簡介
美國科學家首創將思想植入猴腦將來，什麼是世界第一大網路呢？答案或許不再是“網際網路”。因為，科學家預計，人類可能建立一個“大腦網路”，人與人直接用意念進行交流的夢想將成真。
電影《盜夢空間》中把思想植入人腦的情節，是不是令你驚噓？下面的訊息或令你更興奮：美國科學家首次成功把思想植入猴子的大腦，讓猴子學會讀懂人類的信息。一旦這項研究成熟，癱瘓患者能通過意念控制輔助設備輕鬆走路，人類之間可達到“心有靈犀一點通”的境界。
大腦是生物體內結構和功能最複雜的器官
“意識的曼陀羅”：獼猴大腦長距網路，跨越皮質，丘腦，以及基底神經節，顯示了383個大腦區域之間的6602個長距連線。（美國國家科學院院刊）同時它也是極為精巧和完善的信息處理系統。人類大腦的神經細胞總數約為1012個，相當於整個銀河系星體的總數。此外，還有比神經細胞多10-50倍的神經膠質細胞。大腦掌管著人類每天的語言、思維、感覺、情緒、運動等高級活動。越來越多的學者認為，揭示大腦的奧秘將是人類面臨的最大挑戰.無論在研究大腦神經網路的聯想記憶和模式分割，還是在研究大腦神經系統的混沌控制與混沌同步時，神經元之間或者神經元集群之間的拓撲結構都是一個值得考慮的問題，經由這些拓撲結構所構成的複雜腦網路從本質上決定了整個大腦的工作情況。
如果我們能夠儘可能按照真實的複雜腦網路所遵循的拓撲結構，以神經元的數學模型方程作為節點構成網路對大腦的生理學行為進行模擬，必然會得出更加接近真實的結論。早期的神經科學研究著重強調各腦區功能的定位，而現代的觀點卻傾向於運用複雜網路的方法分析不同層次神經網路的結構和動力學行為。複雜網路是近十年新興起的一個學科，以小世界效應和無標度特性為代表的複雜網路吸引了越來越多人的關注，並廣泛套用到不同的學科當中。運用複雜網路知識體系，對大腦網路的建模及其動力學分析，已成為神經科學的熱門課題。
再次步行
核心子網 (PNAS)研究由美國北卡羅來納州的杜克大學進行，屬“WalkAgain”(再次步行)計畫的一部分，目的是幫助癱瘓者重新步行。科學家在猴子的頭骨鑽了一些小孔並植入微晶片，每片晶片包括約700個如髮絲般細的電極。這些晶片穿入猴子腦部表面數毫米，用來記錄訊息和輸入數據到猴子的大腦皮層。
成功分辨包含食物盒子
結果科學家成功讓猴子“學懂”解讀這些訊息，過程更十分迅速。科學家準備了2個盒子，其中一個包含食物。猴子通過訊息知道食物所在。該實驗尚未正式發表，若獲證實，相信是首次成功將電子訊息傳送到靈長目動物腦內的實驗。
負責該項目的科學家，較早前成功讓猴子以至帕金森病患者，通過植入腦中的電極傳出訊息，從而控制計算機螢幕上的游標；又曾讓一隻猴子以大腦訊息，在網際網路控制千里之外的一個機器人行走。
訊息雙向流動 學習數目
然而科學家指出，要真正讓四肢癱瘓的病人自如控制機械骨骼，訊息的流動必須雙向，使病人感受到步法和行走速度等“感官訊息”。將訊息直接傳送到大腦皮層正是關鍵一步。負責研究的科學家尼科利斯指出，相關技術還須提升，將每個晶片包含的微電極數量由數百增至數千。到時病人只需花數月熟習，機械骨骼便會和病人身心相連，恍如身體一部分。
相關技術還可有更廣泛用途。尼科利斯預計，將來人類可通過大腦訊息，直接和個人計算機的作業系統及軟體互動交流，不用滑鼠和鍵盤便可開啟程式和在計算機撰寫筆記。相關技術將來更可發展為“大腦網路”(brainnet)，讓人類以大腦訊息直接溝通。現時英特爾、Google(谷歌)和微軟皆已成立“腦袋機械”部，進行相關研究。
軍事領域
這項醫學研究已經跨界到軍事領域。美國國防部已經投資2400萬美元，進行各種“思維控制機器人”的研究工作。這一計畫的終極目標是，製造出一種能完全用思維控制的“機器戰士”或者新型無人駕駛飛機。
商業領域
商界人士早就盯上了這項“高含金量”的研究。英特爾、谷歌和微軟都已成立“腦袋機械部”，進行相關研究。以後，你可能不再需要用手指敲擊鍵盤，移動滑鼠了，直接用意念操縱電腦開機，甚至寫部落格。
大腦網路的節點和邊
從網路出發，首先要搞清楚大腦網路的節點和邊是什麼？為此O.Sporns教授http://www.indiana.edu/~cortex/CCNL_main_menu.html提出了從以下三個節點層次來建模，即微觀尺度(神經元)、中尺度(神經集群)、大尺度(腦區域)。正如J.Kurths教授所描述的大腦是“NetworksofNetworks”。
具有無標度和小世界雙重特徵
目前國內外許多學者都開始了大腦與複雜網路相結合的實證研究，他們分別利用神經解剖學數據、彌散張量成像技術(DTI:DiffusionTensorImaging)、腦電圖技術(EEG:Electroencephalography)、腦磁圖技術(MEG:Magnetoencephalography)、功能性磁共振成像技術(fMRI:FunctionMagneticResonanceImaging)來採集數據建立大腦網路，運用複雜網路觀點，結合圖論知識來進行分析，得出了許多令人振奮的結果。如以解剖學為依據構建的大腦結構性網路，發現具有小世界特徵；而以fMRI得到的數據構建的大腦網路具有無標度和小世界雙重特徵。
研究主要集中在幾個方面
大腦神經網路是一個能夠實時地從外部和內部各種刺激中極其完美地提取和整合各種信息的複雜網路。目前關於大腦網路的研究主要集中在以下幾個方面：大腦疾病(如精神分裂症、帕金森症、Alzheimer’sDisease等)的預測和診斷、大腦結構與功能性網路的動力學分析、腦的損傷以及與臨床相結合的實證研究。例如我國中科院自動化所蔣田仔教授http://www.nlpr.ia.ac.cn/jiangtz/通過fMRI技術，對精神分裂症病人採集數據，運用複雜網路的統計特性，構建大腦網路，與正常人做比較，引起了國內外的關注。
基於fMRI、EEG、MEG數據進行
目前世界上大多數關於大腦功能性網路的研究是基於fMRI、EEG、MEG數據進行的，利用這些技術各有優勢，如腦電圖（EEG）測量雖然空間定位性不太好，而且網路節點數量相對較少，但是它也有其特殊的優點，即時間性非常好，並且價格便宜，易於獲取。同時有些疾病（如Alzheimer症）由於特殊原因而不能或不適宜進行fMRI檢查。
神經科學的一個重要目的是去理解大腦活動的時空模式。從某種意義來說，大腦可以被看作一個不斷組織和重塑其功能連線的動態網路。目前，複雜腦網路的研究層次被分為基於神經解剖學的結構性網路(Structuralnetwork)、由於神經元集群的非線性動力學行為呈現統計學依賴性模式所產生的功能性網路(Functionalnetwork)以及比功能性網路更強調節點之間相互因果作用的效率性網路(Effectivenetwork)3個主要層次。大腦本質上是一個動力學系統，其中任意兩個區域之間的通訊，都與建立於動力學理論基礎之上的複雜功能性網路密切相關。
運用網路科學來研究大腦網路為我們研究複雜網路開闢了一個新的領域，這為人類研究大腦提供理論和技術支持，具有重要的學術價值和廣闊的套用前景。
IBM科學家創造最全面的大腦網路圖
星系最複雜的體系結構
“我們已經成功地發現並繪製了最全面獼猴大腦的長距網路，這對於理解大腦的行為，複雜性，動態性和計算是必不可少的，”Modha博士說。“我們現在可以前所未有的深入了解信息在大腦裡面是如何傳遞和處理的。”“我們已經整理了一個全面，一致，簡潔，連貫和龐大的網路，覆蓋了整個大腦，立足於解剖跟蹤研究，是神經科學和認知計算的基礎以及套用研究的奠基石。”科學家著重於383個腦區的長距網路和通過大腦白質傳輸的6602個長距大腦連線，它們就是遼闊的大腦區域間的“州際公路“，他解釋說，短距的灰質連線（基於神經元）在局部大腦區域和下分結構構成“局部連路”。他們的研究建立一個公開的資料庫名為獼猴大腦連線數據校對（CoCoMac），它匯集了來自過去半個多世界400多科學家發布的神經解剖學的解剖跟蹤數據的科研報告。“相比於以前的最大努力，我們研究了四倍的大腦區域，並編制了近3倍數量的連線。”他指出“我們的數據可能會開闢全新的方法分析，理解，並最終模仿大腦的網路結構，根據MarianC.Diamond和ArnoldB.Scheibel的說法，這是”地球上最複雜的體系結構，甚至可能也是我們星系最複雜的。
高級的認知和意識中心
研究人員發現大腦網路包含一個“緊密集成的核心，可能是在高級的認知甚至是意識的中心…而且可能是人們一直思考的問題——人類是如何思考的——的關鍵所在。”
核心跨越了運動前皮層，前額葉皮質，顳葉，頂葉，丘腦，基底節，扣帶皮質，腦島和視覺皮層等各部分。
前額葉皮層：信息的集成與分發
通過對大腦區域的排序（類似搜尋引擎的網頁排名機制[當然不是指占中國大部分市場的那個——譯者注]），他們發現了證據表明：前額葉皮層，位於大腦正前面，是大腦功能的一部分，作為信息集成和分發的中心。可以把它看成是一個交換總機。
大型網路理論分析
正如他們在PNAS的文章中指出，“大腦網路開啟了一扇通向大型網路理論分析的大門，這些已經在網際網路，代謝網路，蛋白質相互作用網路，各種社會網路以及全球資訊網搜尋中成功地理解得到。網路將是在臨床，系統，認知和計算神經科學（也叫認知計算）不可或缺的基礎“。他們認為，研究結果將有助於他們設計認知網路計算晶片的路由架構。
這項研究是由美國國防高級研究計畫局，國防科學辦公室主辦。計畫：自適應系統的神經形態塑膠可伸縮的電子。2010年4月份，Modha博士在圖森舉辦的走向意識的科學的會議上介紹了激動人心的研究發現。
