不要再说大脑是通过重新布线来学习的

米大多数神经学家认为，大脑通过重新布线来学习——通过改变脑细胞或神经元之间连接的强度。但实验结果发表几年前，瑞典隆德大学的一个实验室暗示我们需要改变我们的方法。他们认为，大脑的学习方式更类似于计算机:它将信息编码到神经元内的分子中，并读取这些信息用于计算操作。

我和计算机科学家亚当·金合著了一本书，记忆和计算大脑:为什么认知科学将改变神经科学。我们认为，认知科学和计算机科学的成熟结果表明，大脑中的计算必须以这种方式类似于计算机中的计算。当然，我对这些结果很感兴趣。

电脑不会通过重新布线来学习;它通过将事实编码为' 0 '和' 1 '的序列，称为位串，存储在可寻址寄存器中来学习。寄存器是一串微小的开关。当一个开关被设置为一种方式时，它物理上表示' 1 ';当以另一种方式设置时，它物理上表示' 0 '。计算机存储器中的寄存器被编号，这些数字构成地址。计算机通过选择一个可用的地址并根据要存储在那里的字符串设置开关来存储一个位串。

大多数计算操作将两个位字符串组合成一个新的位字符串。它们对计算机的学习过程至关重要，因为它得到的原始输入往往不包含计算机需要的可用形式的事实。原始数据通过计算运算转化为行为上有用的事实。为了执行计算操作，计算机在内存中找到两个字符串，使用它的地址列表，对这两个字符串做一些事情，生成一个新的字符串，然后存储在一个新的地址中。计算机学习的知识越多，它的记忆寄存器中包含的从经验中积累的事实就越多，这些事实是计算机通过计算操作检索和处理的。通过这种方式，它用计算过的位串填充内存，使它能够根据所学的知识采取有效的行动。

说某物能存储信息而不能存储数字是没有意义的

大多数神经科学家认为大脑在某种意义上也会计算。然而，他们认为它是通过修改神经元之间的突触来做到这一点的。这种想法是原始的感觉输入，最初产生不连贯的动作，帮助大脑改变其结构，以产生更适合所经历的环境的行为。这个观点可以追溯到经验主义哲学家，如洛克、休谟和伯克利。神经元之间的新连接与经验主义哲学家认为的联系相一致，这些联系将原始的感觉联系在一起，形成构成复杂概念的精神尘埃球。根据这种观点，经验不会将事实植入大脑，而这些事实在需要时可能会被提取出来;相反，经验塑造了大脑，使它对进一步的经验作出更恰当的反应。这就是为什么学习的神经科学术语是“可塑性”。大脑学习是因为经验塑造了它，而不是因为经验植入了事实。

问题是经验会植入事实。我们都知道这一点，因为我们一整天都在检索和利用它们。例如，我们大多数人都能在大脑中绘制一张环境地图，并利用它来决定我们的行动。我们可能会意识到，我们可以在去学校接孩子的路上拿处方，因为药店离学校不远。甚至昆虫也会绘制这样的地图。蜜蜂可以利用它的地图在觅食区域的任何两点之间找到自己的路，当一个成功的觅食者返回蜂巢时，它会跳一段舞蹈，告诉其他觅食者食物来源在他们共享的地图上的位置。

从计算的角度来看，方向和距离只是数字。数字，以二进制形式呈现，只是位串。这是计算机科学的一个深刻的真理，没有一种信息不是在深度意义上的数字。克劳德•香农(Claude Shannon) 1948年发表的著名论文开创了信息论领域，以一场交响音乐会为例，说明了一个可以用数值方法处理的信息传输问题。其结果是，说某物存储信息而不能存储数字是没有意义的。

神经科学家还没有接受这个事实。我反复询问满屋子的同事，首先，他们是否相信大脑通过改变突触连接来存储信息——他们都说，是的——然后，大脑如何在改变的突触连接模式中存储数字。他们被难住了，或者拒绝回答。

学习可能涉及到将类似位串的东西放入单个神经元内部的分子开关库中，而不是重新布线神经回路

最近，在麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的一次研讨会上，我向大约20位顶尖的神经科学家提出了这个问题。我们刚刚听了一个关于条形码技术的讲座，它涉及到将数字写入DNA。正如我和King在我们的书中解释的那样，细胞核中的DNA分子将遗传信息存储在可寻址的寄存器(基因)中，这与计算机内存中的可寻址寄存器非常相似。我的同事们毫不费力地接受了以这种方式存储数据的可能性。但当我问一个人如何在突触中存储数字时，有几个人变得很生气，或者用诸如“数字是什么?”

大脑会习惯性地记住间隔的持续时间——如果有一个简单的数字信息，那么它就是一个。瑞典的这项研究使用了小脑中的巨大浦肯野细胞，这些细胞学会了从开始刺激一种输入信号到随后短暂刺激另一种输入信号之间的间隔。结果强烈暗示了间隔时间记忆被储存内部浦肯野细胞，而不是它的突触输入。到达突触的输入导致细胞内的习得信息被解读为一种神经信号，我们知道这种信号控制着一个简单习得行为的时间。

神经元内部是分子。许多分子都能做出很好的开关，在分子开关中存储信息比在突触中存储信息更有效率。学习可能涉及到将类似位串的东西放入单个神经元内部的分子开关库中，而不是重新布线神经回路。这是一个与目前的学习和记忆截然不同的概念。

加里斯泰尔是罗格斯大学的心理学和认知神经科学教授。

观察:临床精神病学家卡尔·埃里克·费希尔(Carl Erik Fisher)在解释责任这一模糊概念时，举了一个最喜欢的例子。

这篇经典的事实如此浪漫的文章最初发表于2015年10月。