諾貝爾獎得主菲利普·安德森（Philip Anderson）曾提出“多者異也”（More is different）的著名論斷：
當簡單元素以特定方式組合時，
會涌現(xiàn)出超越個體總和的新特性。
人腦正是這類復(fù)雜系統(tǒng)的典型代表——無論是記憶存儲、空間導(dǎo)航還是情緒調(diào)控，都依賴于數(shù)百億神經(jīng)元通過突觸構(gòu)成的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)。而大腦功能正常運作的關(guān)鍵，在于“興奮-抑制”的精準平衡。
在計算機模擬中，僅需設(shè)置無抑制的興奮回路，就可以模擬出癲癇發(fā)作。然而，要在真實的人類大腦中維持數(shù)十年的穩(wěn)定運作卻十分不易，這依賴于抑制性神經(jīng)元對興奮信號的精準制動。這種動態(tài)平衡，不僅防止了癲癇發(fā)作，更維持著精神狀態(tài)穩(wěn)定。
更不要說，盡管大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中存在大量自我放大的正反饋回路，大腦依然能夠在絕大多數(shù)時間維持“臨界狀態(tài)”。
與大腦類似，生態(tài)系統(tǒng)、自然氣候系統(tǒng)等復(fù)雜系統(tǒng)也維持著精妙的平衡。然而，復(fù)雜系統(tǒng)也是混亂的，極易受到蝴蝶效應(yīng)的影響，即使微小的擾動有時也能帶來系統(tǒng)的覆滅。正是這種脆弱性，讓我們不禁思考：
我們是否有可能像控制敏感的復(fù)雜系統(tǒng)一樣控制大腦？
更進一步，當大腦陷入癲癇、抑郁、精神失常等混亂狀態(tài)（類似于自然界爆發(fā)颶風），我們是否有希望通過某種干預(yù)方式讓大腦回歸平衡？
?插畫：Kouzou Sakai
控制天氣兩步走，止步于半途
在探討大腦是否可控之前，我們不妨來看看自然氣候這一類似的復(fù)雜系統(tǒng)。假如我們能實現(xiàn)控制氣候，是否意味著，我們也能以某種方式控制類似復(fù)雜而又混亂的大腦呢？
氣象研究的突破可以追溯到20世紀早期，研究者們開始構(gòu)建天氣預(yù)報模型。實際上，預(yù)報、預(yù)測從來不是研究者們的終極目標，控制才是。
在20世紀40年代，馮·諾依曼（von Neumann）和茲沃里金（Zworyking）找到華盛頓特區(qū)的政府機構(gòu)尋求資金資助，他們提出了控制氣候的兩步走計劃，旨在創(chuàng)造一種新型的計算裝置預(yù)測天氣，進而根據(jù)預(yù)測結(jié)果控制天氣。他們認為，“只有精確的、科學(xué)的氣象知識，才能使有效的天氣控制成為可能”。
?Project Cirrus記錄。該項目于1947年2月28日根據(jù)合同W-36-039-SC-32427（申請EDG 21190）啟動，以涵蓋“云粒子和云的改造的研究”（research study of cloud particles and cloud modifications）。圖源：zerogeoengineering.com
在之后的數(shù)十年里，全世界許多研究者都嘗試尋求到控制天氣的方法。例如，美國政府曾發(fā)起“卷云計劃”（Project Cirrus），目標是破壞颶風。在1947年，項目團隊嘗試驅(qū)散一場預(yù)報會停留在海上的颶風。它們通過B-17轟炸機向颶風中投放了80公斤干冰，希望以此瓦解颶風的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然而，結(jié)局不盡如人意，颶風未按既定的預(yù)測軌跡行進，而是降落在了佐治亞。后來，“風暴怒號計劃”（Project Stormfury）重啟了“卷云計劃”的想法并堅持了數(shù)十年，也未嘗勝果。
?“風暴怒號計劃”（Project Stormfury）是一項由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）于1962年至1983年開展的颶風改造研究項目，旨在通過向颶風眼壁云層外的雨帶播撒碘化銀，促使過冷水結(jié)冰并釋放潛熱，從而改變颶風結(jié)構(gòu)，達到削弱颶風強度的目的。圖源：weatherwhys.show
時至今日，馮·諾依曼和茲沃里金的第一步設(shè)想的確實現(xiàn)了，借助復(fù)雜的計算機算法，我們能夠?qū)夂蛴休^為準確的預(yù)測。但影響甚至控制氣候，我們?nèi)匀粺o計可施。
?自1960年代以來，大西洋盆地颶風和熱帶氣旋的路徑預(yù)測誤差每十年都在減少，其中2020年代的72小時預(yù)測誤差已降至80英里以下。圖源：ourworldindata.org
混亂與秩序的分界處：臨界腦假說
正如前文所述，與自然氣候類似，大腦也是一種極度復(fù)雜且混亂的系統(tǒng)。如果將氣象研究作為前車之鑒，腦科學(xué)研究理應(yīng)及時叫停試圖控制大腦的計劃。畢竟，我們對于大腦的本質(zhì)還有諸多不了解的地方。
丹麥物理學(xué)家帕·巴克（Per Bak）的“臨界腦理論”（Critical Brain Theory）認為，大腦一直處于有序與混亂的臨界狀態(tài)。這項假說建立在物理學(xué)相變（如水高溫蒸發(fā)、碳高壓變鉆石）的研究基礎(chǔ)上。在相變過程中，當系統(tǒng)的某一參數(shù)（如溫度、壓力）超越臨界點時，系統(tǒng)整體的性質(zhì)都會發(fā)生變化。復(fù)雜系統(tǒng)會時刻進行自我組織，以維持在相變的關(guān)鍵臨界狀態(tài)，即自組織臨界性（Self-Organized Criticality）。
根據(jù)臨界腦假說，當大腦過于混亂時，它無法發(fā)揮任何作用（像是被注射了鎮(zhèn)定劑）；而當大腦過于有序時，它也會什么都做不了（像是癲癇發(fā)作時）。只有處于混亂和有序的臨界處，大腦才能以一種微妙的平衡完成許多它需要做的事情，能夠靈活地應(yīng)對不同的任務(wù)和環(huán)境變化。
?一項研究聚焦臨界動力學(xué)在自發(fā)性腦電圖中的作用。研究認為，不同麻醉狀態(tài)下的腦電活動中，有意識狀態(tài)（如清醒狀態(tài)和氯胺酮麻醉）為臨界狀態(tài)，而無意識狀態(tài)（如丙泊酚或異氟醚麻醉）則偏離臨界狀態(tài)，表現(xiàn)為亞臨界或超臨界狀態(tài)。圖源：https://doi.org/10.1038/s42003-024-06613-8
人工遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)臨界狀態(tài)研究，為此觀點提供了支持。這一研究基于一個基礎(chǔ)認知，當網(wǎng)絡(luò)位于臨界狀態(tài)時，它的表現(xiàn)是最優(yōu)的。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)有序和混亂的程度取決于不同神經(jīng)元之間循環(huán)交互的強度。如果神經(jīng)元之間連接太強，極小的輸入也會使得許多神經(jīng)元激活，影響整個網(wǎng)絡(luò)。如果神經(jīng)元之間連接不足，再強大的輸入也會在短暫的傳遞中迅速消退。但是，如果神經(jīng)元連接的數(shù)量、強度恰到好處，那么，整個網(wǎng)絡(luò)將會極為順利地運行。
臨界腦假說對于理解大腦本質(zhì)無疑是具有吸引力的，但該假說難以被檢驗。理想狀態(tài)下，我們應(yīng)先將大腦重置到相似的初始條件，再觀察其演化過程。然而，大腦的復(fù)雜性和不可控性使得“重置”無法實現(xiàn)。
因此，研究者們只能尋找大腦符合臨界狀態(tài)特征的蛛絲馬跡。例如，在神經(jīng)元活動中，研究者觀察到了類似于雪崩的現(xiàn)象，即神經(jīng)元放電的模式會表現(xiàn)出冪律分布*（Power Law Distribution）。這意味著小規(guī)模爆發(fā)比大規(guī)模爆發(fā)更常見，這是臨界狀態(tài)的一個典型特征。
?冪律分布與正態(tài)分布. 圖源：HBR
*冪律分布（Power Law Distribution）是一種統(tǒng)計分布模式，其中某一變量的頻率與其大小成反比，其關(guān)系可通過一個冪律函數(shù)（power-law function）來描述。這種分布的特點是絕大多數(shù)事件的規(guī)模很?。ㄈ绱蠖鄶?shù)地震強度較低），而只有少數(shù)事件的規(guī)模相當大（大地震較為少見），具有“重尾”特性，意味著極端事件的發(fā)生概率比正態(tài)分布預(yù)測的要高。冪律分布在自然界和人類社會中廣泛存在，例如城市人口分布、地震強度、互聯(lián)網(wǎng)流量等。在雙對數(shù)坐標下，冪律分布通常呈現(xiàn)為一條直線，這一點是其重要的數(shù)學(xué)特征。
另一方面，神經(jīng)元在受到擾動后，其活動不會立即停止，而是像回聲（reverberation）一樣持續(xù)震蕩，某一時刻的神經(jīng)元活動與幾秒甚至更長時間間隔后的活動，存在統(tǒng)計學(xué)上的顯著關(guān)聯(lián)，長時程的相關(guān)性這一特點，恰恰是臨界系統(tǒng)的另一特征。但必須承認的是，這些特征還無法作為決定性證據(jù)讓我們坦然接受臨界腦假說。
我們是否有希望控制大腦？
假如臨界腦假說成立，大腦的確是混沌的或接近臨界狀態(tài)的。那么，這是否也意味著，就像無法控制天氣一樣，我們也失去了控制、治療大腦功能失調(diào)的希望？
一些研究者認為，混沌系統(tǒng)還可以通過目標擾動加以控制。例如，持續(xù)注入信號，或當大腦陷入吸引子狀態(tài)*時添加細微擾動，以此引導(dǎo)系統(tǒng)的行為。想象一下，忽冷忽熱的空調(diào)如果能裝上智能溫控器，監(jiān)測溫度并自動調(diào)節(jié)，那么房間溫度就能穩(wěn)定下來。對于大腦，已有一些類似的微調(diào)嘗試。
*吸引子狀態(tài)：混沌系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，類似于小球在凹凸不平的地面上滾動時最終還是會停在某個凹陷處，此時施加微小的力就能將小球推出該凹陷去往其他地方。
例如，醫(yī)生使用腦深部電刺激技術(shù)（DBS或稱”腦起搏器”）來治療帕金森癥。該技術(shù)通過植入患者腦中的電極發(fā)送弱電脈沖，以刺激腦內(nèi)控制運動相關(guān)的神經(jīng)區(qū)域（類似于推動小球的力），以達到抑制異常腦部活動的目的。
但要真正實現(xiàn)微調(diào)，仍存在巨大挑戰(zhàn)。我們需要構(gòu)建出極其精確的大腦模型以預(yù)測大腦活動，還要掌握高精度的干預(yù)手段。仍以帕金森癥治療為例，在未能完全搞清楚帕金森癥異常信號涉及的全部腦部區(qū)域前，目前仍只能實現(xiàn)粗調(diào)，無法完全治愈帕金森癥。
?圖源：Bill Domonkos for Quanta Magazine
也有一些研究者從大腦的自我調(diào)節(jié)機制出發(fā)，當癲癇發(fā)作、抑郁和精神病發(fā)作時，大腦可能進入了亞臨界或超臨界狀態(tài)，但這些失序狀態(tài)通常只會持續(xù)幾分鐘、幾天或數(shù)周，這表明大腦具有強大的內(nèi)部機制進行自我調(diào)節(jié)。不幸的是，目前我們沒有真的理解大腦自我調(diào)節(jié)的機制。更好的機制理解，能帶來更好的療法或干預(yù)，就像是用來阻止崩塌的圍欄。
當然，答案也可能并非如我們所愿——也許，某些情況下，大腦根本就無法為人所控制。至少，面對癲癇、精神病發(fā)作和抑郁癥，我們無法以治療的方式控制它們。
不同背景的研究者們怎么看？
觀點梳理
? 威廉·布雷克：神經(jīng)元交互引發(fā)質(zhì)變，但復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)控制工具不足難以解決。
? 曼利奧·德·多梅尼科：理解大腦的自我調(diào)控機制，將推動系統(tǒng)生物學(xué)與醫(yī)學(xué)發(fā)展。
? 肖爾·德魯克曼：大腦是可以被控制的，但需突破復(fù)雜系統(tǒng)理解的瓶頸。
? 塔蒂亞娜·恩格爾：大腦有自我調(diào)節(jié)的閉環(huán)系統(tǒng)，真正意義的大腦控制任重道遠。
? 斯蒂芬妮·瓊斯：建立針對性的生物物理模型，有助于理解大腦復(fù)雜性。
? 安·肯尼迪：精準干預(yù)可限制神經(jīng)活動軌跡，挑戰(zhàn)在于特異性。
? 伊芙·瑪?shù)拢捍竽X具備多重維穩(wěn)機制，其韌性源于細胞與回路參數(shù)的廣泛適應(yīng)性。
? 馬利諾·帕甘：須進行定制化大腦構(gòu)建，”精準”復(fù)現(xiàn)各類腦功能障礙中的個體差異。
? 斯蒂芬妮·帕爾默：感知覺皮層接近臨界態(tài)，賦予系統(tǒng)對外界變化的超級響應(yīng)性。
? 路易斯·佩索雅：大腦的不可控程度遠低于氣候，大腦-身體系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定可控。
? 卡納卡·拉詹：大腦抑制內(nèi)部混沌，以此維持連貫思維與行為。
? 克里斯托弗·洛澤爾：局部神經(jīng)調(diào)控足以改善癥狀，甚至無需全腦控制。
? 奧拉夫·斯龐斯：大腦復(fù)雜但可預(yù)測，絕對控制存在根本局限。
? 喬治·衫原：動力系統(tǒng)理論將揭示大腦全局信息，推動認知與治療研究。
威廉·布雷克
Wiiliam Bialek
普林斯頓大學(xué)John Archibald Wheeler/Battelle物理學(xué)教授
大腦重要的功能可能是來源于許多神經(jīng)元之間的交互。“量變引發(fā)質(zhì)變”的觀點意味著，神經(jīng)活動可能存在許多無法預(yù)測或無法控制的方式。對于一塊普通磁鐵，我們只需施加一個磁場即可影響系統(tǒng)重要的整體模式。但是，即便在早期相對簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，類似的”磁場”也需要通過復(fù)雜組合的方式作用于網(wǎng)絡(luò)中的每個細胞——激活一些細胞同時抑制其他細胞。我們的確還不具備實現(xiàn)這種操作的實驗工具。所以，即使擱置臨界性或混沌等更具爭議性的概念，我們已然面臨重大難題了。
曼利奧·德·多梅尼科
Manlio De Domenico
意大利帕多瓦大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)副教授
控制人腦這樣的復(fù)雜系統(tǒng)是一項艱巨挑戰(zhàn)。演化的力量以非凡的方式塑造了大腦結(jié)構(gòu)及其動態(tài)特征：它通過尚未被充分理解的機制，持續(xù)地自我組織以應(yīng)對內(nèi)外環(huán)境擾動。從統(tǒng)計物理學(xué)的視角來看，大腦（以及其它生物系統(tǒng)）如何在糾正局部功能障礙的同時自我調(diào)節(jié)行為，揭示這一機制能為系統(tǒng)生物學(xué)與系統(tǒng)醫(yī)學(xué)開辟廣闊的應(yīng)用前景，開辟更加激動人心的未來。
肖爾·德魯克曼
Shaul Druckmann
斯坦福大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)、
精神病學(xué)與行為科學(xué)副教授
我的直覺（也僅僅是一種直覺）是，大腦是可以被控制的。這里我所說的“可控”是指，類似于大腦脫離癲癇狀態(tài)的能力。我的主要依據(jù)是，大腦必須是內(nèi)部可控的，腦區(qū)之間需要進行信息的傳遞，這可以是一個腦區(qū)控制另一個腦區(qū)的狀態(tài)。其中的內(nèi)在控制與調(diào)節(jié)機制，正是我所理解的大腦運作的核心要素。如果我們能夠介入類似的內(nèi)在調(diào)節(jié)機制，就有機會實現(xiàn)對大腦的控制。
不過，如何有效利用這種介入途徑，需要我們對于如何影響復(fù)雜系統(tǒng)有極其精深的理解，這正是當前科學(xué)尚未突破的瓶頸。此外，更加精細的控制（如精確地修正受退行性病變影響而改變的特定部分）還需要更深刻的認知突破，其難度與引導(dǎo)而非驅(qū)散颶風無異。
上述問題對于科學(xué)其實并不陌生，動態(tài)系統(tǒng)控制本就是工程領(lǐng)域的重要研究方向，但工程學(xué)更專注于結(jié)構(gòu)明確的人工系統(tǒng)，而非類似大腦的、由異質(zhì)性單元構(gòu)成的復(fù)雜交互網(wǎng)絡(luò)。理解人腦這種復(fù)雜系統(tǒng)，也正是我和許多研究者愿意投入數(shù)十年精力去探索的終極挑戰(zhàn)。
塔蒂亞娜·恩格爾
Tatiana Engel
普林斯頓大學(xué)神經(jīng)科學(xué)助理教授
大腦與氣候的不同在于，前者具有更強的可控潛力。人腦擁有無限自我組織與自我調(diào)節(jié)的閉環(huán)系統(tǒng)，持續(xù)不斷地將自身調(diào)節(jié)至高效的運作狀態(tài)。這種自我調(diào)控性質(zhì)在所有復(fù)雜的生物系統(tǒng)中普遍存在。
想一想，身體為什么能在各種環(huán)境條件下維持體溫近乎恒定。類似地，從分子水平到大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)層面，大腦也具備全尺度的調(diào)控機制，能夠感知到偏離常態(tài)的波動并自主回歸到正常運作狀態(tài)。許多疾病本質(zhì)上是某種自我調(diào)控機制的失靈。因此，如果我們能夠修復(fù)自我調(diào)控機制（如使缺失的分子能再度產(chǎn)生），那么被修復(fù)的機制，將能夠奇跡般地自動引導(dǎo)大腦回歸正常狀態(tài)。
雖然這種想法聽起來很容易，但實現(xiàn)起來非常困難，因為許多自我調(diào)控機制是相互交織的。同一個分子可能是數(shù)個自我調(diào)節(jié)循環(huán)的一部分，在試圖修復(fù)其中一個循環(huán)時我們可能會破壞另一個。
另外，內(nèi)在的補償性機制可能也會使得患病的大腦與健康的大腦不同。舉個例子，當某個腦區(qū)受損時，其他腦區(qū)可能會接管它的功能。又或者，當某個腦區(qū)被剝奪了正常運作需要的輸入時，它會重構(gòu)以具備新的功能，如盲人的視覺皮層會對聲音和觸覺產(chǎn)生反應(yīng)。鑒于這些改變，相同的自我調(diào)節(jié)循環(huán)在健康大腦和患病大腦中可能會扮演不同角色。
盡管技術(shù)的進步已經(jīng)能以極高的空間與時間精度處理大腦，但實現(xiàn)真正意義上的大腦控制還任重道遠。
斯蒂芬妮·瓊斯
Stephanie R. Jones
布朗大學(xué)神經(jīng)科學(xué)教授
我并不認為大腦復(fù)雜到無法通過調(diào)控手段輔助神經(jīng)病理的治療。有許多案例表明，非侵入式的電磁干預(yù)都幫助大腦恢復(fù)常態(tài)。抑郁癥治療領(lǐng)域的突破尤為明顯，通過規(guī)律的刺激實現(xiàn)神經(jīng)回路功能重歸正常，實現(xiàn)癥狀的改善。單脈沖腦刺激與電生理記錄的結(jié)合也被用于測量昏迷患者神經(jīng)反應(yīng)的復(fù)雜度，這是預(yù)測患者恢復(fù)的一種方式。
但是，這些干預(yù)手段如何直接影響人腦回路，以及它們是否/何時會產(chǎn)生持續(xù)性的影響，我們對此的理解還是很有限的。提升認知的路徑之一，是針對細胞與回路中電磁活動的產(chǎn)生構(gòu)建精細的生物物理模型，并通過模擬實驗觀測模型在不同刺激模式下的反應(yīng)規(guī)律。借助這種方法，我們能更好地理解大腦復(fù)雜性的本質(zhì)，最終用來設(shè)計更加高效的大腦刺激范式。
安·肯尼迪
Ann Kennedy
西北大學(xué)理論神經(jīng)科學(xué)助理教授
我并不認為“不可預(yù)測”會讓我們束手無策。以著名的洛倫茲系統(tǒng)為例，這個混沌吸引子最初是為模擬大氣對流（恰好對應(yīng)你提到的氣候主題）而建立的數(shù)學(xué)模型。你可以改變系統(tǒng)的三維狀態(tài)變量（x, y, z），也可以調(diào)整三項參數(shù)（σ、ρ、β），這些方法都可以控制系統(tǒng)隨時間演化的方式。參數(shù)調(diào)整，雖然間接，但更為有力，甚至能完全消除系統(tǒng)的混沌狀態(tài)。雖然，我無法預(yù)知洛倫茲系統(tǒng)未來的具體狀態(tài)，但我可以告訴你的是，只要保持系統(tǒng)的三項參數(shù)固定，其狀態(tài)軌跡必然會被約束在三維空間的極小范圍內(nèi)。
我相信這個隱喻也適用于大腦：如果我們能開發(fā)出精準的干預(yù)手段，通過加速、放緩、放大或抑制特定腦區(qū)的神經(jīng)活動流，即使我們不能直接控制大腦活動，也能顯著地限制這些區(qū)域內(nèi)神經(jīng)活動的軌跡空間。我想這也是許多神經(jīng)調(diào)質(zhì)和神經(jīng)肽在做的：重塑神經(jīng)基質(zhì)以引導(dǎo)神經(jīng)快速興奮與抑制的路徑。
真正的挑戰(zhàn)在于，經(jīng)過數(shù)百萬年的進化，大腦已形成精密的信號定位系統(tǒng)，確保特定的調(diào)控分子精準作用于目標基質(zhì)。我們需要理解這些分子在微觀層面的運作機制，才能設(shè)計出與大腦自身調(diào)控系統(tǒng)具有同等選擇性與特異性的干預(yù)手段，即在宏觀層面能靶向篩選復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的特定功能模塊，在微觀層面也能精確匹配分子靶點。
伊芙·瑪?shù)?/strong>
Eve Marder
布蘭迪斯大學(xué)Victor & Gwendolyn Beinfield生物學(xué)講席教授，
美國國家科學(xué)院院士
我對這些問題有非常不同的想法。與其聚焦于患病的大腦或遭受極端干擾的正常大腦會“崩潰”這件事，我更希望強調(diào)大腦本身具備眾多細胞和分子層面的維穩(wěn)機制。
僅僅因為能夠誘發(fā)大腦的功能失調(diào)，就推斷整個大腦都處于功能失調(diào)的臨界邊緣，這是不應(yīng)該的。相反，有許多組細胞和回路的參數(shù)與“足夠良好”的行為是一致的，這使得神經(jīng)回路能夠在參數(shù)空間中搜索而不陷入障礙。也有非常多彼此交織的機制，支持分子和神經(jīng)元的穩(wěn)定性。
我所在的實驗室研究溫度和其他的極端干擾對甲殼類動物胃神經(jīng)系統(tǒng)的影響。雖然所有動物都會在溫度升到足夠高之后“崩潰”，但它們對超出日常20攝氏度的溫度波動會表現(xiàn)出驚人的韌性。許多機制協(xié)同構(gòu)成了這種強大韌性，同理，健康人腦的韌性也是許多機制共同協(xié)作的結(jié)果。
馬利諾·帕甘
Marino Pagan
愛丁堡大學(xué)生物科學(xué)研究所（SIDB）與認知與腦科學(xué)中心（CDBS）首席研究員
與颶風的動力學(xué)特征不同，大腦動態(tài)活動受到強大調(diào)控機制的約束，并在發(fā)育過程中被精心雕琢以實現(xiàn)特定功能。這些補償性的力量確保大多數(shù)大腦不會突發(fā)癲癇，并且，即便面對病變或基因突變也能維持相對正常的功能運作。我相信，對于修復(fù)異常的神經(jīng)動態(tài)活動，更加深入地理解大腦內(nèi)在調(diào)控機制是關(guān)鍵一步。
不幸的是，不存在完全相同的兩個大腦，我猜測，實現(xiàn)深入理解必須對個體大腦特征進行定制化的構(gòu)建，并采用“精準醫(yī)學(xué)”的方式來復(fù)現(xiàn)各類腦功能障礙中的個體差異。但值得期待的是，某些關(guān)鍵機制或許能在抽象出神經(jīng)回路復(fù)雜性的“潛空間”中得到最佳描述，這樣的高階表征框架將更有利于科學(xué)探索與干預(yù)治療。
斯蒂芬妮·帕爾默
Stephanie Palmer
芝加哥大學(xué)有機生物學(xué)與解剖學(xué)系、
物理學(xué)系副教授
大腦的初級加工區(qū)域——負責接收和加工外界輸入的感知覺皮層，可能會在接近臨界態(tài)中收獲最大。這種接近臨界的狀態(tài)賦予了系統(tǒng)對外界變化的超級響應(yīng)性。這是大腦主動建構(gòu)的結(jié)果，還是由外界輸入驅(qū)動的產(chǎn)物，學(xué)界對此仍在爭論。但不可否認的是，許多感知覺系統(tǒng)中已經(jīng)觀測到了臨界態(tài)的特征。
至于更深層的大腦結(jié)構(gòu)，我傾向于認為神經(jīng)集群可能會偏離臨界態(tài)（盡管海馬區(qū)作為人類癲癇的溫床是個例外）；但已經(jīng)明確的是，絕大多數(shù)生物、絕大多數(shù)個體的大腦在絕大多數(shù)時間都處于正常狀態(tài)。這可能表明，神經(jīng)系統(tǒng)并非是處于刀鋒的邊緣。
作為一名理論學(xué)者，我期待神經(jīng)編碼的這種特性最終能被理解與解釋，而不僅僅是生物在演化過程中為各種功能打上補丁的零散集合。當然，生物學(xué)無需迎合理論學(xué)者。但我還是希望，演化過程中留下了一些可供人類發(fā)現(xiàn)與探索的調(diào)控節(jié)點。
路易斯·佩索雅
Luiz Pessoa
馬里蘭大學(xué)心理學(xué)教授
我認為大腦的不可控程度遠低于氣候！在我看來，大腦是以高度分布式的、去層極化的（即缺少清晰層級）模式運作的復(fù)雜系統(tǒng)。因為大腦與身體和環(huán)境深度整合，大腦信號的傳遞極難預(yù)測。但我不會因此把大腦視為不可控的系統(tǒng)，因為大腦和生命存在不可分割的鏈接。大腦-身體系統(tǒng)在持續(xù)地自我維持與穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，這使得動態(tài)系統(tǒng)始終穩(wěn)定在與生命相容的邊界之中。
卡納卡·拉詹
Kanaka Rajan
哈佛醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)副教授
所有認知都是動態(tài)的，作為認知引擎的大腦是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)?；诖笠?guī)模理想化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)物理特性構(gòu)建的精妙理論（包括我自己構(gòu)建的一些），已然將大腦建構(gòu)為一種混沌系統(tǒng)。
盡管不同于洛倫茲吸引子這種由三個變量描述的低維系統(tǒng)，大腦的神經(jīng)活動也被認為與高維混沌更加一致。面對大腦回路內(nèi)部產(chǎn)生的所有混沌活動，人類如何維持連貫的思維與行為？研究發(fā)現(xiàn)，在關(guān)注細微的感覺輸入時，神經(jīng)回路能夠主動地抑制內(nèi)部產(chǎn)生的混沌。有趣的是，這種機制（或相變）是先被理論預(yù)言，再通過多腦區(qū)活動記錄所驗證。
我認為，正是這種抑制內(nèi)部混沌的能力使得我們能夠思考與行為，避免陷入幻覺性意識渙散與對輸入信號或環(huán)境的機械式反應(yīng)。這正說明，大腦混沌并非需要鎮(zhèn)壓的“漏洞”，而是我們能控制的特征。
克里斯托弗·洛澤爾
Christopher Rozell
佐治亞理工學(xué)院電子與計算機科學(xué)教授
大腦是極其復(fù)雜的系統(tǒng)，（像氣候一樣）或許無法實現(xiàn)大規(guī)模精準控制。但這種程度的控制是否必要？類比氣候調(diào)控：我們建造房屋時通過局部環(huán)境控制即可維持舒適溫度。臨床實踐中，神經(jīng)調(diào)控技術(shù)（如靶向刺激）雖未精確“控制”大腦，卻足以改善震顫、癲癇或抑郁癥狀。科學(xué)層面，即便是光遺傳學(xué)的基礎(chǔ)應(yīng)用也產(chǎn)生了深刻洞見。實證表明，無需全腦控制也能取得重大臨床與科研進展。
奧拉夫·斯龐斯
Olaf Sporns
印第安納大學(xué)心理學(xué)與腦科學(xué)教授
大腦是否屬于可預(yù)測/可控系統(tǒng)？答案取決于如何定義“預(yù)測”與“控制”。特定干預(yù)引發(fā)可預(yù)測效應(yīng)已有諸多例證，神經(jīng)科學(xué)也長期致力于解析此類因果關(guān)聯(lián)。但隨著認知深化，我們意識到大腦遠非簡單因果系統(tǒng)的集合。
我更傾向?qū)⑵湟暈橛纱罅炕ミB元素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。當這些元素激活時，其狀態(tài)產(chǎn)生量子糾纏式關(guān)聯(lián)，形成高維信息結(jié)構(gòu)（我們剛開始探索這種結(jié)構(gòu)）。大量腦區(qū)元素的集體行動形成了支撐認知與行為的持續(xù)活動流。系統(tǒng)具備一定可預(yù)測性（如穩(wěn)定的拓撲結(jié)構(gòu)、同步模式與降維特征），絕非隨機系統(tǒng)。
但和所有真正的復(fù)雜系統(tǒng)一樣，大腦預(yù)測與控制存在根本局限：例如，預(yù)測大腦未來的具體狀態(tài)（類比數(shù)周/月的天氣預(yù)報）因非線性與混沌漲落而注定不可行。對追求絕對控制者，這或是不可逾越的障礙。但在我看來，大腦的復(fù)雜性恰恰開啟了時空模式無限創(chuàng)造與重構(gòu)的可能性——我們永遠無法預(yù)知它們會何時何地顯現(xiàn)。
喬治·衫原
George Sugihara
加州大學(xué)圣地亞哥分校海洋生物學(xué)McQuown自然科學(xué)講席教授
作為生態(tài)學(xué)家與神經(jīng)科學(xué)愛好者，我認為動力系統(tǒng)理論在此領(lǐng)域極具潛力。預(yù)測與理解的"魔盒"已然開啟，控制領(lǐng)域亦然：看看近期的研究成果，通過非線性動態(tài)因果檢驗（收斂交叉映射法），僅憑靜息態(tài)活動即可預(yù)測靶向腦區(qū)刺激效果，無需逐個嘗試就能找出許多可能的大腦刺激電極中誰會產(chǎn)生預(yù)期效果。
這還只是開始，更多研究潛能尚待發(fā)掘。例如，混沌系統(tǒng)（也是非線性系統(tǒng)）的特性在于其組分不可分割——數(shù)學(xué)家稱之為"非分離性"，即無法獨立研究單個組分。這種強關(guān)聯(lián)性卻帶來獨特優(yōu)勢：因為整體非線性與混沌的特征，動態(tài)系統(tǒng)中的任意局部都蘊含全局信息。這使得我們能夠從一個部分重新創(chuàng)建整個系統(tǒng)的副本。
生態(tài)學(xué)中，我們借此預(yù)測鮭魚種群未來的動態(tài)，即便我們沒有測量所有的因果變量。推及腦科學(xué)，多重系統(tǒng)是可能的，相同信息可能同時以不同形式被表征——這種多態(tài)表征機制也許與大腦工作原理深度契合。我期待這樣的動力系統(tǒng)方法將在腦認知與治療研究中發(fā)揮巨大影響。
編者后記
人類對大腦的興趣從未消退過，從神經(jīng)科學(xué)數(shù)十年來的興盛可見一斑。實現(xiàn)對大腦的控制對于如你我一樣的普通人而言無疑是極具吸引力的，畢竟是在科幻片中才能看到的情形。但正如許多研究者提到的，大腦還有太多未知的部分，理論與工具層面我們都還不具備將大腦精細而全面建模的能力。
不過，這并不會令人感到沮喪，就像本文作者和克里斯托弗·洛澤爾教授提到的，我們到底需要對大腦有多大程度的控制？是全腦控制？還是說局部控制以實現(xiàn)較精準地治療如癲癇等疾??？
假如是前者，我們要走的路還很長。但對于后者，我們還是應(yīng)該保持長期樂觀主義。例如，至少從工具層面，近些年腦機接口技術(shù)已有了極大的發(fā)展，一些病人也的確在腦機接口技術(shù)的幫助下成功做到了曾經(jīng)無法想象的運動或操作。
總而言之，實現(xiàn)大腦控制，一定會是全人類持續(xù)傾注心血的長期事業(yè)。從這個角度來說，我們沒必要為當前還做不到終極的理想狀況而失望，至少研究者們在不斷進步與突破著。覆蓋全球的氣象監(jiān)測，也是從一兩個局部的天文臺起步的，不是嗎？
原文鏈接：https://www.thetransmitter.org/the-big-picture/is-the-brain-uncontrollable-like-the-weather/
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