神经元：大自然的计算机器

神经元及其工作原理

我们之前提到，动物大脑令科学家感到困惑，因为即使是鸽子这样较小的大脑，其能力也远远超过那些拥有大量电子计算元件、大容量存储空间且运行频率远高于柔软潮湿的天然大脑的数字计算机。

正因如此，科学家开始关注这两种“大脑”在结构上的差异。传统计算机以顺序方式处理数据，且运算过程非常精确、具体，不存在模糊性或不确定性。而动物大脑虽然看似以慢得多的节奏运行，却似乎能够并行处理信号，且模糊性正是其计算的一个特征。让我们来看看生物大脑的基本单位——神经元。

神经元尽管有多种形态，但都具有从一端向另一端传递电信号的功能——即从树突经由轴突传至终端。这些信号随后在神经元之间逐个传递。我们的身体正是通过这种方式感知光、声音、触觉、热量等刺激。来自特化的感觉神经元的信号沿着神经系统传送到大脑，而大脑本身主要也是由神经元构成的。

下图是1889年一位西班牙神经科学家绘制的鸽子大脑中的神经元示意图。我们可以清楚地看到关键部分——树突和终端。

神经元与计算机的对比

要完成有趣且更复杂的任务，我们需要多少神经元呢？

非常强大的人类大脑大约有1000亿个神经元！果蝇约有10万个神经元，却能完成飞行、觅食、躲避危险、寻找食物等多种相对复杂的行为。这个数量级（10万个神经元）完全在现代计算机可模拟的范围内。一种名为线虫的蠕虫仅有302个神经元，与当今数字计算机的资源相比几乎可以忽略不计。然而，这种蠕虫却能完成一些相当有用的任务，而这些任务即便是规模大得多的传统计算机程序也难以实现。

那么，其中的奥秘是什么？为什么生物大脑如此强大，尽管它们运行速度更慢，计算单元数量也远少于现代计算机？大脑运作机制和意识的本质至今仍是未解之谜，但我们对神经元已有足够了解，足以启发人们探索不同的计算方式，也就是解决复杂问题的新途径。