您无法使用100％的大脑，这是一件好事

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要点:

• 一个流行的说法是，人类仅使用其大脑的10％，但这并不准确-但这也不意味着我们也使用了100％的大脑.
• 动物研究发现，超过20％的神经元没有明确的目的.
• 一些研究人员估计，超过60％的大脑由“神经暗物质"或没有明显目的并且似乎对普通刺激无反应的神经元组成.

地球上的动物生命可以追溯到数百万年前，但大多数物种仅使用其大脑能力的3-5％.

-2014年电影 Lucy

中的诺曼(Morgan Freeman)教授

电影 Lucy 以提倡人类只使用大脑组织的一小部分这一观点而闻名(或声名狼藉).通过各种科幻发明，由斯嘉丽·约翰逊(Scarlett Johansson)扮演的这部电影的同名主角能够从根本上将其大脑使用率从声称的低于10％的最高值提高到最终达到100％的水平.

被称为“大脑神话的10％"的历史悠久.导演露西·贝森(Luc Besson)随意宣布自己的电影是一部奇幻小说，完全没有科学依据.

这部电影肯定是有自己的道理的，那就是将活动扩展到自然水平之外，更不用说经历100％的大脑了，同时也带来了严重的不利影响，包括它描绘的约翰逊性格越来越残酷的行为.就像我们将看到的那样，有充分的神经科学理由坚持我们的自然活动分配，并且有可能减少目标.

然而，许多严肃的作家已经将这部电影作为衬托来揭穿10％的神话.他们解释说，不，事实上，我们几乎使用了整个大脑，而且我们一直都在使用. 《科学美国人》 引用了约翰·霍普金斯医学院的一位著名神经病学家的话:

“我们几乎使用了大脑的每个部分……(大部分)大脑几乎一直处于活动状态."

现实是，这种说法也不准确:我将其称为100％神话.实际上，百分之十的数字对于理解大脑的工作原理和概念化大脑中活动的实际模式是有用的参考点.

现在，很可能随着时间的流逝，我们使用了超过10％的神经元.但是，总数可能远远不足100％.这里的“可能性"与以下事实有关:很难对清醒的动物的许多神经元进行高分辨率的活动度测量.即使是像老鼠这样的非人类动物也很难记录，而在人类中，精确记录几乎是不可能的.

直到最近，只能一次精确地测量少数几个，几十个或几百个或数千个神经元.但是，神经科学家正在取得重大进展.

在2020年，由艾伦脑科学研究所的Saskia de Vries领导的一个大型研究小组发表了一篇惊人的论文，对小鼠大脑中的大规模神经活动模式进行了精确估计.他们测量了涉及视觉的大脑皮质多个区域的活动，并能够记录惊人的60,000个神经元的详细活动.根据他们的记录，这些动物能够在转盘上自由奔跑.向动物展示了各种自然图像和电影，为小鼠提供了正常，活跃的生命.

值得对本研究方法进行更多的详细介绍，因为它们有助于阐明支持100％神话的误导性论点.

您可能会认为，在拥有数亿或数十亿个神经元的大脑中，60,000仍然不是一个巨大的样本.在小鼠中，它占大脑的比例不到0.1％，而且小鼠显然比我们小得多，也没有我们那么复杂.

为什么不使用脑成像呢?这为我们提供了整个大脑“发光"的诱人的彩色图像，并且可以在人类中完成.

问题在于像fMRI这样的大脑成像技术缺乏必要的精度.他们总结了在大量神经元和较长时间段内的活动.

在典型的功能磁共振成像实验中，描述“活动"的每个数据点对应于一侧约1毫米的立方体中的神经反应.构成大脑的数千个立方体中的每个立方体都包含数十万或数百万个神经元.这些神经元的发射在每个立方体中一起模糊，并且通常通过组合包含解剖脑区域(例如杏仁核)的立方体而进一步模糊.

在大约一秒钟的时间内，还会汇总加标.这看起来似乎很短，但是神经元的动作要快得多:毫秒级.这意味着它们可以以几乎无穷无尽的各种模式发射数百次，而所有这些细节对于大脑扫描仪都是不可见的.

然而，通常将影像数据作为100％神话的证据:“看！"有人争辩说:“几乎每个小立方体都在活动，整个大脑都在发光！"在这里，我们有一个有争议的论点.

现实情况是，给定体素“发光"时，其活动性变化非常小:它对应的成像信号变化最多仅为百分之几. “点亮"可能是由于给定体素内相对少数的神经元高度活跃.在给定的时刻，这种情况可能会使许多神经元(即使不是大多数)保持静止，因此导致的活动远远少于100％.您也无法确定是否存在一些永不触发的神经元.

在de Vries小组获得的更精细的分辨率下，他们使用了需要通过外科手术暴露脑组织的先进侵入式成像技术，我们可以看到真正的情况.他们发现视觉脑中几乎有四分之一(占23％)的神经元对任何视觉刺激都没有反应.刺激内容包括来自世界各地的自然场景以及自然电影，包括1958年奥森·威尔斯经典作品邪恶之触的片段.他们还尝试了各种各样的交替斑点和条纹的人造图像. 23％的人都无济于事-这些神经元偶尔会突然出现一次尖峰，但没有任何系统的方式.他们不在乎运动，亮度，对比度或其他任何东西.如果我们23％的视觉神经元没有可识别的目的，我们真的可以说我们在“使用"它们吗?

这些安静的神经元可能会对未显示的某些特殊图片或电影做出反应.尽管名义上是“视觉"神经元，但某些神经元可能会对其他类型的刺激做出反应，例如强烈的鼠标相关气味或响亮的声音.但据我们所知，在这个关键的大脑系统中，几乎有四分之一的神经元几乎没有做任何事情.

这种模式绝不限于视觉大脑.一项较小但仍令人印象深刻的研究记录了大脑皮层中负责大鼠听力的神经元.研究发现，只有约10％的神经元对声音刺激做出反应.同样，其他神经元可能会对未出现的奇怪声音做出反应，或者对落在眼睛上，触摸到皮肤或其他物体上的光线产生反应.

但是无反应的神经元的数量表明，相当一部分神经元大部分是安静的.神经科学家对此问题已经了解了很长时间，但是直到最近，标准的做法是不仔细检查记录研究，或者在许多情况下，在记录研究中不提及“无反应的"神经元.

其他人对安静或沉默神经元的数量做出了很高的估计.神经生物学家Saak Ovsepian使用以前的报告估计，被称为“神经暗物质"的比例可能高达60％至90％.此估算的高端与 Lucy 中探索的10％的概念非常吻合.

为什么大脑会有那么多无用的神经元?这不是浪费吗?进化生物学家已经为达尔文式的神经暗物质现象设计了一种解释.这个想法是，在世代相传的过程中，永不响应的神经元不再受到选择性作用力的影响，否则选择性作用力会惩罚多余神经元的拥有者.按照这种逻辑，无法处理黑暗的神经元.如果大脑受损，则可能需要黑暗的神经元.随着物种进入新的栖息地或面临新的挑战，它们也可能在进化过程中派上用场.

值得强调的是，即使对暗物质的量进行非常高的估计，也不能假设安静的神经元会聚在一起，从而代表脑海中大量的 terra incognita .相反，它们散布在整个大脑皮层和大脑其他部位的“明亮"或响亮的神经元.

无论它们如何分布，我们大脑中肯定存在着比暗物质还多的残渣.我认为，考虑到建立和运行大脑(尤其是我们的大脑之一)的新陈代谢成本，我们的大脑不可能存在，因为一半以上的神经元永远不会活动.毕竟，de Vries研究表明，他们测量的77％的视觉神经元正在做某些似乎有用的事情.

但是，这些神经元一直没有反应，甚至几乎没有一直反应.相反，他们的回答是稀疏.在这篇文章的第2部分中，我将考虑稀疏的概念，以及它对我们使用多少大脑的问题的含义.我还将通过设想我们的大脑以与互联网类似的方式运行来说明如何解决这个问题.

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