CH14 the Salk institute

注：本笔记部分来自CH14，部分来自克里克的一篇讣告Francis Crick’s Legacy for Neuroscience: Between the α and the Ω。

主要人物

• Francis Crick: 1916年出生，英国物理学家、生物学家。
• Jonas Salk: 1914年出生，美国生物学家、医学家，脊髓灰质炎（会导致小儿麻痹症）疫苗的发明者。
• David Marr: 1945年出生，英国理论神经科学家，计算机视觉之父。
• Tomaso Paggio: 1947年出生，意大利理论神经科学家，David Marr的学生。
• Christof Koch: 1956年出生，美国理论神经科学家，Tomaso Paggio的学生，李飞飞的老师。

搬迁

Your joys and your sorrows, your memories and your ambitions, your sense of personal identity and free will, are in fact no more than the behavior of a vast assembly of nerve cells…
—Crick (1994, The astonishing hypothesis: The scientific search for the soul.)

正如上一段话所展示的，克里克本人认为，意识只不过是一大堆神经元的活动。换句话说，完全客观，没有主观。当然，并不是所有科学家都认可这一点。

1976年，克里克和奥黛尔来到了加州的索尔克研究所。

索尔克是一位杰出的、功德无量的生物学家，他研究了许多疫苗，包括乙肝疫苗。乙肝疫苗后来被默沙东公司几乎是送给了中国。我感谢默沙东、也感谢索尔克。索尔克在美国人中家喻户晓、大名鼎鼎，但他却从未拿过诺贝尔奖，很多人为他鸣不平。

索尔克研究所离著名的UCSD（加州大学圣地亚哥分校）很近，两者之间关系也异常紧密，索尔克研究所的教授通常在UCSD也有职位。克里克来到后不久，UCSD心理学系把他任命为adjunct professor，虽然克里克对于心理学知之甚少。

认知神经科学

在加州，克里克听说一个新学派自称认知神经科学。认知神经科学家的操作通常如下：

• 孤立某种心理学过程
• 对上述过程进行理论建模
• 用计算机模拟去验证这个模型

只要计算机模拟的结果和实验结果有一些类似，它就被认为是一个有效的模型。（PS：据我所知，有关工作记忆的文章和克里克的说法非常类似）。克里克指出，很难相信认知神经科学家的模型是对的，因为他们把大脑视为黑盒子，完全不顾大脑内部是不是真的按照自己的模型工作。

克里克表示：

哲学上，这种观点类似功能主义（functionalist），即认为整体是重要的，而不去管系统的每个部分执行了什么功能。

把大脑看成黑盒子的观点在心理学家、认知神经科学家中非常流行，很多人甚至认为研究大脑不可能对心理学有任何帮助。

当你问他们他们为什么这么想时，他们通常会说，大脑太复杂了。我的回答是，如果大脑这么复杂，你把它看成黑盒子，只看输入和输出，忽略其中的过程，怎么可能探究清楚心理学？怎么可能探究清楚认知（把认知定义为人获取知识的过程）？怎么可能探究清楚意识？

我听到的唯一合理的回答是，在更高的层次上研究（神经环路、神经网络），比在神经元层次上研究更有可能发现一些新东西；仅仅只研究神经元，不可能搞清楚心理学、认知、意识。我同意这种说法，但我不认为我们应该把神经元完全忽略，把大脑看成黑盒子。既然我们可以从多层次分析，那么我们就不要自断一臂。我们需要这样一种工具，能让我们一边精准地扰动系统的某个组成部件，一边精准地观察系统的表现，就像在分子生物学中那样。

我的哲学观点和功能主义完全相反。我认为，结构决定功能。想研究清楚一个系统的功能，我们必须研究这个系统的每个部分执行了什么功能。

Mendel, Morgan ,Fisher的经典遗传学，就是黑盒子。这期间也取得了不少成果，就像现在的认知神经科学一样。但是只有当经典遗传学和生物化学结合在一起，只有当我们去研究基因的实体、基因的结构，我们才取得了突破性的进展。

我很希望认知神经科学和理论神经科学（1988年的理论神经科学既包括Marr等人的工作，也包括Hinton等人的人工神经网络）能像经典遗传学和生物化学一样合流。

我同意More is different。当研究一个复杂的系统时，一个人不可能做出有价值的工作，如果他不站在更高的层次上。但是，我们也需要来自低层次的信息。

语言学

对于语言学，克里克认为

现代语言学是认知神经科学的一个分支。

之前的学者已经发现，猴子的视觉和人的视觉差别不大。但是猴子的语言和人的语言就……

研究视觉，猴子是很好的模式生物，但研究语言，没有任何模式生物，因为只有人类有如此复杂的语言。

现代语言学看似蓬勃发展，实则迟早碰壁。因为我们有充足的理由认为语言和视觉一样复杂，但我们没有模式生物。如果大脑一直是黑盒子，我们不可能研究清楚语言。

语言学家，通常认为我的看法不可接受。

理论神经科学

对于理论神经科学（再次强调，克里克笔下的理论神经科学包括现在的理论神经科学、计算神经科学、人工神经网络），克里克当然也积极参与。

1979年4月，David Marr和Tomasio Poggio来到索尔克研究所，我们一起讨论视觉系统。

1988年，理论神经科学已经有了许多不同的流派，不同流派之间互相都不引用其它派的工作。

很多理论工作，都把神经元建模成unit(节点)，节点组成复杂的图（也称为人工神经网络）。这样的图可以发挥某些功能，这些功能和心理学、认知神经科学有那么一丢丢的联系。比如说，很多人工神经网络可以学会算法。

1986年，一本著名的书出版了，Parallel Distributed Processing。这本书是人工神经网络的经典教材之一。这本书属于San Diego学派，理论神经科学的流派之一。这本书对于心理学、人工智能影响极大。

但是，这些unit显然和生物学并不相容：一个unit经常可以激活它的一部分下游神经元同时抑制另一部分下游神经元，然而，在大脑中，这种情况很少发生，至少在neocortex中很少发生。

Parallel Distributed Processing提出的back propagation算法是目前最强大的算法，但是它在神经生物学上几乎不可能实现。当然，它可以用在下一代高并行计算机上，只要能在硅片上做一些手脚。

意识

克里克决定自己的long-term interest是意识。但他也知道直接从意识入手太傻了。我自己有意识，我有充分的理由认为你也有意识，但是果蝇、线虫有没有意识就是一个open question。

克里克的第一个难题是选择研究哪种生物。他的好基友Sydney Brenner和Seymour Benzer分别选择了C.elegans和Drosophila，继续做分子生物学。克里克认为，哺乳动物、特别是灵长类，更贴合他的长期目标。

克里克的第二个难题是选择研究脑的哪个方面。克里克选了视觉系统，一是因为在各种感觉里人、猴子最依靠视觉，二是因为在各种感觉里视觉被研究的相对最透彻。

克里克悲伤地发现，心理学家、认识神经科学家、理论神经科学家都认为解决意识问题毫无希望。他们大多觉得研究意识是在浪费时间。

（我个人认为，神经疾病和精神疾病的患者，可能对研究意识很有帮助）

（我本科学物理。在物理中，物理学界通常很喜欢研究最理想、最特殊、最极端的情况。在特殊、极端情况下，我们才能发现普通情况下发现不了的东西。普通情况下我们通常啥规律也发现不了。神经疾病和精神疾病患者，就是特殊情况。阿兹海默症患者会渐渐丧失记忆，帕金森症患者会渐渐丧失认知能力，这两点都可以被理解为渐渐丧失意识，也许这两种患者会有助于我们研究意识）

Marr, Poggio, Koch

David Marr，计算机视觉之父，在剑桥大学获得博士学位，在此期间他结识了卡文迪许实验室的Brenner和Crick。随后，他来到了MIT当教授。

Tomasio Poggio，Marr的学生之一，在Max Plank Institute工作。

1979年4月，克里克邀请Marr和Poggio到索尔克研究所讨论视觉。三人经常在咖啡厅或者克里克的办公室聊上n个小时，俯视着风光旖旎的太平洋东海岸。三人不仅讨论视觉，也讨论整个大脑的功能。

Marr写过一本著名教科书，Vision。其中，Marr用对话的方式撰写它的最后一章。书中没有写对话者是谁，但是据讣告的作者所写，对话者就是弗朗西斯·克里克。

1978年冬天，Marr已经被诊断出白血病。1980年，Marr逝世，年仅35岁。他是克里克见证的第二位英年早逝的科学家，上一位是37岁去世的Rosalind Franklin。

在索尔克研究所，克里克的门永远敞开，研究生、博士后、特任教授、教授都可去找他讨论问题。Christof Koch就是其中一员。Koch是Poggio的博士后，他和克里克都对意识感兴趣。两人一起撰写过许多篇文章。

顺便一提，计算神经科学界存在一条著名的师承关系：David Marr->Tomasio Poggio->Christof Koch->李飞飞。

分子生物学和神经生物学

克里克十分希望把分子生物学的工具用到神经生物学中。

1999年，克里克召集一群科学家开会，包括Tom Albright, Ursula Bellugi, Ed Callaway, Rusty Gage, Steve Heinemann, Terry Sejnowski, Chuck Stevens, and Inder Verma。老克把他们聚到一个房间里，然后说：It was time to get serious.

2000年之后，新的工具快速地涌现，至少部分来自克里克的贡献以及他对初级学者的支持。

克里克指出，我们必须一边精准地扰动系统的某个组成部件，一边精准地观察系统的表现。

克里克逝世后一年，光遗传学诞生，部分实现了他的愿望。

曲终

2001年，克里克被诊断出大肠癌，他知道自己已经时日无多，恐怕没有时间研究清楚意识了。2003年，他和Koch一起写了一篇文章，A framework for consciousness.

在克里克生命的最后几周，他转去研究claustrum，研究它的起源，它的分子生物学，它的神经生物学，它对意识的影响。奥黛尔一直陪伴在他的身边，他们已经在一起55年。

我想用讣告中的话结束这篇文章，结束这整个笔记：

Francis had existed between the $\alpha$ of DNA and the $\Omega$ of consciousness, and for a man who never believed in the afterlife, he had indeed achieved immortality.