E.J. Chichilnisky: 大脑如何运作、治愈失明与如何规划职业道路 | E.J. 奇奇尼斯基博士

安德鲁·休伯曼介绍 E.J. 奇奇尼斯基博士：他是斯坦福大学神经外科、眼科和神经科学教授，其工作融合了两个目标。第一个是理解视觉感知是如何发生的。第二个是利用这种理解来设计神经假体，休伯曼称之为“名副其实的机器人眼睛，能让盲人重见光明”。休伯曼说，这次对话还将涉及一些设备，它们或许能让人脑感知典型大脑无法感知的事物，并增强记忆和认知。他将此描述为神经科学的发展方向。他把这些都定位为对话将会谈到的话题，而非本节所描述的成果。

开场介绍还预告了第二个主题：如何选择职业与人生道路。休伯曼说，奇奇尼斯基走的并不是一条直线。他先后辗转于三个不同的研究生项目，还休学数年去跳舞。休伯曼说，这段迂回的经历帮助奇奇尼斯基决定了要在神经科学和医学中研究哪些问题。休伯曼还补充说，这档播客与他在斯坦福的教学和研究职务无关。

休伯曼提到两人是多年的老朋友。他用宇航员的形象来描述奇奇尼斯基的工作：一个前往“别人从未愿意去过的地方”、并为此打造新技术的人。随后他请奇奇尼斯基简要讲讲大脑是如何运作的，作为与听众的共同基础。

我没有一个一到五分钟版本的“大脑如何运作”，但我可以告诉你，我认为视觉是如何在大脑中启动的。

奇奇尼斯基没有按原问题作答，而是缩小了问题范围。视觉始于视网膜，即位于眼球后部的一层神经组织。视网膜捕获进入眼睛的光，将其转化为电信号，对这些信号进行处理和转换，再把结果发送给大脑。他说，大脑随后“以某种方式”将这些活动模式组合成视觉体验。这种体验包括对逼近物体作出反应、调控睡眠和行为的昼夜节律、识别猎物、躲避捕食者以及欣赏美。他坦率说明了当前知识的局限：他很想理解这种组合是如何实现的，但“目前，我并不理解”。他的实验室的目标是全面理解视觉如何在视网膜中开始，以及如何为失明者恢复视力。

休伯曼提出了质疑。他同意视觉感知在很大程度上影响生活质量。但他问，为什么有人要研究眼球后部的一薄层神经元，而不是视觉皮层或视觉丘脑等大脑中枢。

奇奇尼斯基认可这一质疑背后的前提。仅仅理解视网膜并不能解释视觉，没有视觉皮层和丘脑，人是看不见的。但没有视网膜，人“连看见的机会都没有”。他选择视网膜的理由是，它可以被理解得足够透彻，以至于能够重建。他认为，在他有生之年，有可能把神经系统的这一部分理解得足够好，从而构建它、替换它并恢复其功能。他认为，对于大脑的中枢区域，这一目标“更遥远”，也“困难得多”。

我的满足感来自于把某样东西理解得非常透彻，以至于我能用数学公式写出它在做什么

他为“理解”设定了很高的标准：对环路的数学描述、“反复全面”检验的假设，以及在环路功能丧失时能够替代其功能的工程设备。他并不否定其他研究路径。他说，在视觉皮层、丘脑和其他区域开展的更具探索性的工作发挥着“非常根本的作用”，因为除非这些区域把视网膜信号整合起来去支配感知和行为，否则这些信号就毫无去处。

休伯曼把视网膜描述为排列在眼球后部的三层细胞，“就像馅饼皮一样”。晶状体将进入的光聚焦到视网膜上，当晶状体做不到时，隐形眼镜或框架眼镜可以帮忙。他提出，视网膜可能是大脑中被理解得最透彻的部分，这在一定程度上得益于奇奇尼斯基的工作。奇奇尼斯基回答说，这是“一个站得住脚的论点”。

第一层：光感受器。这些是高度特化的细胞，“基本上在大脑其他任何地方都不存在”。它们将光能转化为电信号。奇奇尼斯基称之为“像素探测器”，因为每个光感受器捕获来自特定位置的光。它们需要大量维护，并且“相对容易死亡”，他说这正是某些失明类型的成因。 第二层：处理层。它接收来自光感受器的输入，并在神经元之间对信号进行调整、改变、混合、匹配和比较。它由“几十种不同的细胞类型”组成，从基本像素中提取特征。他说这些是复杂的运算，“我们仍在努力理解”。 第三层：视网膜神经节细胞。它们是把视网膜信号发送给大脑的“信使”。人类大约有 20 种。每种类型挑选出不同的特征，把“有意思的东西”发送给大脑，并尽量舍弃无趣的内容。

你可以大致把视网膜中的每一种细胞类型看作 Photoshop 滤镜。

这个类比的关键在于覆盖范围。大约 20 种神经节细胞类型中的每一种都表征完整的场景，即整个视觉世界，但每一种从中挑选出不同的特征。

休伯曼请他举例时，奇奇尼斯基列举了几个。有些细胞传递精细的空间细节，“几乎是极小的光点”。有些传递运动信息。有些携带光感受器捕获的不同波长的信息，由此产生颜色感觉。他补充了一个限定：这 20 种类型编码的“可能还有更多东西”，“是我们尚未完全理解的”。

从视网膜出来并发送给大脑的不是一幅图像。不是。而是 20 幅不同的图像

在他的描述中，一幅图像突出边缘，另一幅突出颜色，还有一幅编码运动。这些信息流被送往大脑中许多不同的目标区域。随后大脑产生一个统一连贯的视觉世界感受，奇奇尼斯基称之为“我们真的不理解的非凡特性”。因此，对视网膜的描述虽然详尽，但将这些信号组合成体验的那一步仍未得到解释。

对于不用 Photoshop 的听众，休伯曼给出了另一个比喻：并行播放的电影。一部显示物体和人的轮廓，一部显示移动的色块，一部只显示颜色。大脑将它们组合起来，让我们能够识别面孔、汽车和物体。奇奇尼斯基认可这一说法：“我正是这样看待它的。”

奇奇尼斯基把视网膜视为所有感觉系统如何运作的一个范例，“我们认为”是这样。首先由一种特化的细胞类型从世界中提取物理特征，然后神经环路以不同方式利用这些信息。在听觉中，特化细胞将声能转导为神经信号，后续阶段再提取特征。休伯曼提出了频率和方向，奇奇尼斯基补充了运动和响度。

接着他阐述了一种更宏观的大脑观，并将其表述为一种哲学取向：存在感官世界，也存在我们采取的行动，“除了这两样东西，我们真正知道的几乎没有别的了”。按照这种观点，大脑的工作就是接收感觉输入，并最终将其转化为行动。

这也解释了他为何专注于人类视觉。许多研究者研究啮齿动物，他称之为有趣的动物。但啮齿动物在很大程度上靠嗅觉识别物体，靠胡须导航。人类两者都不靠。他走进房间时，休伯曼是靠视觉而非嗅觉认出他的。由于人类如此依赖视觉，他称视觉是“我们作为生物的一个非常根本的方面”。

休伯曼提到其他物种，以说明人类视网膜并不能完整呈现外界存在的一切。他举的例子包括螳螂虾：他以一句保留性的“我不知道”表示，据他理解，螳螂虾能看到“每种颜色的 60 到 100 种不同变化”，而这些是人类无法分辨的；还有颊窝毒蛇，它们用眼睛和其他器官感知热辐射。他的观点是，光中的许多信息未被看见，因为人类视网膜无法将其转化为电信号。

但事实上，我们掌握的颜色信息非常少。