快3官方网站-秒速快3官方网站环球科学》:人类智力已至极限

  • 时间:
  • 浏览:1
  • 来源:彩神大发快三

  人类的智力咋样让咋样让接近极限,无法进化到更高层次了——多种表明,通往更高智力层次的进化途径都已被物理定律堵死。科学家可不能不能 能找到突破极限的最好的土妙招?

  道格拉斯· 福克斯是一名科学作家,目前居住在美国。他常为《新科学家》(New Scientist)、《探索》(Discover)以及《教科学箴言报》(The Christian Science Monitor)撰稿。福克斯曾获多个项,最近的一项大是由美国新闻记者与作家医学会 评出的重大事件报道。

  人类的智力咋样让咋样让接近极限,无法进化到更高层次了。各种都表明,大多数通往更高智力层次的进化途径都已被物理定律堵死。

  就拿大脑容量来说,容量越大,智力层次也越高,但大脑容量增大却有原先反作用:大脑会消耗更多的能量,运行波特率也会那么快。大脑内,更好的神经连接也须要消耗能量,不成比例地指在大脑空间。咋样让大脑中的神经连接变多变细,就会碰到热力学极限,正如计算机芯片上的晶体管所遇到的大难题一样:容易产生“噪音”。

  不过,人类仍咋样让达到更高的智力水平,咋样让借助某些现代技术,比如写作和网络,当当我们 可不能不能 能使智力不受身体的。

  西班牙科学家· 拉蒙· 卡哈尔(Santiago ramóny cajal)是1906 年诺贝尔生理学或医科学学主,早在第一次世界大战的十几年前,他便绘制出了昆虫的神经解剖图,并将昆虫大脑形象地比喻成一只精致的怀表,而将哺乳动物大脑比作原先空心的老式座钟。说起来当当我们 歌词 不得劲汗颜,好难想象蜜蜂的大脑仅有毫克重,却可与哺乳动物一样执行某些任务,比如为同伴带、建造家园。蜜蜂的能力咋样让受到神经元数量的,但它们却可将神经系统的功能发挥到极致。

  原先极端例子是大象,它们的大脑体积是蜜蜂的800 万倍,运行波特率却如庞大的美索不达米亚帝国一般低下。神经信号从大象大脑的一端传到另一端,以及从大脑传到脚趾间所须要的时间,均是蜜蜂的80 倍之多,咋样让哪些地方地方庞然大物只得减少反射,那么快行动波特率,以便把那点宝贵的大脑资源用在咋样走好每一步上。

  人类的大脑容量咋样让不像大象或蜜蜂不到 极端,但一帮人发现,人类智力同样受到了物理定律的。人科学学家咋样让推测出脑力扩展所面临的解剖学障碍——对于两足的人类来说,脑袋变大能通过产道么?即使当当我们 假设,进化可不能不能 能避免产道大难题,不到 脑袋变大所带来的大难题,咋样让更多更简化。

  一帮人或许认为,假若通过进化,当当我们 大脑中的神经元数量变多,咋样让神经元之间的信息交流波特率加快,当当我们 就会更聪明。但若汇总新近的某些研究,根据结果进行逻辑推断,我想要发现,咋样让大脑真朝你某些方向进化,那么快就会触到物理极限。哪些地方地方与神经元的自身性质,以及神经元之间频繁的化学信号交流有关。英国剑桥大学的理论神经科学家西蒙· 拉夫林(Simon Laughlin)认为,“信息、噪声和能量之间的联系是剪不断的,你某些联系有着热力学根源”。

  不到 ,热动力学定律针对神经元而设置的你某些智力,是否是对鸟类、灵长类、海豚、螳螂等所有动物就有效?显然,从来不到 考虑过不到 宽泛的大难题,但本文提到的科学家都认为,你某些大难题之就说 值得探讨。“这是原先很有意思的研究点,”美国大学致力于研究神经信息编码的物理学家维贾伊· 巴拉萨布拉曼尼恩(Vijay Balasubramanian)说,“ 我还不到 在科幻小说中都看有谁探讨过你某些大难题。”

  显然,智力是原先内涵富于的词汇:它难以衡量,甚至难以定义。不管从哪个方面来看,人类就有地球上最聪明的动物,但当当我们 的大脑进化到今天你某些程度,它避免信息的能力会后该已到“硬件”上的?除了人类,某些神经类生物的智力进化是否是也无法摆脱物理定律的?

  从直觉上来看,要使脑力变强,最明显的最好的土妙招就说 增加大脑容量。事实上,80 多年来,大脑容量与智力之间的关系老会 是科学家研究的热点。19 世纪末到20 世纪初,生物学家花了极少量时间来探索生命体的某些共同行态——与体重,尤其是与大脑容量相关的、在整个动物界都适用的数学定律。大脑容量增大的原先好处是,可不能不能 能容纳更多的神经元,神经元的生长、连接可不能不能 可不能不能 更简化。然而,大脑容量的大小后该说是决定智力高低的唯一因素:牛的脑体积是老鼠的800 倍,但牛后该说见得比老鼠聪明几条。身体越大,大脑反而须要完成更多的琐碎工作,比如监管更多的触觉神经、从更大的视网膜上整合信号、控制更多的肌纤维等与智力无关的内务工作。

  1892 年,荷兰解剖学家尤金· 杜布瓦(Eugene Dubois)在爪哇发现了直立人头骨,他想寻找五种最好的土妙招,根据颅骨化石的大小来评估动物的智力。咋样让,他首先提出假设,咋样让动物大脑异乎寻常地大,它们也会更聪明,咋样让在你某些假设的基础上,确立了动物大脑容量与体型大小之间的精确数学关系。杜布瓦与某些学者派发了就说 关于动物大脑容量与体型大小的数据,形成了原先日渐庞大的数据库。当年的一篇经典论文就曾报道过3 690 种动物的身体、器官以及腺体的重量,涉及从木蟑螂(wood roaches)、黄嘴白鹭(yellow-billed egret)到两趾和三趾树懒的多个。

  杜布瓦理论的继任者发现,在哺乳动物中,大脑容量的增长波特率要慢于体型的增长——要花费是体重增长倍数的3/4 次幂。咋样让,麝鼠(muskrat)的体重是老鼠的16 倍,它的大脑容量要花费不到老鼠的8 倍。根据你某些认识,科学家发明权者了杜布瓦老会 在寻找的数学工具:脑商(encephalization quotient),也就说 某一的实际大脑重量,与根据体重预测的脑重的比值。换句话说,脑商反映了原先的大脑增长波特率每段3/4 幂律的倍数。比如人类的脑商为7.5(即当当我们 的大脑重量是预测值的7.5 倍),宽吻海豚为5.3,猴子是4.8,而牛不到0.5(见右图)。简而言之,原先智力的高低咋样让取决于大脑的神经储备量:除了避免皮肤触觉什儿 的日常琐事,还为智力留下了几条神经元。咋样让,当当我们 还可不能不能 能归纳得更为简单:要花费从表皮上来看,智力高低取决于大脑容量。

  拿哺乳动物和鸟类来说,大脑变大之就说 给它们带来了某些好处。大脑越大,神经回越多,每个神经信号能携带的信息就更多,神经元每秒钟的放电次数就后该说不到 频繁。但与此共同,大脑增大也会产生五种相反的趋势。咋样让为了提升智力而无地增加新生神经元,“我认为收益递减规律就咋样让起作用,”巴拉萨布拉曼尼恩说。容量增大的共同,大脑的负担也会增加。最明显某些就说 能耗增多。以人类为例,大脑是身体中需能最多的部位:大脑仅占人体重量的2%,但即便在当当我们 休息时,它所消耗的能量,也占到人体总能耗的20%。在新生儿中,你某些比例更是达到惊人的65%。

  大脑所需的能量中,相当一每段都耗费在信息交流网络上:人类大脑表皮中,80% 的能量都用于信息交流。不过,随着脑容量的增大,神经间的连接似乎会在更精细的行态层次上,遇到更严重的大难题。事实上,早在20 世纪中叶,当生物学家在派发关于大脑重量的数据时,当当我们 也在探究原先更有挑战性的大难题:弄清楚大脑的“设计原则”,以及你某些原则又是咋样在大小各异的大脑上发挥作用的。

  通常,神经元就有二根细细的“尾巴”,称为轴突(axon)。轴突末端会分叉,每条分支的末端会形成突触(synapse),也就说 该神经元与某些神经元的连接点。轴突就像二根根电话线,可不能不能 能连接大脑的不同部位,或形成神经束,从中枢神经系统延伸到各处。

  在早期的某些开创性研究中,生物学家利用显微镜,测量了轴突的直径,计算出了神经元的大小和分布密度,以及每个神经元拥有的突触数量。当当我们 观察了10 多种动物的大脑,对于每个动物大脑,后该检测数百,甚至数千个神经元。咋样让急于把研究对象扩展到更大型的动物中,以便完善数据和统计曲线,生物学家甚至想了些最好的土妙招,从鲸的尸体上剥离完整版的大脑。古斯塔夫· 阿道夫· 古德贝格(Gustav Adolf Guldberg)曾在19 世纪80 年代完整版描述了五种最好的土妙招,使用双人伐木锯、斧头、凿子和足够的气力,像开罐头一样,打开了鲸的颅骨上端。

  观测了多个的大脑就说 ,科学家发现,随着脑容量增大,就会指在某些微妙却不可持续的变化。首先,神经元的平均大小在变大。咋样让神经元的总数也在增多,你某些改变使得神经元可不能不能 能连接越多的“”。但在大脑表皮上,神经元变大后,密度却下降了,愿因着神经元之间的距离增大,连接神经元的轴突也得相应增长。轴突越长,神经元之间的信号传递就要耗费更多时间,咋样让不到轴突变得更粗,可不能不能 神经信号的传递波特率(轴突越粗,信号传递那么快)。

  研究人员还发现,脑容量越大的,功能区域就会划分得越多。咋样让给大脑染色,我想要发现,在显微镜下,大脑表皮上呈现出就说 颜色各异的斑块。每个斑块就说 原先功能区,它们各司其职,比如有的负责语言表达,有的负责面部识别。随着脑容量增大,你某些特化大难题会在原先层次上出现 。比如,在左右大脑半球上,相互对应的原先区域会执行不同的功能,比如空间想象和言语推理。

  几十年来,当当我们 老会 把大脑的你某些功能区域划分视作智力的五种标志。但这也反映了原先更加普遍的大难题:区域分工是对脑容量变大愿因着的连接大难题的五种补偿,美国爱达荷州博伊西2AI 实验室(2AI Labs)的理论神经生物学家马克·常逸梓(Mark Changizi)说。牛脑的神经元数量是小鼠的80 倍,但不到 多神经元不咋样让那么快地在两两之间形成连接。通过区域分工,把功能什儿 的神经元划分到同一区域,区域内可不能不能 能形成富于的神经连接,而区域之间仅需极少量长距离连接,大脑就能避免你某些连接大难题。左右大脑半球的分工,也避免了原先什儿 的大难题:你某些分工最好的土妙招,减少了原先半球间必需的信息传递量,因而也就不须要越多的长距轴突来连接原先半球。常逸梓说,随着脑容量不断增大,“所哪些地方地方地方看似简化的过程,之就说 都就说 大脑为避免连接大难题而做的努力,后该说代表脑袋大了就更聪明了”。波兰科学院的计算神经科学家简· 卡博斯基(Jan Karbowski)对此深表赞同。“要提高智力,大脑须要要对几条方面进行优化,但有利必然也会有弊,”他说,“咋样让我我想要改善原先方面,不到 某些方面就咋样让变得更糟。”想象一下,当大脑增大时,咋样我想要让胼体(corpus callosum,即连接左右半球的轴突束)也立即增大,以使左右半球的连接保持畅通,这后该指在哪些地方?咋样我想要让轴突增粗,以避免大脑增大后,左右半球的信号传递那么快,这又会指在哪些地方?结果将不容乐观。胼体会增长得那么快,会把原先半球分得更开,以至于抵消了大脑功能的任何改善。

  探究轴突高度和信号传导波特率的实验,咋样让很好解释了上述利弊大难题。卡博斯基说,神经元之就说 会随着脑容量的增大而变大,但神经元之间后该说能那么快建立连接;轴突也之就说 会增粗,但增粗波特率就说 够以抵消传导径变长愿因着的信息传递延迟。巴拉萨布拉曼尼恩认为,轴突快速增粗不仅节省空间,还能减少能耗。当轴突直径增加一倍,能耗也会增加一倍,但传递信息的波特率仅能提高40% 左右。即使不考虑哪些地方地方因素,当脑容量增大时,大脑白质(由轴突组成)的体积增长波特率也要快于大脑灰质(神经元的主体,细胞核所在)。换句话说,脑容量增大的那每段更多是用于建立神经元间的连接,而就有真正为负责计算、避免信息的神经元提供空间。这再一次说明,以脑容量增大的最好的土妙招提高智力,后该说是长久之计。

  有了的研究做铺垫,当当我们 就好难理解,大脑有柚子不到 大的牛为何会 会 还不如大脑小如蓝莓的老鼠聪明。不过,在大脑模块的水平上,进化也背熟了自己的变通最好的土妙招。807 年,美国范德堡大学的神经科学家乔恩· H · 卡丝(Jon H. Kaas)和同事对比了多种灵长类动物的脑细胞行态,当当我们 偶然发现了原先关键行态——原先咋样让赋予了人类优势的行态。

  卡丝发现,与大多数哺乳动物不同的是,当灵长类的大脑变大时,大脑表皮上的神经元大小几乎不变。之就说 有数量极少、负责神经连接的神经元之就说 变大了,但大每段神经元的大小都不到 变化。咋样让,尽管在灵长类动物中,不同的大脑原先比原先大,但神经元仍然紧密地聚集在共同。比如,狨猴(marmoset)的脑容量是枭猴的两倍,神经元的数量要花费也是两倍,而在啮齿类动物中,当脑容量增大两倍时,神经元数量仅会增加80%。你某些差异愿因着了截然不同的结果。人类将1 000 亿个神经元紧密压缩在1.4 千克的脑组织里,而对于啮齿类动物,咋样让神经元仍是现在不到 大,数量却与人类相当一句话,不到 它们的大脑咋样让重达45 千克。从新陈代谢的高度来说,不到 大的脑组织所需的能量,几乎会“抽干”啮齿类动物。“这咋样让就说 大型啮齿类动物不比小型什儿 聪明的一大愿因着,”卡丝说。神经元较小、排列更密集,似乎之就说 对智力有影响。805 年,不来梅大学的神经生物学家格哈德· 罗斯(Gerhard Roth)和厄鲁休拉· 迪克(Urusula Dicke)评估了某些动物行态,当当我们 认为在预测动物的智力上,哪些地方地方行态咋样让比脑商更有效(通过行为的简化程度,可不能不能 能大致判断动物的智力水平)。“唯一与智力紧密相关的,”罗斯说,“就说 大脑表皮上的神经元数量,以及神经信号的传递波特率。”神经元之间的距离变长,信号传递会那么快,而轴突外层的髓鞘(myelination)变厚,信号传递则会那么快。髓鞘是五种脂质绝缘层,能让信号传导更加那么快。

  咋样让罗斯是正确的,不到 在灵长类动物中,神经元小型化就有双重作用:一是随着脑容量增大,神经元数量可不能不能 能随之增加;二是可不能不能 能让信号传递变得那么快,咋样让神经元的排列变得更加密集。大象和鲸原先应该很聪明,但它们神经元和脑容量越多,愿因着运行波特率低下。“大脑中的神经元太过稀疏,”罗斯说,“这愿因着神经元之间的距离较大,神经信号的传递要慢得多。” 事实上,神经科学家最近在人脑中也发现了什儿 的模式变化:脑区之间,神经信号传递波特率最快的人,似乎也最聪明。 809 年,荷兰乌得勒支大学医学中心的马丁· P · 范登赫维尔(Martijn P. van den Heuvel)利用功能性磁共振成像技术,来观测不同脑区在相互传递信息时到底有多直接——也就说 说,要看不同脑区在交流时,有不到 通过数量某些的上端区域。范登赫维尔发现,脑区间信号传导通越短的人,智商就越高。同年,英国剑桥大学的神经影像学家爱德华· 布摩尔(Edward Bullmore)和同事用某些最好的土妙招也得到了什儿 的结果。当当我们 首先测试了29 个健康受试者的工作记忆(可在瞬间记住某些数字的能力)。咋样让,当当我们 根据脑磁图记录,估测受试者的不同脑区间信息传递波特率有多快。结果发现,神经信息传递最快最直接的人,工作记忆也最强。

  这是原先重大发现。当当我们 知道,随着大脑变大,它会减少脑区间的直接连接,以此节省空间和能量。在相对较大的人脑中,长程连接后该说多。但布摩尔和范登赫维尔的研究表明,哪些地方地方直接连接之就说 很少,对智力却有着极为重要的影响:咋样让为了节省资源,即使大脑就说 切断其中少数连接,也会造成严重后果。 “要想变得聪明,就有要付出代价的,”布模说,“你某些代价就说 ,你不到就说 简单地削减神经连接”。

  咋样让神经元之间以及脑区之间的交流简直智力发展的瓶颈,不到 朝着小型化方向进化的神经元(彼此之间会挨得扎住,交流那么快)应该会构成原先更聪明的大脑。同样,咋样让轴突通过进化,能在更长的距离上,以那么快的波特率传递信息,即使不变粗,可不能不能 让大脑的运行变得更高效。咋样让,有种东西的指在,却使神经元无法变小,轴突的长度就说 能超过某个临界点。或许,我想要把它称作“局限之母”:这就说 离子通道,神经元用来产生电脉冲的哪些地方地方蛋白质,它们天生就不稳定。

  离子通道就有微型阀门,通过改变自身行态来实现开或关。当它们打开时,钠、钾、钙离子会通过细胞膜,进入神经元,产生电信号,用于神经元间的交流。咋样让离子通道太小,单凭热振动(thermal vibration,原子在热能驱动下产生的五种振动),便可轻松打开或关闭哪些地方地方通道。原先简单的生物学实验就会我想要某些不够无遗:先用二根玻璃微管,在神经元表皮隔离原先离子通道,就像用玻璃杯罩住人行道上的一只蚂蚁。当你调节离子通道上的电压,试图将它打开或关闭时,我想要发现它后该说像卫生间 里的灯那样,说开就开,说关就关,它的开或关完就有随机的。有时,它根本就打不开,有时在本不应该打开的就说 却又打开了,产生某些无意义的神经“噪音”。我想要不断调节电压,但你所做的一切,仅仅是有咋样让使通道打开或关闭。

  听起来,这像是原先的进化不够,但实际上,这是五种折中方案。“咋样让通道太松,会产生就说 ‘噪声’,使它会不停地打开或关闭”, 就像先前提到的生物实验那样,拉夫林说, “咋样让通道太紧,它之就说 后该产生几条‘噪声’,但原先一来,你得花费更多力气可不能不能 打开或关闭它”,也就说 说,神经元须要耗费更多能量可不能不能 控制离子通道的开关。换言之,神经元使用你某些一触即发的离子通道可不能不能 能节省能量,但副作用是通道的开关不稳定。这又会出现 原先利弊大难题:不到当你拥有就说 离子通道,并通过“投票机制”来决定神经元是否是产生电脉冲时,离子通道才是可靠的(即不到当多数离子通道都指在同一情况汇报时,可不能不能 决定神经元是否是放电)。咋样让,咋样让神经元变小,“投票机制”就会出大难题。“当你缩小神经元,可产生电信号的离子通道也会减少”,拉夫林说,“‘噪声’则会随之增多。” 在805 年和807 年发表的两篇论文中,拉夫林和同事计算了一下,咋样让要保留足够的离子通道,是否是对轴突的最小尺寸会有所。结果很令人吃惊。“当轴突直径为80 ~ 80 纳米时,它们就会产生极少量的噪音,”劳克林说。在你某些情况汇报下,二根轴突上不到极少量离子通道,以至于假若原先通道意外打开,就会致使轴突传递原先信号(见第33 页图框),尽管神经元还不到 放电的打算。在大脑中,最细的轴突咋样让发出的噪音信号咋样让达到每秒6 次,咋样让再将它们的直径哪怕缩小某些点,它们发出噪音的次数就咋样让超过每秒80 次。拉夫林指出:“大脑表皮灰质中的哪些地方地方神经元,它们的轴突的直径,咋样让非常接近物理极限。”

  信息、能量和噪声之间的你某些最基本的折中方案后该说限于生物学。从光纤通信、无线电传输到电脑芯片,你某些机制都适用。晶体管的作用和离子通道什儿 ,都控制着电信号的通断。80 年来,工程师设计出的晶体管不到 小,塞在芯片上的晶体管越多,计算机的运行波特率就说 到 快。在最新一代的芯片上,晶体管的直径是22 纳米。在你某些尺度下,在晶体管中均匀掺入硅元素变得非常困难(你某些过程叫做,是指向晶体管掺入极少量的某些成分,用以调整半导体的性能)。当晶体管的直径接近10 纳米时,单个硼原子的随机出现 或缺失都咋样让引起不可预测的后果。

  这时,工程师他说会回到绘图板,用五种全新的技术重新设计芯片,以避开当前的你某些。然而,生物进化不咋样让重新现在开始:它须要在既定规则下,使用在过去5 亿年里出现 的“零件”来进行,巴塞尔大学的发育神经生物学家海因里希· 莱歇特(Heinrich Reichert)解释说,这就好像要用改良的飞机零部件建造一艘战舰。

  此外,还有原先愿因着我想要怀疑,人类大脑可不能不能 能通过一次进化上的飞跃变得更聪明。当神经元首次进化出现 时,地球生物原先有就说 进化方向可不能不能 能挑选,但6 亿年后,奇怪的事情指在了。罗斯指出,之就说 从表皮上看,蜜蜂、章鱼、乌鸦和聪明的哺乳动物长得千差万别,但咋样让再看视觉、触觉、嗅觉、情景记忆和方向感肩头的神经回,我想要发现,“哪些地方地方动物的神经回的构成惊人地什儿 ”。你某些进化上的趋同性说明,解剖学或生理学上的五种避免方案咋样让趋近心智性心智成长期期期 图片 的句子 ,很少有改进的余地了。

  他说,现今动物咋样让有了最合理的“神经蓝图”,而这幅蓝图是胚胎中的细胞通过信号和物理接触指在相互作用,咋样让逐步绘制而成的,在动物中咋样让根深蒂固。

  不到 ,在现有构建模块下,当当我们 大脑的简化程度是就有咋样让触碰到物理极限?拉夫林认为,大脑功能咋样让受到了某些硬性,如同光速受到的一样。“就好像你碰到了收益递减规律,”他说,“之就说 投资得越多,但收益却不到 小。”当当我们 的大脑中仅能容纳不到 多神经元,神经元之间不到建立不到 多连接,哪些地方地方连接每秒钟所能承载的电信号也就不到 多。咋样让,咋样让当当我们 的体型和大脑变得更大,当当我们 会在能耗、散热上付出更多代价,神经信号从原先部位传到原先部位也要浪费更多时间。

  尽管不到 ,除了进化之外,人类咋样让还有更好的智力提升最好的土妙招。毕竟,蜜蜂和某些群居昆虫做到了你某些点:蜂巢里的蜜蜂们行动一致,形成了原先集体,而集体健康智慧要大于单个蜜蜂的健康智慧的总和。人类也是不到 ,通过社会交往,当当我们 已会了将自己与他人的健康智慧融合起来。

  咋样让,当当我们 还有科学技术。几千年来,书面语言当当我们 歌词 可不能不能 能在体外储存信息,不再局限于大脑记忆。他说一帮人会说,互联网咋样让终结智力向体外扩展的趋势。从五种意义上讲,这咋样让是正确的,就像某些人说的那样,互联网使人变得愚钝:人类的集体健康智慧——文化和计算机——咋样让会削弱自己健康智慧向前发展的动力。

  本文:栾兴华在大学医学部获得博士学位,现在任职于上海瑞金医院神经内科,她的主要研究方向为神经肌肉痛、遗传性脑血管病以及神经病理学。

  推荐: