老鼠大腦的視覺皮層是如何對運動做出反應的？

如果將資料集按雙倍行距打印出來，需要1160億張紙。但當我寫完關於這些資料的故事時，只印了不到24頁紙。去年一整年，我都在為這些資料而苦惱，觀察並提出問題。然而，答案省略了與問題無關的大部分過程，就像地圖總是省略與領土無關的細節一樣。

這些資料需要回答的問題是：

當動物看不見東西時，視覺皮層的神經元會做什麼？當從大腦其他區域到視覺皮層的輸入被切斷時又會發生什麼？

與神經科學的終極問題——“大腦是如何工作的”相比，這些問題更顯得微不足道。

這張老鼠大腦皮層切片的電子顯微鏡影象顯示了被顏色標記的不同神經元，但這只是一個開始

科學過程的本質要求研究人員必須選擇涉及範圍小的、有針對性的問題。科學家就像餐館裡的食客：選單上的菜大家都想嘗一嘗，但必須做出選擇。因此，我們選擇了這一小領域及其子領域，在研究了成千上百個與此主題相關的實驗後，開始設計並進行自己的實驗，希望這些先前的實驗能夠對我們的理解有所幫助。

但是，若只是研究小領域的問題，又該如何能理解整體呢？

我們可以識別大腦中對環境做出反應的區域，啟用感官，產生動作和情緒。

但我們卻不知道大腦的不同區域是如何相互作用和相互依賴的，也不明白它們之間的相互作用是如何影響行為、感知和記憶的。

一種被稱為

“

神經連線組學

”

的方法致力於繪製出大腦神經元之間的整體連線圖。原則上，一個完整的連線體應該包含所有必要的資訊，為建立對大腦的整體理解提供堅實的基礎。我們可以看到大腦的每個部分是什麼，如何支援整體，是怎樣與其他部分和環境互動的。我們可以將大腦置於任何假設的情境中，以更好地瞭解它會如何反應。

一段時間以來，我一直在思考一個問題：

我們如何才能理解這個產生思想的器官。

像大多數神經科學家一樣，

我有兩個相互衝突的想法：一方面努力理解大腦，另一方面知曉這在很大程度上是項不可能完成的任務。

我很好奇其他人是如何忍受這種雙重思想的，所以我找到了哈佛大學分子和細胞生物學教授、神經連線學領域的領導者傑夫·利希特曼。

利希特曼的實驗室剛好在實驗室走廊的另一頭，所以在最近的一個下午，我信步來到他的辦公室，詢問他關於新興的神經連線學領域的問題，以及

他是否認為我們會徹底瞭解大腦。他的回答是：不。

這讓我很不安心，但這次談話給了我啟示，讓我對一直困擾自己的問題有了一些瞭解。

我如何理解龐大的資料量？科學在哪裡終結，個人詮釋又從何處開始？人類是否有能力將當今大量的資訊編織成一幅完整的畫面？

我正走在一條漆黑的路上，質疑人類理解力的極限，被冗雜的大資料和自己有限的理解能力困擾著。

這位68歲的神經科學家選擇的“武器”是一臺61束電子顯微鏡，他的團隊用它來觀察腦組織中最微小的細節。大腦中神經元的排列方式會讓“罐裝沙丁魚”看起來像是完成了高度進化的個人空間。

為了理解這些影象，進而理解大腦在做什麼，神經元的各個部分必須被標記在三維空間中，這樣就會得到一個接線圖。

在整個大腦的範圍內，人們努力構成一個完整的接線圖，或者說是連線體。

為了捕捉這張圖，利希特曼使用了一臺只能被描述為“高檔熟食切片機”的機器。該機器將腦組織切成

30奈米厚的切片

，然後將其貼上到膠帶輸送帶上。膠帶被貼在矽片上，後被放入電子顯微鏡，數十億電子衝擊大腦切片，生成的影象揭示了神經元的奈米尺度特徵，它們的軸突，樹突，以及用來交換資訊的突觸。

這幅影象十分美麗，它能喚起一個奇妙的想法：大腦如何創造記憶、思想、感知、感覺以及意識本身的奧秘一定隱藏在這迷宮般的神經連線中。

製圖者：傑夫·利希特曼，大腦繪圖領域的領導者。

一個完整的人類大腦連線模型，將是一項巨大的技術成就。僅是完成一個完整的老鼠大腦接線圖就需要2EB

（Exabyte，艾位元組，即百億億位元組）

，也就是20億千兆位元組。

相比之下，世界上所有書籍的資料加起來估計也不到100TB，或是0。005%的老鼠大腦。

但利希特曼並不氣餒，他決心要無視過高的艾位元組儲存規模，繪製出整個大腦的影象。

利希特曼的辦公室很寬敞，有落地窗，可以俯瞰綠樹成蔭的人行道，還可以看到一座古老的圓形建築，在神經科學還沒有作為一個獨立的領域存在時，這裡曾坐落著一臺粒子迴旋加速器（Cyclotron）。他穿著一件黑色毛衣，與銀髮和橄欖色的面板形成了鮮明對比。當我問起一個完整的連線體是否能讓我們對大腦有更全面的瞭解時，他不假思索地做出回答，我感覺他對於這一問題大概已經思考了很久。

“

我認為‘理解’這個詞必須經歷一次演變

，”當我們坐在他的辦公桌旁時，利希特曼說，“當我們說‘我明白了’時，我們知道其中的含義，我們可以在腦子裡想得清清楚楚，也可以用語言來解釋。

但如果我問：‘你瞭解紐約嗎？’你可能會回答：‘這是什麼意思？

所有這些都很複雜，

如果你不瞭解紐約市，並不是因為你無法獲取資料，只是因為同時發生的事情太多了。

人類的大腦也是這樣，其中同時進行著各種各樣數百萬個活動，有不同型別的細胞，神經調節劑，遺傳成分，以及外部刺激。你永遠不會說‘我現在理解大腦了’，就像你不會說“我現在瞭解紐約市了’一樣。”

“但至少我們瞭解大腦的具體方面，”我說，“為什麼不把它們放在一起，得到更全面的理解呢？”

“

我覺得現在需要引出另一個問題，那就是：我們能描述一下大腦嗎？

”利希特曼說，“關於大腦的物理本質，仍各種各樣的基本問題亟待解決，我們可以學會去描述這些本質。很多人認為‘描述’是科學界中的貶義詞，但哈勃望遠鏡就是去‘描述’一些現象，基因組學也是在進行‘描述’，它們如實地‘描述’了真實情況，你才得以得出自己的假設。”