗斯和同事称为“光遗传学”的新技术后，研究者可以刺激单个神经回路，并观察其反应。

博伊登很快就与他人分享光遗传学带来的荣誉，既有他的合作者，也有2005年他和戴瑟罗斯第一次公开他们方法时那些紧紧追踪动态的其他科学家。然而绝非巧合的是，用一位知名神经科学家的话说，“想人之未想”的这两位都是局外人，他们将大脑置于更大的系统中进行研究。如博伊登所说，创造“大脑的光开关”需要分子生物学、基因工程、外科手术、光学纤维和激光方面的技术。其中只有一项能在标准的神经学课程中找到。

光遗传学给大脑研究带来了革命性变化。自光遗传学出现以来，博伊登和其他研究者已经改进了相关技术，通过基因改造使神经元识别不同颜色的光。未来几年内这项技术就可以实现临床应用，尽管首例患者试验2016年才获批准。几年前，博伊登和一组研究人员使用这项技术治愈了老鼠的失明。虽然不可能准确描述失明的老鼠在植入对光敏感的细胞后到底“看到”了什么，但研究者判定这些老鼠同不失明的老鼠一样能通过出口被亮色标注的六臂迷宫，而且要比那些没有接受治疗的失明老鼠容易得多。其效果在10个月的研究期间治疗一直有效。

光遗传学的应用不限于神经学领域，或仅仅治疗特殊种类的失明。在博伊登、戴瑟罗斯和张峰研发这项技术的10年间，它已被应用于研究大脑功能，用于控制与嗜睡症相关的神经元，治疗帕金森氏症和其他神经性紊乱症，还被用于研究心脏起搏——设想一个成为心脏一部分受它调节的起搏器，以及治疗癫痫。随着新的视蛋白在微生物和藻类中被发现，光遗传学应用的可能性大大增加，因为这些视蛋白可以对不同类型的光做出反应，在哺乳动物细胞中工作方式不同，允许多通道控制不同群落细胞，也可使用比如说红光而不是蓝光。此外，光遗传学也帮助带动了其他技术的进一步发展，如神经记录和神经影像技术。

“这个星球上有超过10亿人遭受某种大脑紊乱的痛苦。”博伊登说，“许多这类疾病，从帕金森氏症、癫痫到创伤后应激障碍，最终都可能通过从光遗传学中汲取的方法治愈。”

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伊藤穰一在加入媒体实验室后不久访问了底特律。近期他启动了一个名为“创客行会”（InnovatorsGuild）的项目，旨在将新奇的想法引入长期处于“真空状态”的著名学术研究机构，同时让媒体实验室连接更广阔的世界。该项目的联合发起方是奈特基金会和设计咨询公司艾迪欧（IDEO）。三家机构的目标是将媒体实验室的创新想法付诸实践，解决底特律中心贫民区的一些迫切问题，如制造新颖的产品。

但当到达底特律后小组发现，当地社区对困难有着不同的认识。许多路灯的电线因为可回收利用而被人扯走卖钱，当地许多街道在晚上一片漆黑。一些媒体实验室的设计者开始寻找潜在的解决方案，他们使用带有塑料组件的光伏系统。但是，在和社区中的更多人交谈后，他们再一次发现自己最初的想法是不对的。缺电不是真正的问题，真正的问题是缺少路灯使得人们无法知道社区的其他人在哪里，这让他们没有安全感。小组主动放弃了最初的想法，否则无法与这些人一起工作并倾听他们的声音，媒体实验室的工程师和设计专业的学生帮助底特律市民找到了一个解决方法，利用社区资源、发动社区成员安装路灯。