人脑知识存储的破解与复制

张澜庭

上海交通大学材料科学与工程学院

教授

1　概要描述

DNA晶体结构的解析揭开了生命的奥秘，然而人脑知识存储的奥秘依然未解，更何况知识的复制与传递。某位大思想家的去世意味着知识的消失，虽然通过著作等方式可以部分实现思想的传承，然而由于理解的不唯一性，后人不太能够精确地传承相应的思想。

从唯物主义的观点出发，人脑的知识/思想一定有其物质载体，通过某种结构的排列将信息存储下来，传统的观点认为大脑皮层的皱褶是记忆的载体，然而有关皱褶如何存储记忆的密码一直没有破译。从知识存储的密度和数据通量考虑，宏观肉眼可见的皱褶未必是记忆的载体，因此一定存在更小尺度的载体。人脑大约包含160兆亿（1012）神经触突节点（见图1），在1 mm3的体积内大约需要5 nm的分辨才足以解析其结构特征（图1右上角）。蛋白质类物质的晶体结构由于其亚纳米级的尺度特征以及其结构组合的无穷多样性，以及可再生性和衰退性，符合记忆存储的通量要求和记忆形成衰退特征，有可能是记忆的真正载体。纳米领域科学的发展大大提高了物质空间尺度和时间尺度上的表征能力，为我们破解记忆的奥秘提供了技术基础；同时，信息科学大数据处理的理论与方法的成熟，为信息解析指出了新的方向（图1中下）。因此预测人脑知识存储的破解与复制作为未来科技突破之一。

图1　人脑知识存储物质结构解析及信息提取过程假象图

2　应用意义与前景

一旦记忆的物质奥秘被破解，相关的复制就顺理成章，将引发人类知识交流方式和学习的革命。可以想象，在这种前提下，先哲的思想能得以完整保留，从而供后世在此基础上进一步挖掘；人类将构建除图书馆以外的知识库，能够提供检索和知识的复制服务。在更深的层次上，可以进一步思考：未来学校的作用将是什么；人在成长过程中学习的阶段需要维持多少年；一个生物体的大脑能承受多大密度的知识通量。从法律、伦理的角度，知识的破解和复制将不可避免地涉及隐私等信息，这些信息的甄别与处理都将面临挑战。