如果我不知道Sebastian Seung是一位神经科学家，我可能会以为他是一位电脑游戏设计师。他乌黑的头发似乎被一阵狂风定格。他穿着黑色运动鞋、牛仔裤，以及一件露在衬衫外面的磨损的飞行员夹克，衬衫上印着荧光色的斑点。如果有人蒙上我的眼睛，带我在马萨诸塞州剑桥市的Vassar街，走进麻省理工学院的46号楼，经过写着“大脑与认知科学系”的牌子，乘坐电梯到五楼，然后在Seung的实验室里摘下眼罩，我仍然不会认为他与大脑有关。书架上没有漂浮在罐子里的标本。也没有电极插入海蛞蝓的头部。取而代之的是，我看到十几个年轻人盯着显示器，有的摆弄着电脑鼠标，有的用数字画笔在数字平板上绘制，以操控三维图像，每张图像包含的兆字节比蓝光光盘上的高清电影还要多。
Seung本人也在凝视着他的博士后研究员Daniel Berger的肩膀，Berger的显示器看起来像一片科幻森林，树枝和树干呈现出绿松石色和樱桃色，毫无根基地漂浮在太空中。我几乎开始想知道Seung的下一款游戏什么时候会上市。
但尽管外表如此，Seung却是构成大脑的神经元网络的专家。他正在创建的图像是这项宏伟尝试的一部分，旨在理解大脑细胞之间的连接如何产生心智。“你如何将愚蠢的细胞组合起来，创造出聪明的东西？”他问道。
神经科学家知道大脑含有大约1000亿个神经元，并且这些神经元通过估计的四千万亿个连接连接在一起。正是通过这些连接，大脑才完成了学习和储存记忆的非凡工作。然而，科学家们从未绘制出这个被称为连接组的完整神经元网络。这就好像医生们知道我们身体的每一块骨头，但从未见过完整的骨骼。连接组的巨大复杂性使得这样的地图直到现在才变得触手可及。
Berger桌面上的奇异森林是这幅图景中微小但至关重要的一个部分。它只有三个神经元大小——“比人类头发的宽度还要小一千倍，”Seung说——但它展示了它们连接的每一个细节，直到最小的凸起和尖刺。Seung和他的团队利用最新的电子显微镜和计算机控制成像技术，正在制造一些有史以来最详细的皮层灰质三维重建。
Seung相信，在本世纪末，他的后继者将绘制出整个人类大脑的连接组。“我们的后代将把这些成就视为一场科学革命，”他在他的新书《Connectome: How the Brain’s Wiring Makes Us Who We Are》（大脑连接组：大脑的连接方式塑造了我们）中写道。他认为，随着科学家们获得以其全部复杂性来观察大脑的能力，他们将最终能够回答关于心智的一些最基本的问题。
这项突破的到来历经漫长。最早准确的人类大脑图像可以追溯到17世纪60年代，当时英国医生Thomas Willis发表了他助手、医学插画师Christopher Wren创作的解剖学图像。这些图像帮助打破了古老的观念，即动物精神通过大脑内部的空腔进行泵送。然而，Willis那个时代的显微镜非常粗糙，他无法分辨大脑细胞的精细结构。直到19世纪末，Camillo Golgi才发明了能够显示单个神经元细节的染色剂。西班牙科学家Santiago Ramón y Cajal随后使用Golgi染色剂证明了大脑是一个分支细胞的密集网络，并推测电信号会从一个神经元跳到另一个神经元。
Ramón y Cajal充分利用了他那个时代的科技，但他无法看到神经元之间的实际接触点——后来被称为突触。后来的科学家们不得不通过实验推断突触的位置。正是从这些实验中，产生了关于心智的现代理论。在20世纪中期，神经科学家们提出，学习会导致大脑结构的物理重组：一些神经元之间会形成新的突触，而现有的突触会变得更强或消失。1949年，加拿大神经科学家Donald Hebb提出，学习会导致一组神经元之间形成紧密的连接。他认为，这些所谓的细胞集合就是储存记忆的东西。
对Seung来说，大脑产生记忆和其他心智特征的能力一直是一个无法抗拒的谜团。正是这个谜团促使他放弃了初露头角的物理学家的职业生涯，转而构建基于Hebb概念的大脑类计算机模型。他的计算机模型能够学习，所以Seung想知道是否有办法将这些模型与实际的连接组进行比对，看看Hebb的假设是否正确。
只有一个问题：没有人知道连接组是什么样子的。核磁共振成像（MRI）可以扫描整个大脑，但其分辨率最高只能达到几立方毫米，远远不够精细。其他方法，如染色，允许科学家一次观察一个神经元，但无法追踪它们之间的更广泛的联系。Seung需要一种方法来观察给定脑组织中的每一个神经元。
他通过与知道如何对大脑进行超薄切片的科学家合作找到了方法。Jeff Lichtman，哈佛大学的一位神经科学家，制造了一种名为超薄切片机的设备，该设备使用钻石刀逐层切削脑组织。然后，超薄切片机将每一片切片固定在一条传送带上，传送带会被送入显微镜。显微镜会拍摄一张高分辨率的图像，Lichtman和他的同事们会将这张图像发送给Seung的实验室。
每一张图像的尺寸只有几百分之一英寸，但其中充满了神经元的横截面。将数十万层叠放在一起，就可以创建一个大脑片段的三维模型。为了生成最终模型，Berger和其他人逐一检查每一张图像，用自己特定的颜色为每个神经元着色。完成后，将一层与下一层对齐，相同的神经元保持相同的颜色。
这些图像包含的细节远超以往的任何发现。但仅凭绘制几个神经元，Seung无法获得足够的数据来回答关于大脑的真正宏大的问题。“我们需要突破一个关键的尺度，这样才有价值，”他说。Seung推测，这个尺度大约是1立方毫米：一小撮脑组织，刚好可以放在这句话句末的那个句点上。10万个神经元可以容纳在这个体积内，彼此之间形成大约10亿个连接。绘制1立方毫米脑组织内的连接组，将为Seung提供足够的数据，以便对神经元如何连接进行统计学上显著的观察。
如果记忆确实像Hebb所说的那样编码在细胞集合中，Seung应该能够观察到这些集合（pdf）。他将能够看到大脑细胞中的记忆。
像Berger那样手工绘制神经元太耗时了，所以Seung通过编写计算机程序来扫描大脑切片并自动识别其中的神经元（pdf），从而加速了绘图过程。计算机也会犯很多错误，但当人们查看模型时，这些错误会显现出来。Seung和他的同事们已经从画家变成了校对员。
人与计算机的合作加速了这一过程。现在，绘制一个神经元只需要几天时间，而不是几周。如果Seung能找到进一步加速的方法，他可能在几年内就能达到他设定的10万神经元的里程碑。
他建议，神经外科医生可以轻松地在人体手术中留下一小块组织。然后Seung就可以查看健康人群和患有自闭症、精神分裂症及其他疾病的人的大脑连接模式是否存在差异。这些连接障碍，或称布线缺陷，可能导致大脑在处理信息时出现功能障碍，将信号在神经元之间传递。
Seung预计，在未来几十年里，当科学家们将规模扩大到整个人类大脑时，他们将最终能够深入研究心智的运作机制，并解决目前更属于哲学范畴的问题。“你真的是你的连接组吗？”Seung问道。找到答案的一种方法是在计算机上模拟一个人的大脑。如果模拟足够详细，它可能就能像原始大脑一样运作。它会包含存储在细胞集合中的相同记忆吗？你能将自己上传到计算机来逃避死亡吗？
Seung认为这些问题是可以检验的，但他并不沉溺其中。相反，他专注于他的毫米级地图里程碑。要达到这个目标，他需要更大、更快的计算机。切削1立方毫米的脑组织将产生1 PB（拍字节）的数据。这是10的15次方字节——足够存储超过50年的高清电影。如果计算机内存成本继续下降，Seung应该能在几年内存储如此庞大的数据。
但仅靠更好的技术并不能让Seung完成他的连接组。“挑战在于分析它们，”他说。为此，他需要更多的“人眼”。越多的人能够校对他的连接组，他的地图就会生长得越快。因此，他和他的同事们建立了一个网站，公众可以在上面贡献力量。
“我们试图游戏化，”Seung说。他最终可能会成为一名电脑游戏设计师。
