作者：刘锋
出版社：清华大学出版社
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互联网进化论试读：
前言
从没有一种技术像互联网一样对人类产生如此深远的影响。互联网究竟是什么？不同领域的人都在思考这个问题。美国著名科幻小说家戴维·杰勒恩特说：“互联网的终极形态是‘镜像世界’——物理世界的虚拟映射，就像一个小镇倒映在平静的湖面上，但对不同的观者，它夹杂了每个人不同的生命体验，倒影中包含了你我在真实生活中的感受。”《失控》的作者，连线杂志主编凯文·凯利认为：“互联网是一台复印机，它将我们的一切行为、一切特征、一切想法拷贝成为了复制品，并将这些信息从互联网中的一个角落传输到另一个角落。”
易观国际CEO于扬在接受比特网采访时谈到“互联网正在成为一个黑洞，它在吸收IT、电信等很多传统上认为不可能跟互联网产生关系的产业价值，还把相关的产业和公司卷入互联网整个大格局中”。
互联网进化论的研究，让我们给出了这样的答案：“互联网的未来就是一个完整的人类大脑，它将具备自己的视觉、听觉、触觉、运动神经系统，也会拥有自己的记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统。另外，人脑至少在数万年以前就已经进化出所有的互联网功能，不断发展的互联网将帮助神经学科学家揭开大脑的秘密。”
达尔文进化论动摇了神学的土壤和基础，但互联网的进化却可能引发神秘但有趣的问题——互联网和人脑为什么向同一方向进化？互联网的未来结构是人类的大脑结构，互联网的每一个创新：Google、Facebook、IPv4都是对数万年前已经存在人脑功能的模仿。这个问题会被神学或宗教利用吗？从科学的角度看，如果这个假说被证实的话，那它背后一定隐藏了未知的科学因素。
互联网进化论的写作是一个艰难的过程，从2007年开始准备撰写这本书时，时间已经过去5年，书的目录和结构不断发生巨大的改变，主要是因为我们的思考也在不断深入中。
本书的完成，首先要感谢我的妻子崔燕燕，从5年前开始，她在繁忙的工作之余帮助我整理材料，绘制示意图，让本书的书稿最终得以成型。
感谢中国科学院的石勇教授、吕本富教授，他们提供了丰富的参考资料，让我们得以对互联网有全面的了解；他们严格的学术指导，让我们的研究成果得以发表在学术期刊中，接受更为广泛的同行的评议。
感谢我的朋友和兄长喻红军先生、凌代鸿先生，正是他们无私的资助，让我们在实践中理解互联网的商业模式和技术动态。
还有很多人，包括媒体的记者、网站的编辑以及素不相识的网友，给我们的启发、建议和帮助，在这里向你们表示真心的感谢。作者2012年4月第1章 关于互联网未来的三个疑问1.1 互联网繁荣背后的待解之谜
Internet的前身是美国国防部20世纪60年代末期组建的网络系统ARPAnet,ARPAnet最初只有4个节点。1983年，ARPAnet分裂成为公用性的ARPAnet和纯军用性的MILNET两个网络，这两个网络虽然在应用上有所分离，但物理结构上依然相互连接，一般称之为DARPAInternet，简称Internet。后来美国国家科学基金会（NSF）和非盈利性的公司（ANS）介入Internet的开发，使Internet得到迅速发展；之后，欧洲及加拿大、日本等国家也将各自的计算机网网络接入了Internet，到今天，它已扩展到七大洲几乎所有国家，基本覆盖了地球的各个地方。
互联网的出现实现了计算机的互连和资源的共享，使人类真正进入信息共享的社会，它对人类社会组织和生活的改变是革命性的，像是一个黑洞，把科技、军事、文化、娱乐、商业各个领域都席卷进来。联合国电信机构负责人哈马德·图埃发表声明称，截止2011年，全球互联网使用人数已突破20亿人，占世界总人口的三分之一。中国互联网络信息中心2011年7月19日在京发布《第28次中国互联网络发展状况统计报告》，指出截至2011年6月，中国网民规模达到4.85亿人，较2010年年底增加2770万人；互联网普及率攀升至36.2%。
在过去的40多年里，互联网在技术上层出不穷，创新不断，推动着互联网向更快速、更智能、更便利的方向发展。20世纪70年代诞生的TCP/IP技术让全世界的计算机有了相互通信的基础。20世纪80年代末诞生了超文本技术，使得万维网（WWW）成为互联网内容共享的平台。20世纪90年代，搜索引擎技术出现，使得互联网信息被整体索引起来，方便人类对海量信息资料的查询。21世纪，随着3G技术、移动互联网、智能手机的普及，人类已经可以随时随地连接互联网，接受服务，分享信息。
与此同时，人类的日常生活也受到了互联网的广泛影响：电子商务改变了人类购物的习惯，足不出户即可购买商品；网络教育改变了人类学习的习惯，通过互联网也可以寻找到世界最著名的老师进行请教；新闻和视频网站改变了人类获取新闻的手段，人们不再把电视、报纸和广播作为信息获取的主要来源；SNS改变了人类社交的习惯，无论身在何处，我们都能与世界另一端的人们成为朋友；互动问答改变了人们寻求答案的习惯，不再仅仅局限在家人和朋友的小圈子里，有了问题，世界各地千百万人会同时为您提供帮助……
面对互联网的巨大冲击，无论在西方还是在中国，不同学科的人们都在对互联网进行思考，虽然方向不同，但目标都是要揭开互联网背后的秘密。Web 2.0试图解决互联网如何断代的问题，长尾理论解释为什么互联网上聚沙成塔获得丰厚利润的原因，维基经济学探讨了互联网上如何协同合作创造内容。免费经济学告诉我们为什么在互联网上，不向用户收费也能成为上市公司。
然而在高速发展的互联网和复杂的网络现象背后，依然存在三个重要问题始终等待人类去解决和回答：第一个问题是，互联网的发展有没有规律可循？第二个问题是，互联网最终的结局是怎样的？第三个问题是，互联网会导致怎样的科学革命？1.2 互联网发展中隐含的启示
2005年以来，我们就是沿着这三个问题开始了互联网进化的研究工作。2005年6月，我们决定在中国科学院研究生院建立一个网站，将科学院专家教授的知识智慧利用起来，为解决企业的科技难题提供帮助。
我们最初用一个开源的BBS程序去实现这个网站的功能。一个月后发现，BBS很可能是互联网诸多创新应用的源头，因为用一个BBS程序可以任意变形成新浪一样的新闻网站；变形成淘宝一样的电子商务网站；变形成博客中国一样的博客网站；变形成开心网一样的SNS网站；更可以变形成我们正在建设的科技问答网站。图1-1 BBS功能分裂图
查阅互联网的历史，我们得出了这样一个结论：从互联网早期BBS诞生以后，它的功能就在不断从母体分离出去，形成一个个看起来并不相关的互联网新商业模式（见图1-1）。如果研究新浪、淘宝、Facebook、百度知道的底层技术结构，会惊奇地发现，这些网站与BBS论坛并无太大区别。
2005年9月我们将其中的互动问答方向命名为威客（Witkey）模式，这是互联网进化论研究产生的第一个成果，它不是最重要的，但产生了巨大的影响。从2005年年底开始，国内外数千家媒体报道了威客的出现。经过7年的发展，这个模式已经成为一个拥有数百家网站、每年近10亿产值的互联网新行业。
之后我们又发现，从2006年开始，BBS分裂出来的功能如博客、威客与电子邮箱等应用结合起来，形成功能强大的“个人空间”，为用户提供更为强大的一站式服务。互联网用户之间也可以相互访问，留下访问记录。如果我们访问新浪、搜狐、雅虎的“个人空间”应用，会看到里面有博客、个人简介、文件上传、电子邮箱、在线问答（威客）等功能。
把“个人空间”的结构图绘制出来，可以发现它与人类大脑的神经元十分相似，“个人空间”对应了神经元的胞体；电子邮件和网络软件的远程数据线路对应了神经元的树突和轴突。把这些个人空间链接起来就会形成神经网络一样的组织结构，这也是后来出现的SNS基础（见图1-2）。图1-2 互联网类神经元结构
2007年4月，中国水利部信息化部门在科学院软件所召开信息化建设研讨会，在这次会议上，我们了解到中国水利部正在进行一项重大的传感器网络建设工程，即在江河流域安放传感器，获取水流和水深的变化；在土壤中安放传感器，获取酸碱度和压力的变化；在空气中安放传感器，获取风力和湿度的变化。获得的数据通过水利部的专用网络传输到北京的大型计算机进行处理，形成实时的水文报告，为防汛抗旱提前做出预测和判断。
我们知道，人体的感觉神经系统通过触觉、味觉等方式也可以感知周围环境的温度、压力、风速的变化。因此可以看出水利部的传感器网络工程与人体的躯体感觉神经系统非常相似。
2007年5月，Goolge的街景系统上线，它是谷歌地图提供的一项特色服务，由专用街景车进行360°实景拍摄，在某些限定行人通行的区域、狭窄的街道以及公园小巷等车辆不能进入的地方，则以Google三轮车替代。利用以上操作，街景的图片即可从不同大小、不同方向及不同角度观看。拍摄后专用车通过互联网将照片传输到谷歌地图里供用户使用。所拍下的照片在Google地图上定位，并以Google地图的卫星影像为背景展示（见图1-3）。
不仅仅是Google的街景系统，互联网的视频实时监控在21世纪初已经开始大范围应用。一些旅游公司在风景区安放摄像头，让人们可以提前看到风景区的实时画面；一些公司提供家庭视频监控服务，把摄像头安放在家中，让用户随时可以查看家庭的安全状况。
无论是Google的街景系统还是安放在家庭的摄像头，让人很容易联想到，它们与生物的复眼系统非常类似，监控器、摄像头正好组成了互联网的视觉神经系统。
2001年9月，纽约与法国的外科医生完成了世界首例横跨大洋、由机器人协助的手术。在这次手术中，做手术的医生和病人处于大西洋的两岸。纽约的医生们操纵着一个控制台，高速光纤把这个控制台和远在6400多千米外的机器人连接起来。手术现场的外科医生们在旁观看，以确保病人的安全。医生们通过腹腔镜检查，利用远程控制的机器手切除了患者的胆囊（见图1-4）。图1-3 谷歌街景（图片来源：www.google.com）图1-4 远程手术
除了远程手术外，还有常用的办公室远程打印功能，从一个办公室的计算机发出指令，另外一个办公室的打印机开始打印文件，这些应用很自然会让人联想到人类的运动神经系统。
根据这些现象的启发，2008年9月我们在论文“互联网进化规律的发现与分析”中提出：“互联网正在从一个原始的、不完善、相对分裂的网络进化成一个统一的，与人类大脑结构高度相似的组织结构，它将同样具备自己的虚拟神经元，虚拟感觉、视觉、听觉、运动、中枢、自主和记忆神经系统。”我们将互联网这一结构命名为互联网虚拟大脑。同时，互联网虚拟大脑的不断成熟也将对神经学产生重大的启发式影响，这个结论也就是互联网进化论的核心观点（见图1-5）。图1-5 互联网虚拟大脑部位对应图
经过7年的努力，我们从5个方向对互联网的进化问题进行了研究和探讨。分别是互联网进化路线图、互联网进化规律、互联网虚拟大脑功能结构、人脑的互联网应用研究以及互联网进化的哲学思考等（见图1-6）。图1-6 互联网进化论研究路线图
在世界范围内，从2010年开始，互联网与神经学的关系问题也逐渐得到重视。2010年6月30号，美国科学家在《国家科学院院刊》（PNAS）发表论文指出老鼠大脑一小块区域中的神经系统类似互联网结构。作为一个实验，证明人脑中的确存在类互联网应用。
2010年10月，美国作家杰弗里斯蒂伯在其新出版的《我们改变了互联网，还是互联网改变了我们？》一书中写道：“我深呼一口气，大胆地说出互联网不是像大脑，它就是大脑。”
2011年1月10日，美国科学家在www.eurekalert.org发表论文提出人脑神经元的关系非常类似Facebook的结构，并提出Facebook神经元，这一观点印证了与我们在2008年9月发表论文中提到的互联网虚拟神经元结构。
最新科学进展表明，互联网与神经学的交叉对比问题，正在悄然成为21世纪科学研究领域的潜在热点。越来越多的计算机专家、互联网工作者、神经科学研究者开始关注这些热点，并不断提出新的思路和方向。毫无疑问，通过对互联网进化的研究，这个领域的任何进展都将对互联网和神经学产生巨大的影响。1.3 盘旋在哲学家头顶的神秘现象
在历史上，有很多人独立地揭示了一个现象，即社会可以看作带有自己神经系统的有机体。例如认为国王是头、农夫是脚的观点，至少可以追溯到古希腊人和中世纪。
这个类推为19世纪社会学的创始人提供了灵感。赫伯特·斯宾塞（Herbert Spencer）提出“社会是一个有机体”。进化论神学家德日进（Pierre Teilhard De Chardin）关注社会有机体的精神组织，并称之为“心智界（noosphere）”。
科幻小说作家乔治·威尔斯（H.G.Wells）提出“世界脑”的概念，他讲到“世界脑”将作为知识的联合系统，所有人可以访问。1983年彼得·罗素（P.Russell）撰写了《地球脑的觉醒——进化的下一次飞跃》，从哲学的层面探讨地球存在的本源和意义中，他提出人类社会通过政治、文化、技术等各种联系使地球成为一个类人脑的组织结构，也就是地球脑。
总体上看这些思考和理论还局限在科幻、哲学甚至神学的层面。由于受到当时互联网技术发展水平的局限，不能全面地了解互联网的结构和最新应用，无法从科学研究的视角，将互联网与神经学做交叉对比研究。他们往往把人作为神经元本身进行探讨，而没有发现人脑功能通过映射，在互联网中形成的类神经元现象，这个重要的区别导致上述思考一直无法将研究推进到科学实证的方向。
在科学领域，任何一个新的科学理论必须能够给出预测，并不断得到验证，这样它最终才能成立。应该说，互联网进化论的核心观点是一个从大量现象推导出来的科学猜想，但它在未来50年内就很有可能得到彻底的验证。
对于互联网进化论的成立，我们也给出了两个充要条件。第一，能否用已知人脑结构预测互联网；第二，神经学能否从互联网获得巨大突破。从过去7年的科学进展看，有越来越多的迹象表明它们不断得到证实，如云计算的出现、物联网的兴起、老鼠大脑路由系统的发现等，还需要更多的进展和突破，本书在开始提出的三个重要问题才能得到真正回答。1.4 各领域科学家的激烈讨论
2007年互联网进化论通过学术论文正式提出以来，不同领域的科学家的看法并不相同，赞同和反对的意见可以说是针锋相对。
2008年我们将论文“The Discovery and Analysis on the Law of Internet Evolution（互联网与神经学交叉对比）”，向美国计算机期刊ACM投稿，相关评审意见为“人脑结构是无数的个体在自然选择的情况下形成的，而互联网的结构只有一个，如何反映互联网和人脑存在一样的进化原理是个问题”（The brain evolved over millions of years and the brain evolved under natural selection in which many millions of individual designs were tried and abandoned.The internet is a single entity and is designed by humans）。
2009年5月中国科学技术信息研究所总工、研究员武夷山老师对互联网进化论的相关观点提出自己的看法：“达尔文进化论与神创论的根本差异在于，生命奇迹之解释不需要一个高明的设计者，而互联网从一开始就是人设计出来的。”
2009年8月科技论文在线专家这样评价论文“互联网虚拟大脑的结构与功能”：“互联网虚拟大脑这一概念非常新颖，是作者于2007年首次提出，给互联网领域的同行提供了一个全新的视角来审视和探索互联网的发展，很值得学术界关注和探讨。”
2009年8月东南大学科技与社会研究中心主任吕乃基教授认为：“关于互联网进化的探讨极富前瞻性和挑战性。关系到互联网的发展、对人脑及思维的认识、人与互联网，从根本上说是人与技术的关系，以及对于进化的理解等一系列重大问题。有必要从IT、网络理论、科学技术哲学、神经心理学，以及认知科学等不同角度加以研究。虽然没有在第一时间得知这一重大进展，但总算不致为时过迟。”
2011年12月美国夏威夷举办的WDSI大会评委之一对“从生命起源到智慧宇宙的进化路线图”评价道：“这项研究应用了达尔文的进化论，并将互联网大脑视为人类未来的扩展。这篇论文的观点是新鲜且惊人的，但互联网突然与人类的进化接驳，鸿沟太大，而且互联网的‘结构’与人类大脑的高度相似，还需在论证上更为健壮。”第2章 互联网虚拟大脑2.1 互联网虚拟大脑全景图
互联网从1969年诞生以来，人类从不同的方向共同建设着一个庞大的组织架构，21世纪出现的物联网、云计算和智慧地球进一步加速了互联网的发展。2006年8月9日，Google首席执行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）在搜索引擎大会（SES San Jose 2006）首次提出“云计算”（Cloud Computing）的概念。从那时起，人们不断探讨云计算的核心意义，也在探讨云计算与互联网的关系问题。
2009年伴随IBM智慧地球的提出，物联网开始兴起。科学家和企业家们试图连接各种信息传感设备，实时采集任何需要监控的物体动态信息，从而实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接。互联网从此跨越了计算机和人的界限，向着更广阔的领域进展。
2010年移动互联网开始了创业和投资热潮。这是移动通信技术和互联网两者结合起来所开辟的发展新领域，互联网络基础设施的不断完善以及3G、移动寻址等技术的成熟，使得互联网用户可以在任何地方、任何时间接驳到互联网上获取信息。
这些新概念的拥护者都指出它们与传统互联网并不相同，是独立于互联网出现的新技术，实际情况果真如此吗？它们与互联网究竟是什么关系？
第1章已经提到互联网的未来结构将和人类大脑高度相似。2008年5月我们描绘了初步的示意图（见图2-1），并将这个结构命名为互联网虚拟大脑。如果用互联网虚拟大脑的视角分析上述概念，可以清晰地看出，云计算就是互联网虚拟大脑中枢神经系统的萌芽，物联网是互联网感觉和运动神经系统的萌芽。移动互联网的出现使人类可以随时随地与互联网虚拟大脑进行接驳。换句话说，它们不是脱离互联网出现的新事物，而是互联网虚拟大脑的组成部分。
虽然我们已经绘制了互联网虚拟大脑结构图，但这个图示依然很不完整，例如，存在几种互联网神经元？互联网的虚拟躯体感觉神经系统、虚拟听觉神经系统、虚拟视觉神经系统、虚拟运动神经系统如何运转？互联网的虚拟神经元与互联网中的数据、信息和资料如何交互？图2-1 互联网虚拟大脑结构简图
2008年我们在论文“互联网虚拟大脑的结构和功能”中绘制了更为详细和复杂的互联网虚拟大脑结构图。在这张图中主要包含了三大部分：第一部分是互联网的虚拟感觉、虚拟视觉、虚拟听觉和虚拟运动神经系统；第二部分是互联网的中枢神经系统，它由互联网核心硬件层、互联网软件层、互联网信息层（数据海洋）组成；第三部分是互联网终端以及使用终端的互联网用户（见图2-2）。
从图2-2可以看到，右侧最外层的是互联网的使用者，互联网用户通过台式机、笔记本、手机接驳到互联网中，并通过“个人空间”与互联网的其他部分进行交互，这些个人空间相当于人类在互联网中的“大脑功能映射区”，它们形成了互联网虚拟神经元最重要的一种类型。
处在互联网虚拟大脑中心的是核心层，主要由三部分组成：
第一部分是互联网核心硬件层，主要由互联网服务器、互联网骨干网路由器、互联网骨干网交换机组成，它们在未来将成为互联网中枢神经系统的硬件基础。
第二部分是互联网软件层，是互联网的中间层，可以看做互联网的灵魂，它负责激活和运行互联网的硬件层，提供应用程序与互联网用户进行交互，管理和维护互联网中的信息、数据和资料。
第三部分是互联网信息层，包括展示给互联网用户的文字、二维图片、文档、视频、声音、三维图像等，从互联网诞生的那一天起，互联网的信息就成爆炸式增长，分布在互联网的服务器、路由器、交换机、用户终端和互联网虚拟神经系统里。互联网信息层是互联网虚拟大脑中最活跃的部分，互联网用户不断上传下载和查看各种信息。服务器、路由器、交换机、传感设备不断进行信息交换。像翻腾的大海，数据和信息在这个大海中不断涌动。因此也将互联网信息层称为互联网数据海洋。图2-2 互联网虚拟大脑完整图
互联网核心硬件层的大型服务器存储了个人空间和其他互联网应用，并处理不断交互产生的海量互联网信息，这些大型服务器还同时连接到左侧外层的音频、视频采集器、各类传感器、办公、家用和生产设备，这些设备就组成了互联网的虚拟听觉、虚拟视觉、虚拟感觉和虚拟运动系统。下面详细介绍这些互联网神经系统的构造、运行方式和应用案例。2.2 互联网视觉神经系统2.2.1 人类的视觉神经系统
首先了解一下人类的视觉神经系统是怎样工作的。光作用于视觉器官，使其感受细胞兴奋，其信息经视觉神经系统加工后便产生视觉。通过视觉，人和动物感知外界物体的大小、明暗、颜色、动静，获得对机体生存具有重要意义的各种信息，至少有80%以上的外界信息经视觉获得，视觉是人和动物最重要的感觉。一条详细的视觉神经系统产生视觉的路径如下：
光线→角膜→瞳孔→晶状体（折射光线）→玻璃体（固定眼球）→视网膜（形成物像）→视神经（传导视觉信息）→大脑视觉中枢（形成视觉）（见图2-3）。
视觉神经系统是生物在自然进化过程中逐渐形成的，它对于动物的生存具有重要的意义。最简单的感光器官是单细胞原生动物眼虫的眼点，使眼虫可以定向地作趋光运动。涡鞭毛虫眼点的结构更为完善，借助这种眼点对光的感受可以捕食。多细胞动物的感光器官逐渐复杂多样。如水母的视网膜只是一种由色素构成的板状结构，这种结构可给动物提供光线强弱和方向的信息。图2-3 生物视觉形成图（图片来源：http：//210.60.224.4/ct/content/1992/00020266/images/124.gif）
视觉器官在进化过程中，因为所处环境不同形成了不同的形态，如昆虫的复眼等。脊椎动物的视觉系统通常包括视网膜，相关的神经通路和神经中枢，以及为实现其功能所必需的各种附属系统。这些附属系统主要包括：眼外肌，可使眼球在各方向上运动；眼的屈光系统（角膜、晶体等），保证外界物体在视网膜上形成清晰的图像。
视网膜上亿的神经细胞排列成三层，通过突触组成一个处理信息的复杂网络。第一层是光感受器；第二层是中间神经细胞；第三层是神经节细胞。它们间的突触形成两个突触层的光感受器，光感受器兴奋后，其信号主要经过双极细胞传至神经节细胞，然后，经后者的轴突（视神经纤维）传至神经中枢。
经过视网膜神经网络处理的信息，由神经节细胞的轴突——视神经纤维向中枢传递。在视交叉的部位，100万条视神经纤维约有一半投射至同侧的丘脑外侧膝状体；另一半交叉到对侧，大部分投射至外侧膝状体，一小部分投射至上丘。在上丘，视觉信息与躯体感觉信息和听觉信息相综合，使感觉反应与耳、眼、头的相关运动协调起来。外侧膝状体的神经细胞的突起组成视辐射线投射到初级视皮层，进而再向更高级的视中枢投射。
初级视皮层在相当长一段时间内，被认为是视觉通路的终点，就其对所处理的信息的抽象化程度来判断，它可能只是一个早期阶段，其他更高级的视皮层对视觉信息进行着进一步的精细加工。例如在大脑的18区，存在着超复杂细胞，对刺激有更特异的要求，只有具有端点的线段或拐角才能引起细胞的最佳反应。超复杂细胞进而又可分成若干亚类。
依据这些结果，有人提出了视觉信息处理的等级假说。他们认为越是高级的细胞具有越高的信息抽提能力。这种等级假说得到不少实验的支持。一般认为，除了这种等级性信息处理外，还存在着平行的信息处理过程，即从视网膜向中枢有若干并列的信息传递通路，这些通路有不同的目的地，担负着不同的信息处理功能。因此单一细胞本身并不代表完整的感觉，视觉中枢不同区域细胞活动的综合，才反映对一种复杂图像的辨认，而每个区域细胞只是抽提某种特殊的信息：形状、颜色、运动等。
其他视觉信息（如颜色、深度等）在视觉中枢的处理过程，至今仍然所知甚少。在视皮层中已发现了对某种颜色或某一个深度有特异反应的细胞。但资料仍然是零碎的，为了透彻地认识视觉的机制还需要进行更为深入的研究。2.2.2 互联网视觉神经系统的结构
遍布世界各地的视频监控器（视频采集器）形成了互联网虚拟大脑的光感受器，如果将它们绘制在世界地图上，我们会惊奇地发现它们将与生物视网膜上亿的光感受器非常相似。它将获取的图像信息通过网络线路传递给互联网中枢神经系统——核心服务器中。经过互联网软件处理后存放到数据库或文件库中，最后互联网用户可随时查看视频监视器的视频或影像（见图2-4）。图2-4 互联网视觉神经系统
首先从英国的一款实时视频监控犯罪的游戏开始了解互联网的视觉神经系统。这款网络游戏将监控摄像头连到互联网上，玩家登录后，可看到商家或城镇中心等地的监控摄像头拍摄的画面，在线实时监控摄像头监控范围内发生的状况（见图2-5）。这个系统被称为“网眼”系统。
游戏玩家从画面中寻找“不法行为”，然后举报挣分。发现不法行为最多的玩家还可获得现金。
游戏开发商摩根说，“网眼”将帮助商家发现行为不轨者，如宣传得当，“网眼”将对不法人员起到震慑作用。“这可能是迄今最好的犯罪预防工具。”摩根说，“全英国有400多万监控摄像头，但有人监控的只占千分之一。数量庞大的玩家每天24小时不间断实施监控，不会像以前那样错过漏网之鱼。”
另一个关于互联网视觉神经系统的案例，就发生在我们的身旁。据海尔研发工程师程永甫先生介绍：海尔在最新款的物联网空调上内置了摄像头，还配了红外探测灯，同时配加了红外检测传感器。当用户离开家的时候，只需要一个短信布防，物联网空调就进入布防状态，一旦有外人闯入，红外检测探头就可以立即检知到，同时这个摄像头会抓拍一张照片，以彩信的方式发送到手机上，用户马上可以看到进入者是陌生人还是家人。一段时间后，这个空调就会主动的拨打视频电话。假如用户看到这是熟悉的家人就不需要接听视频电话，如果确实是陌生人，用户可以选择接听，监控陌生人在家里的状态（见图2-6）。图2-5 摄像头图2-6 海尔物联网空调
如果当时手机没在用户的身边，空调拨打这个视频电话的时候没有人接听，这个时候物联网空调就会自动地把当前的视频摄录下来存储到内置卡里，以方便用户查询。2.3 互联网听觉神经系统2.3.1 人类的听觉神经系统
人类的听觉系统是这样工作的：声波作用于听觉器官，使其感受细胞处于兴奋并引起听神经的冲动，经各级听觉中枢分析后产生听觉。听觉是仅次于视觉的重要感觉通道，它在人类的生活中起到了重要的作用。
人耳能感受的声波频率范围是16～20000Hz，以1000～3000Hz最为敏感。除了视觉神经系统以外，听觉神经系统是人的第二个最重要的信息获取方式。从生物进化上看，随着听觉神经系统的产生和进化，声音不仅成为动物攫取食物或逃避灾难的一种信号，也成为彼此联络的一种工具（见图2-7）。图2-7 生物听觉形成图
标准的听觉形成过程是外界声波通过空气波动传到外耳道，再传到鼓膜。鼓膜振动，通过听小骨传到内耳，刺激耳蜗内的纤毛细胞而产生神经冲动。
交界处的耳蜗核，更换神经元（第二级神经元）后，发出纤维横行到对侧组成斜方体，向上行经中脑下丘交换神经元（第三级神经元）后上行止于丘脑后部的内侧膝状体，换神经元（第四级神经元）后发出纤维经内囊到达大脑皮层颞叶听觉中枢。当冲动传至听觉中枢则产生听觉。
如果用流程图表示则是这样：声源→耳廓（收集声波）→外耳道（使声波通过）→鼓膜（将声波转换成振动）→耳蜗（将振动转换成神经冲动）→听神经（传递冲动）→大脑听觉中枢（形成听觉）。2.3.2 互联网听觉神经系统的结构
互联网的听觉神经系统主要由联网的监听器、音频采集器组成。与人类只能听到16～20000Hz声音不同，互联网的听觉神经系统可以收集到的范围要广阔得多，这主要是因为机器设备接收的能力更为强大，而且接收的种类也会更多。
互联网的听觉神经系统工作流程是这样的：音频采集器、无线电波收集器收集声音信息，数据传输给互联网中央服务器，经过互联网软件处理后存放到数据库或文件库中，互联网用户通过互联网终端随时调取音频或无线电波存储文档（见图2-8）。图2-8 互联网听觉神经系统
美国的天梯监听系统可以视为互联网听觉神经系统的萌芽。当你和你的商业合作伙伴正在为最后的谈判底限进行秘密磋商时，可能谈判的每一个细节都处在商业对手的监视之下；公司的每一个谈判意向，对手都有可能“明察秋毫”；创业团队每一份商业文书，在对方的办公桌里都有可能找到相同的“备份”，这些天梯监听系统的功能曾经在电影《致命手机》中表现得淋漓尽致。“梯阵”系统最早诞生在第二次世界大战结束后的1948年，当时为了服务于美苏两大军事集团进行“冷战”的需要，由美国牵头在全球范围内建立了代号为“梯阵”（Echelon）的监听网络，以对苏联的政治、经济、军事动向进行严密监控。“梯阵”系统在美国及其盟国建立了大型的监听站，并利用飘浮在太空的间谍卫星可以对世界上任何一个国家对内对外的一切电子通信——电话、电报、传真、电子邮件，以及包括短波、民用航空和航海通信在内的各种无线电信号进行窃听。
另外一个案例是关于手机病毒导致互联网听觉系统被侵入和破坏的问题。据国内媒体披露，2011年，有一款名为“窃听猫”的手机软件在Andriod手机平台上近乎疯狂地传播。很多Andriod用户受到了这款名为“窃听猫”的恶意软件的侵袭，而许多没有被感染窃听猫病毒的Andriod用户也开始陷入了不安的氛围之中。
这个病毒以“系统信息管理”软件为名植入到用户手机之后，会在手机开机时自动启动，并在后台发送“灵猫已开始使用……”短信内容到指定号码，给予病毒作者反馈之后同步在手机后台启动静默录音功能，全程监听手机通话信息和周围环境音，并通过自动联网的形式进行上传。2.4 互联网躯体感觉神经系统2.4.1 人类的躯体感觉神经系统
人类的感觉神经又称传入神经，属于周围神经系统。由传入神经纤维集合而成，外包有结缔组织膜，膜中有成纤维细胞、组织细胞和脂肪细胞群。外膜及内部的神经束膜中布有血管。神经的一端由感觉纤维末梢分布于感受器；另一端与脑或脊髓联系。感受器感受机体内外的刺激后产生兴奋，并转化为神经冲动，经传入神经传入中枢，引起感觉或反射。
有一幅比较有趣的图，表现了大脑皮层上的体觉区与躯体各部分的关系，与正常人体的位置不同，大脑皮层上的体觉区是一个变形的，滑稽的图像（见图2-9）。图2-9 大脑中的感觉分布人形图（图片来源：http：//www.pep.com.cn/oldimages/pic＿78469.gif）
人类的躯体感觉神经系统中，最重要的是感受器，通过感受器感知外界、体内和各种信息，供大脑处理。详细地说，感受器就是指分布于动物体表、内脏或深部，能感受内外环境的刺激，将其转化为神经冲动的转化装置。感受器多种多样：有的简单，只是一种游离的传入神经末梢（如痛觉）；有的复杂，是接受某种刺激能量而发生兴奋的特殊结构（如视网膜中的光感受细胞）。尽管感受器结构各不相同，但它们的功能是一样的，能够接受内外环境的刺激，并将其转化为神经冲动，沿传入神经传入中枢神经系统图（见图2-10）。
感受器分类的方法有几种。据感受器的分布位置和接受的刺激来源可分为外感受器和内感受器两大类，前者分布于皮肤和体表，接受来自外界环境的刺激；后者分布于内脏和躯体深部，接收来源于机体内部的刺激。根据感受器所能感受的适宜刺激种类，常分为机械感受器、温度感受器、化学感受器和光感受器等。图2-10 感觉的形成2.4.2 互联网躯体感觉系统的结构
早在2009年物联网火热之前，传感器网络就已经在世界范围内广泛使用，与人体的感受器一样，传感器也是互联网躯体感觉系统最重要的部分，通过各种各样的传感器，互联网虚拟大脑才能获知世界各个角落的动态。
通俗地说，传感器就是一种装置或设备，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给计算机或互联网。
传感器的分类恰恰与人类5大感觉器官相对应：第一，光敏传感器对应了视觉；第二，声敏传感器对应了听觉；第三，气敏传感器对应了嗅觉；第四，化学传感器对应了味觉；第五，压敏、温敏、流体传感器对应了触觉。
传感器与互联网结合就形成了传感器网络，传感器网络是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种计算机网络，这些装置使用传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况（比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物）。无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域，如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化以及交通控制等。
互联网躯体感觉神经系统的运行流程可以这样描述：安放在空气、土壤、生产设备、交通运输干线的传感器获取外界信息；传感器信息传输给互联网中央服务器，信息经过互联网软件处理后存放到数据库或文件库中，互联网用户或互联网其他软件系统调取传感器数据进行处理（见图2-11）。图2-11 互联网感觉神经系统
关于互联网的躯体感觉系统有很多有趣的案例，2011年新闻媒体曾经报道的无锡阳山水蜜桃基地就是一家利用传感器网络进行“智能农场”管理的企业，实现了物联网技术在蔬果农业方面的新变革。
基地于2011年6月建立了专门开发桃园种植技术的传感器联网监测系统，实现了高科技种桃。25亩桃林作为传感器网络种植园的示范基地，总投资60万元，形成了由22个传感器和3个微型气象站组成的监测系统。
该系统通过对水蜜桃生长全过程中的土壤温湿度、环境温湿度、光照强度、叶片湿度及大气压力、风速等数据信息的精确采集，然后建立数据库，并对数据进行存储、分析，进而实行联动控制，最终传输到后台工作人员计算机上。这种绿色农业种植模式不仅能合理有效地压缩人力成本，并且快速科学地提高了经济效益，实现了高产、优品的种植目标。
互联网的躯体感觉系统不但应用在农业领域，在工厂生产中也逐渐起到重要的作用，中国山东菏泽棉纺织企业就使用传感器网络，打造移动智能棉纺。
看一下媒体对这家企业的报道：“现在我们通过移动手机就可以实时监控、调度车间的温度、湿度，省时也省心。”在位于菏泽的山东泓坤纺织有限公司，生产厂长王海荣向记者展示手机曾接收到的车间环境报警短信。现在，这家纺织企业的车间管理人员不再像往常那样需要随时跑到车间监测环境，这得益于物联网技术在纺织车间的应用。
据介绍，车间温湿度监控物联网应用系统由前端设备、控制设备和管理后台组成。前端设备主要是各类温湿度传感器，负责实时采集车间环境数据并上传到控制设备；控制设备负责将各传感器数据通过GPRS网络上传到管理后台，并通过LED显示屏实时显示温湿度数据。如果环境数据超过既定的阈值，管理后台将通过短信等方式提醒相关工作人员，从而有助于及时采取必要措施，改善车间生产环境，提升安全管理和生产能力。2.5 互联网运动神经系统2.5.1 人类的运动神经系统
运动是人类行为的基础，是由中枢神经系统控制的。它对于生物和人类的意义是非常重大的，正是因为运动神经系统的存在，我们才能对现实世界的各种变化作出反应，并把创意和创新付诸于实施，从而改变环境让物质世界变得更适应我们的生存和需求。
运动神经系统由控制运动相关的各神经结构组成。脑的运动系统发出指令到肌肉和腺体等外周的运动器官，通过肌肉的收缩（或腺体的分泌）以完成运动。
大脑皮层中有专门负责控制运动的区域。用电刺激大脑皮层的某一点时，肢体的相应部位就产生运动；如将这一点损坏时，肢体的相应部位就发生瘫痪。这就是大脑皮层中的运动控制区（见图2-12）。图2-12 大脑中的躯体运动中枢
对于人类大脑皮层中的运动区有下列功能特征：（1）对躯体运动的调节支配具有交叉的性质，即一侧皮层主要支配对侧躯体的肌肉。（2）具有精细的功能定位，即一定部位皮层的刺激引起一定肌肉的收缩。功能代表区的大小与运动的精细复杂程度有关；运动愈精细而复杂的肌肉，其代表区也愈大，手与五指所占的区域几乎与整个下肢所占的区域大小相等。（3）在大脑皮层运动区的垂直切面上，可以见到该区细胞和前述的皮层感觉区类似，也呈纵向柱状排列，组成大脑皮层的基本功能单位，称为运动柱。一个运动柱可控制同一关节的几块肌肉的活动，而一个肌肉可接受几个运动柱的控制。
从运动区的上下分布来看，其定位安排呈身体的倒影，形成了人脑中的运动分布人形图（见图2-13）；下肢代表区在顶部（膝关节以下肌肉代表区在皮层内侧面），上肢代表区在中间部，头面部肌肉代表区在底部（头面部代表区内部的安排仍为正立而不倒置）。从运动区的前后分布来看，躯干和肢体近端肌肉的代表区在前部；肢体远端肌肉的代表区在后部；手指、足趾、唇和舌的肌肉代表区在中央沟前缘。对正常人脑进行局部血流测定时可以观察到，足部运动时运动区足部代表区血流增加，手指运动时手部代表区血流增加。图2-13 人脑中的运动分布人形图
小脑在调节人的运动方面有着重要意义。动物实验证明，摘除小脑的动物，可明显地发现肌张力缺乏、姿势不稳定、运动失调、步履蹒跚等现象，反映出摘除小脑使内收肌与外展肌、伸肌与屈肌之间肌张力不平衡，使伸肌紧张反射受到抑制。2.5.2 互联网运动神经系统的结构
互联网运动神经系统其实在很久以前就已经在我们身边存在，还记得你身边的网络打印机吗？隔壁的同事通过局域网使用你桌面的打印机打印出他的办公文档。这就是一个最简单的互联网运动神经系统应用。
可以这样描述互联网运动神经系统的运行方式，互联网用户或互联网内部程序通过远程控制的方式对连接在互联网上的设备进行操作，对现实世界产生影响和改变。远程控制的线路包括电话线、光纤、电缆、无线通信等方式，受到操控的设备包括打印机、家庭清扫机、工厂生产设备、科研的火山探测车、深海潜水器，甚至包括军事武器如无人机、导弹发射器等（见图2-14）。图2-14 互联网运动神经系统
21世纪，无线操控的无人机可以看做未来互联网运动神经系统最为神奇的组成部分。无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的无人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。
地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反复使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等（见图2-15）。图2-15 无人机
对地攻击是无人机最突出的一项功能，作为一种空中运载工具，无人机也能携带多种对地攻击武器，飞往前线或深入敌占区纵深，对地面军事目标进行打击；它可以用空对地导弹或炸弹对敌防空武器实施压制；用反坦克导弹等对坦克或坦克群进行攻击；用集束炸弹等武器对地面部队集结点等进行轰炸。
随着高新技术的发展和应用，无人机上的设备性能也在不断提高，同时还增加了一些新的装备，应用范围进一步扩大。如装备全球定位系统（GPS）后，无人机可与侦察卫星和有人驾驶侦察机配合使用，形成高、中、低空，多层次、多方位的立体空中侦察监视网，使所获得的情报信息更加准确可靠。
已经出现通过网络攻击无人机的案例，突出显示了互联网运动神经系统未来的安全风险问题，英国《泰晤士报》2009年12月18日报道，伊斯兰武装分子使用廉价的网上黑客软件，成功侵入美国中央情报局（CIA）的“捕食者”无人机攻击系统。
尽管武装分子目前仍无法使用黑客软件远程遥控“捕食者”无人机，但他们可以观看无人机传给美国控制中心的适时监控画面。2.6 互联网自主神经系统2.6.1 人类的自主神经系统
自主神经系统是人类神经系统的重要组成部分，能调节内脏和血管平滑肌、心肌和腺体的活动。自主神经系统又称植物性神经系统、不随意神经系统。由于内脏反射通常是不能随意控制，故名自主神经系统。自主神经系统主要分布到内脏、心血管和腺体，它们的中枢部也在脑和脊髓内，周围部包括内脏运动（传出）纤维和内脏感觉（传入）纤维，分别构成内脏运动神经和内脏感觉神经。自主神经系统可分为交感神经及副交感神经两部分（见图2-16）。
自主神经系统在中枢神经系统内的分布包括大脑皮质下丘脑脑干的交感神经和副交感神经核团，以及脊髓各阶段侧角区大脑皮层，各区均有自主神经的代表区，如旁中央小叶与膀胱及肛门括约肌功能，有关枕叶与瞳孔，岛叶与内脏活动，有关丘脑可分为前后两区，前区为副交感神经代表区；后区为交感神经代表区。
1807年德国的解剖学者Reil首先认识到有自主神经的存在。1898年，由一位英国的生理学家Langley首先提出自主神经系统这个术语，并把这个系统分为交感、副交感神经系统。1921年，还是这位英国学者，正式提出了关于自主神经系统的分类，至今仍被广泛采用。图2-16 生物的自主神经系统（图片来源：http：//jpkc.ccnu.edu.cn）
自主神经系统主要分为交感神经及副交感神经两部分。除少数器官外，一般组织器官都接受交感神经和副交感神经的双重支配。在具有双重支配的器官中，交感和副交感神经的作用往往具有拮抗的性质。例如，对于心脏，迷走神经具有抑制作用，而交感神经具有兴奋作用；对于小肠平滑肌，副交感神经具有增强其运动的作用，而交感神经却具有抑制作用。这种拮抗性使神经系统能够从正反两个方面调节内脏的活动，拮抗作用的对立统一是神经系统对内脏活动调节的特点。
自主神经系统与情绪的关系十分密切，在情绪刺激作用下，通过自主系统的活动，广泛激活有机体各器官和组织，产生明显的、超出常态生理节律的生理反应。自主神经系统的活动并非情绪产生的中枢机制，它的活动对情绪起着支持和延续的作用。例如，焦虑会自动引起消化道蠕动减弱，消化液分泌被抑制；愤怒会自动引起肾上腺激素分泌增加，心血管活动加速，血压、血糖升高，皮温升高；恐惧则自动导致外周血管收缩，面色苍白，咽、口发干，皮温下降，出冷汗等。2.6.2 互联网自主神经系统的结构
互联网的自主神经发育还远没有人体中的自主神经系统成熟。我们目前还无法用交感和副交感神经系统来分析互联网的自主神经系统，但已经存在的互联网应用中已经出现大量的自动分析、自动获取、自动运转的案例。互联网的自主神经系统就是互联网运转过程中，不需要人工干预，自动执行的动作，包括信息传递、信息获取、信息存储和信息处理，甚至包括互联网运动神经系统也可能通过自主神经系统启动。如果说未来互联网出现了独立的智慧，那么互联网自主神经系统很可能就是这种风险的萌芽（见图2-17）。图2-17 互联网自主神经系统
搜素引擎的网络蜘蛛就是一个典型的案例。网络蜘蛛即Web Spider，是一个很形象的名字。如果把互联网比喻成一个蜘蛛网，那么Spider就是在网上爬来爬去的蜘蛛。网络蜘蛛通过网页的链接地址来自动寻找网页，从网站某一个页面（通常是首页）开始，读取网页的内容，找到在网页中的其他链接地址，然后通过这些链接地址寻找下一个网页，这样一直循环下去，直到把这个网站所有的网页都抓取完为止。如果把整个互联网当成一个网站，那么网络蜘蛛就可以用这个原理把互联网上所有的网页都抓取下来。经常使用的Google和百度，就是利用网络蜘蛛建立起万亿页面的信息库，供人们查询使用。
之所以说网络蜘蛛是互联网自主神经系统的一种，是因为没有人工的干预，它会不知疲惫的在互联网信息世界里自动运转。每个网络蜘蛛都有自己的名字，在抓取网页的时候，都会自动向网站标明自己的身份。
互联网的路由器系统可以被看做另一个自主神经系统的案例，互联网也往往被称为网间网，是由无数的小网络组成的大网络。一条信息如何穿越复杂、数目众多的网络到达目的地，答案就是互联网的路由器系统，它就像人们日常生活中的邮局，当一封信到达后，邮局工作人员根据它的所在国家、所在省和所在市，分发到相应的运输通道，如飞机、火车、汽车，到达目的地的邮局后，再由当地的邮局工作人员分发到区、县、镇和乡。
与邮局不同的是，互联网路由器系统不需要人工干预，而是由程序自动完成。这个过程就是路由器中的路由工作，主要包含两个基本的动作，确定最佳路径和通过网络传输信息（交换数据）。2.7 互联网中枢神经系统2.7.1 人类的中枢神经系统
人类的中枢神经系统是神经系统的主要部分。中枢神经系统包括脑和脊髓。脑是中枢神经系统的主要部分，是由约140亿个脑细胞构成的重约1400克的海绵状神经组织。在构造上，各部位具有不同的功能（见图2-18）。图2-18 大脑神经中枢（图片来源：http：//a1.att.hudong.com/86/48/01300000210481122779489060788.jpg）
中枢神经系统像是一部容量巨大的信息加工器，加工的结果可以出现反射活动，产生感觉或记忆。例如动物遇到伤害性的东西，会逃避躲开，这是一种反射动作。在这个反射动作中，伤害性刺激所引起的信息，传入中枢，经过中枢的加工，再经运动神经传出，引起了肌肉的活动。中枢神经系统接受传入信息后，可以传到脑的特定部位，产生感觉，这一点在人类是可以根据主观的经验明确地报告出来的，在动物或许也有同样或类似的“感受”。有些感觉信息传入中枢后，经过学习的过程，还可在中枢神经系统内留下痕迹，成为记忆。
中枢神经系统在完成上述功能活动时，有一个非常重要的特征，即协调与整合。协调是指整体作用中的各个作用结合成为和谐运动的过程；整合是指把单独的、部分的活动变成一个完整的活动过程。在这里，输出不再与输入呈一对一的关系，可以是多个输入，转化成单个输出，或者相反。例如，当左腿屈曲时，右腿为了支持体重一般都是伸直的，而左腿屈肌是收缩的，伸肌却是松弛的。2.7.2 互联网中枢神经系统的结构
互联网中枢神经系统是互联网最重要的组成部分，它统合互联网感觉、视觉、听觉、运动、自主神经系统的信息，经过存储、整理并与互联网用户不断交互。根据纪俊“一种基于云计算的数据挖掘平台架构设计与实现”对于云计算特点的总结，我们认为互联网中枢神经系统将具备以下特点。
第一，超大规模。与人的中枢神经系统类似，互联网的中枢神经系统一般会聚合大量的服务器和密集的软硬件应用。例如，Google的机房已经拥有100多万台服务器，Amazon、IBM、微软、Yahoo！等国际大公司均拥有几十万台服务器。互联网中枢神经系统能赋予用户前所未有的计算能力。
第二，虚拟化。互联网中枢神经系统支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“中枢神经”，互联网软件应用在“中枢神经”中某处运行，但实际上用户无须了解，也不用担心应用运行的具体位置，只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。
第三，高可靠性。互联网中枢神经系统使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用互联网中枢神经系统中的应用比使用本地计算机更加可靠。
第四，通用性。互联网中枢神经系统可以不针对特定的应用，在其内部的支撑下可以构造出千变万化的应用，互联网中枢神经系统同时可以运行数以十万计的应用，与人类中枢神经一样，可以进行并行运算。
第五，高可扩展性。互联网中枢神经系统的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。
第六，按需服务。互联网中枢神经系统是一个庞大的资源池，按需购买，其中的服务可以像自来水、电、煤气那样计费。
第七，大幅度降低成本。由于互联网中枢神经系统将原本分散在各地服务器上的应用汇聚起来，避免软件程序重复安装，并直接导致本地服务器数量的大量减少。同时自动化集中式管理使企业无须负担日益高昂的数据中心管理成本，互联网中枢神经系统的通用性使资源的利用率较之传统系统有大幅提升，因此用户可以充分享受互联网中枢神经系统的低成本，经常只要花费几百美元、几天时间就能完成以前需要数万美元、数月时间才能完成的任务（http：//wenku.baidu.com/view/827f7dd4b14e852458fb57a8.html）。
2007年互联网兴起的云计算可以看做互联网中枢神经系统的萌芽，云计算（Cloud Computing）是一种新兴的互联网基础架构方法，可以将巨大的服务器集群连接在一起以提供各种IT服务（见图2-19）。图2-19 互联网中枢神经系统
2007年，美国华盛顿州一个农业小镇昆西突然喧嚣起来，原来这里要兴建7个足球场大小的超大型农场，只不过它不是用来圈养牲畜的，而是微软可以承载数十万台服务器的服务器农场。这个耗资数亿美元的数据中心将确保微软应对来自Web服务的挑战。无独有偶，尽管互联网企业Google和Yahoo！早已有了庞大的数据中心，但是现在也正耗费巨资建立一系列数据中心。2007年10月，IBM与Google达成协议，共同出资建立一个大型数据中心。
亚马逊弹性云服务是互联网企业巨头间的服务器大规模集中的推动原因，由于它可以让小型企业按照自己的需要购买亚马逊数据中心的处理能力，受到了用户的大力追捧。以EC2为基础的云存储S3在不到一年的时间里，就已经存储了50亿个对象。受S3的刺激，Google、微软和苹果都按捺不住了，也开始推出这一服务，希望在亚马逊独大的市场中分流更多用户。更多的企业和个人选择通过Web服务共享大型数据中心的资源，这使得互联网中枢神经系统的发育成为不可逆转的趋势。2.8 互联网神经元2.8.1 人脑神经元
神经元，又称神经细胞，是构成神经系统结构和功能的基本单位。神经元是具有长突起的细胞，它由细胞体和细胞突起构成。细胞体位于脑、脊髓和神经节中，细胞突起可延伸至全身各器官和组织中（见图2-20）。图2-20 人脑神经元
细胞体是细胞含核的部分，其形状大小有很大差别，直径约4～120微米。核大而圆，位于细胞中央，染色质少，核仁明显。细胞质内有斑块状的核外染色质（旧称尼尔小体），还有许多神经元纤维。细胞突起是由细胞体延伸出来的细长部分，又可分为树突和轴突。每个神经元可以有一个或多个树突，可以接受刺激并将兴奋传入细胞体。每个神经元只有一个轴突，可以把兴奋从胞体传送到另一个神经元或其他组织，如肌肉或腺体。
根据神经元的功能，可分为以下三种（见图2-21）。
第一种是感觉神经元，也称传入神经元（Afferent Neuron），是传导感觉冲动的，胞体在脑、脊神经节内，多为假单极神经元，其突起构成周围神经的传入神经。神经纤维终末在皮肤和肌肉等部位形成感受器。
第二种是运动神经元（Motor Neuron），也称传出神经元（Efferent Neuro），是传导运动冲动的神经元，多为多极神经元。胞体位于中枢神经系统的灰质和植物神经节内，其突起构成传出神经纤维。神经纤维终末，分布在肌组织和腺体，形成效应器。
第三种是中间神经元（Inter Neuron），也称联合神经元（Association Neuron），是在神经元之间起联络作用的神经元，是多极神经元，人类神经系统中最多的神经元，构成中枢神经系统内的复杂网络。胞体位于中枢神经系统的灰质内，其突起一般也位于灰质。图2-21 神经元的种类2.8.2 互联网神经元的分类
互联网虚拟神经元是互联网虚拟大脑得以运转的基础，互联网虚拟神经元主要由互联网内部运转的各种应用软件组成。不同的互联网虚拟神经元发挥着各自的功能，有的负责操控感觉和运动设备；有的负责挖掘和整理互联网的数据信息；有的负责实现与互联网用户的互动；有的负责连接各虚拟神经元形成不同类型的神经反射弧（见图2-22）。图2-22 互联网神经元的分布
根据互联网应用程序的特点，可以提出4种互联网的虚拟神经元。
第一，融合博客、威客（智力互动问答）、电子邮件的互联网应用，如新浪、雅虎的用户系统，我们将这种与互联网用户交互的应用定义为人脑映射型虚拟神经元。
第二，对互联网的信息、数据和资料进行整理、挖掘和知识发现的互联网应用程序，如谷歌的搜索引擎、ANGOSS软件公司的KnowledgeSTUDIO、Comshare公司的Comshare Decision and Decision Web等，我们将这些软件定义为数据整理和挖掘虚拟神经元。
第三，控制互联网远程传感和运动设备，并且将它们产生的数据传输给互联网信息层的应用软件，我们将它们定义为感觉和运动虚拟神经元。
第四，其他类型的互联网应用软件，如网络游戏、防病毒软件等，我们将它们定义为特异类虚拟神经元。
在这里重点讨论一下人脑映射型虚拟神经元，我们曾经指出，互联网个人空间对应了人脑中不同的知识领域。如博客对应了共享知识；智力互动问答对应了可交易知识和问题；电子邮箱对应了非公开信息。事实上雅虎、新浪、搜狐等网站的用户系统已经实现了这些功能的融合。
从本章的讨论中可以看到，互联网的虚拟感觉神经元、虚拟视觉神经元、虚拟听觉神经元、虚拟运动神经元以及数据整理和挖掘神经元都与人脑映射型虚拟神经元发生联系。这个现象提示我们，在人脑映射型虚拟神经元中一定会出现与上述5种神经元联结的接口。例如，互联网用户可以登录到自己的个人空间中，通过个人空间的虚拟运动神经接口，远程操控家庭吸尘器清扫房间，也可以通过个人空间的虚拟视觉听觉神经系统接口，实时体验森林、沙漠或草原的自然风光。因此可以绘制出更为复杂的人脑映射神经元图（见图2-23）。图2-23 人脑映射型神经元
从图2-23可以看到，成熟的人脑映射型虚拟神经元将包含博客、智力互动问答（威客）、电子邮箱、即时通信软件以及与数据整理和挖掘神经元连接的接口一、与虚拟听觉神经元连接的接口二、与虚拟听觉神经元连接的接口三、与虚拟躯体感觉系统连接的接口四、与虚拟运动神经元结合的接口五、与其他互联网应用软件连接的接口等。
互联网的人脑映射型神经元随着互联网的发展正在逐渐成熟，社交网站中形成的“超级个人中心”正是人脑映射型神经元的雏形。
Facebook早在2008年就推出了Facebook Connect。这是一个非常类似于超级个人中心的应用，基于Facebook Connect，其他网站可用Facebook账户登录，这样，通过Facebook的个人账号就可以使用遍布互联网各个地方的应用了。2.9 互联网神经纤维2.9.1 人类的神经纤维
神经纤维由神经元的轴突构成，人体内的神经纤维根据有没有外包的髓鞘分为两种：第一种是由神经元的轴突或长的树突以及包裹在轴突外的髓鞘构成的有髓鞘纤维。有髓鞘纤维的髓鞘绝缘性很高，有规则地分节段地形成。第二种是无髓鞘纤维，仅由神经元的轴突和树突构成（见图2-24）。图2-24 大脑神经元中的神经纤维
按传导兴奋的方向不同，可把神经纤维分为两类：一类是把兴奋从外周传向脑、脊髓的传入神经纤维，也叫感觉神经纤维；另一类是把兴奋从脑、脊髓传向外周的传出神经纤维，也叫运动神经纤维。
根据直径大小和传导速度，神经纤维又分为A、B、C三种类型。
A型神经纤维具有发达的髓鞘，直径最粗，一般为1～22μm。传导速度很快，每秒可达5～120m，大多数的躯体感觉和运动纤维属此类。这类神经纤维对抗损伤的能力很低，损伤后恢复较慢。
B型神经纤维也具有髓鞘，神经纤维较细，直径为1～3μm，传导速度慢，每秒为3～15m。植物性神经的节前纤维属此类。这类神经纤维对抗损伤的能力稍强，损伤后神经纤维易恢复。
C型神经纤维的神经纤维最细，直径仅0.5～1μm，属于无髓纤维，传导速度很慢，每秒为2m。这类神经纤维受损伤后很易恢复，由于恢复过程中不生成髓鞘，所以再生较快。2.9.2 互联网神经纤维的分类
互联网的传输线路主要包括传统电话线、双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输媒介，按传输速度可分为K、M、G三类，这一点与人体的神经纤维颇为类似。
K类互联网虚拟神经纤维，目前主要包括传统电话线、无线传输媒介，传输速度在1Mbps以下。电话通信是通过声能与电能相互转换，并利用“电”这种媒介来传输语言的一种通信技术。两个用户要进行通信，最简单的形式就是将两部电话机用一对线路连接起来（见图2-25）。
M类互联网虚拟神经纤维，主要包括同轴电缆、升级版的电话线路等，速度在1Mbps以上，1000Mbps以下。同轴电缆的得名与它的结构相关。同轴电缆也是局域网中最常见的传输介质之一。它用来传递信息的一对导体是由一层圆筒式的外导体套在内导体（一根细芯）外面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制造的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，所以称为同轴电缆，同轴电缆之所以设计成这样，也是为了防止外部电磁波干扰异常信号的传递（见图2-26）。图2-25 电话线缆图2-26 同轴电缆
G类互联网虚拟神经纤维，主要是光纤，部分同轴宽带电缆，传导速度最快，超过1000Mbps。光纤一般封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲（见图2-27）。
在日常生活中，由于光在光纤中的传导损耗比电在电线中的传导损耗低得多，因此光纤常被用作长距离的信息传递。前香港中文大学校长高锟和George A.Hockham首先提出光纤可以用于通信传输的设想，并因此获得2009年诺贝尔物理学奖。图2-27 光纤2.10 互联网的神经反射弧2.10.1 人类的神经反射弧
人类的神经反射是指人通过中枢神经系统对刺激的一种应答式反应。这种反应的发生有赖于反射弧的完整，反射在具有中枢神经系统的动物中普遍存在。机体通过反射来控制和调节体内各种生理过程，使它们相互协调，也使机体对环境的各种变化产生适应性反应，保证了机体与外环境的统一。
反射首先是由法国哲学家笛卡儿提出的，他注意到机体对于一些环境刺激具有规律性反应。例如，异物碰到角膜即引起眨眼。他借用了物理学中反射的概念，认为动物的活动像光线投射到镜子上被反射出来一样，即机体受到的刺激和发生的反应有必然的因果关系。用实验分析的方法研究脑和脊髓并阐明反射规律的，是英国的谢灵顿以及俄国的谢切诺夫和巴甫洛夫。
反射弧是反射活动的结构基础，是机体从接受刺激到发生反应的过程中兴奋在神经系统内循行的整个路径。反射一般都需要完整的反射弧来实现。一个完整的反射弧由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器5个基本部分组成（见图2-28）。
反射弧的5个组成部分中任何部分的中断，都会使反射消失。在某些反射活动中，传出神经首先作用于某些内分泌腺，使该腺体释放激素经血液转运，最后作用于效应器。这种有内分泌腺参与的反射活动，其效应的出现往往比较缓慢，但影响广泛而持久。
除最简单的反射弧由两神经元组成外，复杂的反射弧则由许多神经元组成，每个神经元还可同时接受许多兴奋性突触和抑制性突触的作用。而且这两种突触后电位的强度对比，又时刻受各种传入冲动的影响而发生变化。所以，反射活动是中枢兴奋和抑制过程互相作用的结果。如果中枢的兴奋占优势，则出现某一具体的反射；如果中枢的抑制占优势，则此反射减弱或不出现，叫做反射的抑制。图2-28 生物反射弧示意图
膝跳反射是人们最为熟知，也是最简单的反射活动，在膝半屈和小腿自由下垂时，轻快地叩击膝腱，引起股四头肌收缩，使小腿做急速前踢的反应。它仅包含两个神经元：感觉神经元（输入）和运动神经元（输出）（见图2-29）。
膝跳反射的神经中枢是低级神经中枢，位于脊髓的灰质内。但是，在完成膝跳反射的同时，脊髓中通向大脑的神经会将这一神经冲动传往大脑，使人感觉到膝盖被叩击了。膝跳反射先完成，然后感觉到膝盖被叩击了，但几乎是同时的。
你可能听过这样的笑话，那就是一位医生坐在病人的前面，低头用锤子测试病人的膝跳反射，结果，医生的鼻子受伤了。膝跳反射就是一个标准的神经反射弧现象，接受刺激，做出反应。那么，互联网有没有同样的机制呢？图2-29 膝跳反射示意图2.10.2 互联网神经反射弧的种类
互联网的神经反射弧其实在今天已经广泛出现在我们的周围，几乎每时每刻，从世界各地发起的互联网神经反射现象都在不断地产生和消失。例如，汽车传感器发现有盗贼，发短信给车主，车主赶到将盗贼抓住；湿度传感器发现空气湿度加大，有下雨迹象，通知野外挖掘设备打开防雨设备等。
与人体的神经反射弧相对应，互联网的感受器主要由互联网感觉神经系统的传感器组成。互联网的效应器主要由互联网运动神经系统的终端设备组成。
在前文已经提到，人也是互联网的组成部分。作为既有感觉神经又有运动神经的人，其在互联网神经反射弧中既可担当感受器的角色，也可以担当效应器的角色。
根据互联网当前的进展，可总结出7种类型的互联网神经反射弧，分别是传感器到运动设备的反射弧、人到运动设备的反射弧、传感器到人的反射弧、人到人的反射弧、内部程序到运动设备的反射弧、内部程序到人的反射弧、互联网内部程序到内部程序的反射弧。下面分别进行详细的介绍：
第一种是传感器到运动设备的反射弧。传感器作为感受器，通过互联网线路把感知信息传递给互联网中枢神经系统，处理后的反应指令通过互联网线路传递给互联网运动神经系统的终端设备。这个运动神经系统终端设备就是效应器。例如，在大楼里，温度传感器检测到室内温度升高超过100℃，同时气敏传感器检测到室内二氧化碳浓度升高，于是报警信息通过互联网线路传送到服务器中心，服务器发送指令给大楼灭火机器人，由该楼层灭火机器人操控水枪进行灭火（见图2-30）。图2-30 传感器到运动设备的反射弧
第二种是人到运动设备的反射弧。人作为感受器，通过互联网终端把感知信息传递给互联网中枢神经系统，处理后的反应指令通过互联网线路传递给互联网运动神经系统的终端机器设备。这个运动神经系统终端设备就是效应器。例如，在大楼里，大楼监控机房的值班人员发现某办公室出现火苗和烟雾，于是按下报警按钮，将报警信息通过互联网线路传送到服务器中心，服务器发送指令给大楼灭火机器人，由该楼层灭火机器人操控水枪进行灭火（见图2-31）。图2-31 人到运动设备的反射弧
第三种是传感器到人的反射弧。传感器作为感受器，通过互联网线路把感知信息传递给互联网中枢神经系统，处理后的反应指令通过互联网线路传递给使用互联网终端的人，由人根据指令进行反应。这个做出反应的人就是效应器。例如，在大楼里，温度传感器检测到室内温度升高超过100℃，同时气敏传感器检测到室内二氧化碳浓度升高，于是报警信息通过互联网线路传送到服务器中心，服务器发送信息给附近的消防队，消防队出动消防人员来大楼实施灭火（见图2-32）。图2-32 传感器到人的反射弧
第四种是人到人的反射弧。人作为感受器，通过互联网终端把感知信息传递给互联网中枢神经系统，处理后的反应指令通过互联网线路传递给使用互联网终端的人，人根据指令进行反应。这个做出反应的人就是效应器。例如，在大楼里，大楼监控机房的值班人员发现某办公室出现火苗和烟雾，于是按下报警按钮，将报警信息通过互联网线路传送到服务器中心，服务器发送信息给附近的消防队，消防队出动消防人员来大楼实施灭火（见图2-33）。图2-33 人到人的神经反射弧
第五种是内部程序到运动设备的反射弧。互联网内部程序作为感受器，在互联网中枢神经系统内部处理后，反应指令通过互联网线路传递给互联网运动神经系统的终端机器设备。这个运动神经系统终端设备就是效应器。例如，互联网服务器中运行的自动监测程序，检测郊区云计算机房的服务器数据空间的容量变化，当程序发现数据空间已满时，发送报警信息给互联网中心服务器，由中心服务器发布指令，启动云计算机房的备用机器，扩充数据空间（见图2-34）。图2-34 内部程序到运动设备的反射弧
第六种是内部程序到人的反射弧。互联网内部程序作为感受器，在互联网中枢神经系统内部处理后，反应指令通过互联网线路传递给使用互联网终端的人。人根据指令进行反应。这个做出反应的人就是效应器。例如，互联网服务器中运行的自动监测程序，检测郊区云计算机房的服务器数据空间的容量变化，当程序发现数据空间已满时，发送报警信息给互联网中心服务器，由中心服务器发布短信或电子邮件，提醒机房值班人员，启动云计算机房的备用机器，扩充数据空间（见图2-35）。图2-35 内部程序到人的反射弧
第七种是互联网内部程序到内部程序的反射弧。互联网内部程序作为感受器，在互联网中枢神经系统内部处理后，反应指令通过互联网内部链接程序传递给另一个互联网内部程序做出反应，做出反应的程序也就是效应器。例如，互联网服务器中运行的自动监测程序，检测郊区云计算机房的服务器数据空间的容量变化，当程序发现数据空间已满时，发送报警信息给互联网中心服务器，由中心服务器发布指令给云计算机房的维护程序，停止向数据空间写入数据，避免数据空间过载（见图2-36）。
互联网已经出现很多神经反射弧案例，例如，无锡消防部门在2010年开始利用家庭火灾远程监控和救助系统，帮助农村留守老人和留守儿童家庭进行防火预警与快速反应。这套系统由无线终端、业务平台和传感探测设备（烟感、紧急救助按钮等）组成。它的工作过程就是一个典型的互联网神经反射弧，当发生火灾或其他紧急事件时，只探测器发出报警信号（或手动按下救助按钮），火警信息将通过GPRS或TD无线网络传输到4个地方：①社区（小区）监控中心；②辖区消防部门的消防巡防车；③全市119火灾调度指挥中心；④发生火灾家庭的业主及其亲人和邻居朋友的手机上。当四方面在接到报警后能第一时间赶赴现场开展救助，为扑灭火灾和紧急处置赢得时间，避免火灾的蔓延扩大，最大限度地减少人员伤亡和财产损失。从无锡消防的这个系统可以看出，除了传感器和机械设备可以作为感受器和效应器，人也是互联网反射弧中重要的因素，既可以做感受器也可以做效应器。图2-36 互联网内部程序到内部程序的反射弧
基于RFID技术的婴儿防盗系统是目前物联网领域的重要应用，它的运转过程也可以清晰地看出互联网神经反射弧的运行机制，据美国“失踪与受虐儿童援助中心”统计，从1983年到2002年间，美国有217个婴儿被诱拐，在这个总数中，100个婴儿是从医院（57个是从母亲的病房）被盗走的。在中国，医院的婴儿被盗案件也时有发生。
在这种情况下，基于RFID技术的婴儿防盗系统诞生了，母、婴识别及新生儿防盗管理系统是将RFID技术同医疗行业结合的产物，母、婴的腕带配对，医生可以拿手持读取终端设备，分别读取母、婴的腕带标签信息，验证两个腕带的配对正确性，不匹配则阅读器会有提示，让母亲彻底放心确实是自己的孩子。避免了抱错婴儿而出现的家属与医院官司问题。
婴儿腕带设计为一次性，腕带一经佩戴，无论采用何种方式打开都将即刻发出警报。婴儿从出生至出院的几天里，除特殊情况外，母、婴都会待在一个特定的区域内，在这个区域内就是系统检测到安全区域。当婴儿被非法移动，系统立即报警提示并将信息存储到服务器中，为事后提供可调阅的历史记录。医院和当地派出所在接到报警后，将立刻做出反应，防止发生婴儿盗窃事件。
2011年诞生的神奇网站ifttt.com，则将if……then……else这个程序员编程时最常使用的语言机制扩展到了整个互联网。ifttt的本意是if this then that，它将Facebook、Twitter等各个网站或应用通过API衔接成一个跨互联网的自动机器，像多米诺骨牌一样完成种种不可思议的任务。
ifttt的运行由任务、触发器、反应器三部分构成。触发器就是if this，例如“我在新浪微博收到一封短信”，或是“我在开心网被人加了关注”，或是“腾讯网的天气预报提示明天有雨”。反应器就是：then that，与触发器对应，例如“转发到我的电子邮箱里”，或是“在开心网我也回加她关注”，或是“给我的手机发送一条短信告诉我明天带伞”，当ifttt的一个触发器引发了反应器工作，这时一条任务就实现了。
ifttt的出现表明互联网神经反射弧的类型中出现一种新的种类，即在互联网虚拟空间内部完成神经反射弧，而不用与连接外部的感觉神经系统、运动神经系统、使用互联网的人发生联系，如果说未来互联网虚拟大脑出现不受人类控制的风险，那么这种反射弧就是危险的种子之一。第3章 大脑中的互联网3.1 人类研究大脑的历史
据估计，人脑中含有1000亿个神经元。300多万千米长的轴突，100万亿个突触，有亿亿个神经胶质细胞。可以说人脑是地球上最复杂的结构，在自然科学领域，大脑之谜是和宇宙之谜等量齐观的科学难题。自从有历史记录以来，无论是东方还是西方，大脑和神志（mind）的关系就一直被人类关注和思索。在古代，人们对大脑的认识，有的来自实际的观测，也有很多是来自猜测，公元前直到中世纪的漫长年代里，人们对脑的认识进展很慢，也很模糊不清，探讨的核心问题是，谁在负责人类的智慧和意识的产生，是脑还是心，或者是身体的其他部分？
人类对脑的认识从不断的观察、思考、辩论、试错、纠正中得到提高，最后演变成现代的神经科学。到今天，现代神经科学已经是现代生物学的重要组成部分，作为一门古老但有最前沿的科学，它进一步涵盖了更广泛的科学内容，如电心理学、解剖学、药理学、分子生物学、发育遗传学等。下面通过介绍大脑研究历史的一个个事件介绍来了解它的发展过程。
考古学家发现，在公元前30世纪到公元前17世纪的古埃及纸莎草书上，出现了人类第一次关于大脑皮层的描述，出现脑的象形字。这个象形字最初见于颅骨骨折的病例，书中描写了病人头颅有伤口，颅骨破碎从而让脑组织暴露出来，脑的外露部分由褶皱，如同融化的铜。书中讲这个病无法治疗。这说明一方面古埃及人通过观察注意到脑的外形；另一方面也证明那是古埃及时代已经找到了融化铜的技术。
虽然古埃及人知道脑的损伤与病人出现某些症状有关，但在理论和实践方面，古埃及人认为心脏是最重要的，心脏是智慧、意识的所在地和中心，这从古埃及人处理木乃伊的态度中可以看出：他们不重视脑，向鼻孔里捅一根铁钎，把脑组织捣烂引出来丢弃；相反，心脏、眼睛、肾脏等器官被小心保存到罐子中，放置到墓穴中等待复活时使用。
把心脏看做感觉、智慧的中枢，这种看法不仅在埃及，在东方文化中也出现并广为流传。例如，将产生思想活动的器官称为心，最典型的代表是《孟子·告子上》说：“心之官则思。”此后，很多中国古代学者都认同这个观点。由于中国古代对神经系统认识不一，将跳动的心脏误认为会思考的器官，因此后来衍生出一大批用心表示的思想感情，如“心理学”、“心理疗法”等。
古希腊克鲁顿城的阿耳克美翁（Alcmaeon，约公元前500年）是历史上第一位神经科学家。阿耳克美翁认为，要想得到解剖学的知识，就必须系统地解剖动物的尸体，特别是进行动物的活体解剖。他大概是最早提出脑是认知和感觉部位的人，阿耳克美翁发现了视神经，并注意到了视神经在前额后部合并在一起的现象。所以他认为两个眼睛为什么能够一起动，原因就在此处。
到7世纪，古希腊哲学家德漠克利特（A.Democritus）把心理活动与呼吸功能加以类比，提出精灵原子的假说；莱布尼茨（s.Leib-niz）提出心身平行论；笛卡儿（R.Descare）则提出心身交互论。这些自然哲学式的理论研究，基于对心理活动与生理功能间关系之表面观察，由哲学概念加以概括，因此还比较肤浅，后来逐渐被历史淡忘和淘汰。
1791年，意大利生物学家伽法尼（Luigi Galvani）发现了动物的神经电活动。经过进一步研究，他提出神经细胞与肌肉细胞自身即可以产生电流，肌肉的痉挛是由肌肉细胞所产生的电流引起的。之后，赫尔姆霍茨将严谨的物理学检测方法引入大脑科学。他发现，神经细胞突触所产生的电活动是神经细胞信息传递的根本原因。这些生物电信号将感觉细胞感知的外部世界的信息传递到大脑中枢，最后由中枢神经发布行动指令，并经脑与脊髓再传递给肌肉。
1859年，赫尔姆霍茨通过实验测定出神经细胞的电信号传递速度每秒不到27.4米，但是，与导体中电流传递速度衰减很严重的情况不同，神经电脉冲在传递过程中的信号强度自始至终维持不变。神经细胞在收到外部刺激后，发放的动作电位以每秒27.4米左右的速度在生物体内传递，一个刺激从脚趾感觉细胞传递到大脑中枢大概需要一刹那（0.18秒，即“一念”）的时长，也是人们思考问题并做出决定的最短的时长。而且，在传递过程中这个脉冲的强度始终维持稳定。
1811年，贝尔（C.Bell）根据高等动物和人的脑形态与功能不同，将它分为大脑、小脑，又将脊髓分为背根和鹿根，这一发现成为脑机能定位理论的发端。1866年，布罗卡（P.Bfoca）发现了位于额叶的“言语运动中枢”；1874年，维尔尼克（K.Wernicke）发现了语言感觉区，大大刺激了生理学家和心理学家，他们希望在脑内找到各种心理活动的中枢。临床观察法、手术切除法、电刺激法、解剖学和组织学法，是脑机能定位理论所依靠的主要方法。脑机能定位的基本理论和研究方法一直延续到现代。
19世纪末到20纪初，英国的生理学家谢灵顿（C.S.Sher-rington）和俄国生理学家巴甫洛夫（I.P.Pavlov）几乎同时建立了生理学实验分析法，以反射论为指导，研究了中枢神经系统的功能。谢灵顿利用猫股四头肌标本，巴甫洛夫则发现狗的心理性唾液分泌标本。他们分别研究了脊髓和脑高级中枢对于刺激所给出的反应，定量地分析了刺激一反应间的因果关系。他们的研究业绩形成了神经生理学的经典理论，是行为主义心理学建立的重要自然科学基础。
意大利科学家高尔基（Golgi）与西班牙科学家卡哈尔（Cajal）于1880年年底发明的神经细胞染色法，在技术上为大脑神经元学说的飞速发展准备了前提条件。从神经元学说创立迄今，人脑研究已经走过了辉煌的百年。在过去的一百年中，全球有34位顶级神经科学家共计17次荣获诺贝尔医学生理学奖。短短100年间，神经科学已经发展成21世纪中一门最为重要的前沿尖端科学。人类对自身神经活动的认识，因此也出现了重大飞跃。
1939年，两位年轻学者Hodgkin与Huxley一同来到位于英国普利茅斯的海洋生物局，研究神经突触如何产生动作电位的问题。他们的实验记录证实了Bernstein的推论：静息电位为-70毫伏，是由钾离子通过离子通道的移动而产生的。当细胞膜受到充分刺激后，钠离子会从细胞膜外向细胞内移动，从而将细胞内电压由-70毫伏提升到+40毫伏。1963年，他们因神经细胞的离子假说做出的巨大贡献而被授予诺贝尔医学生理学奖。
1967年美国心理学家Neisser提出了认知心理学。1979年正式确立了认知科学这门新学科。认知科学的兴起和发展，标志着对以人类为中心的认知和智能活动的研究，已进入到新的阶段。功能磁共振成像（fMRI）、正电子发射射线断层成像（PET）、高分辨率脑磁图（MEG）和高分辨率的脑电图（EEG）等设备的研发成功，更为脑认知成像研究提供了条件，对于大脑和认知的关系的认识产生划时代的作用和影响，推动了智能科学的向前发展。
1990年美国国会通过议案，并由美国总统签署一项将20世纪90年代为“大脑的10年”的法律，大力支持各科研院校和医学生物学机构发展神经科学，以促进对人脑的研究。随后更于2002年提出了“行为的10年”——即人脑认知信息处理技术计划，主要研究内容包括计算感知、表示和推理、学习、通信和人机交互技术、认知系统结构和集成认知主体、基础研究等。
不单美国大力发展大脑科学，1991年欧洲议会也随之跟进，推出“欧洲大脑科学的10年”计划，日本政府继1986年制定并实施将脑研究放在重要位置的《人类前沿科学计划》之后，又于1996年投入200亿美元巨额资金，推出了“脑科学时代”的为期20年的脑科学计划纲要。科学家们预言，脑科学在21世纪自然科学中占据特别重要的地位。
经过数千年的研究和发展，到21世纪，一个具有无限生命力的神经科学形成了，它囊括许多有关学科，包括神经生理学、神经解剖学、神经组织学与组织化学、神经超显微结构学、神经化学、神经免疫学、神经病学、精神病学、脑肿瘤学、脑诊断学以及神经行为学和生理心理学等。神经科学已成为当代科学发展的最前沿，新技术、新发现层出不穷，日新月异。3.2 分歧的大脑研究方法
历史上，神经科学家研究大脑之谜主要采用了两条截然不同的思想线路：还原论和整体论（见图3-1）。图3-1 整体论与还原论
还原论又称为自下而上的研究方法。该方法试图通过研究单个分子、细胞或回路等神经系统的基础元素的特性来理解神经系统。
这种思路可以研究神经细胞的信号传递特性，从而了解神经元相互之间是如何通信的，彼此之间通信的模式在发育的过程中是如何建立的，以及这种模式是如何被经验活动所修饰的。
整体论又称为自上而下的研究策略。它主要是从研究功能入手来理解神经系统，该方法主要关心的方面是系统的活动如何调节或是反映在行为上。这两套研究思路都有不可避免的缺点，但是在神经科学发展的历史上也都曾取得了重大的成就。
采用整体论研究神经科学的科学家们，早在19世纪中叶就取得了他们的第一个重大的成功，即采用选择性损毁特定脑区的方法来分析行为的变化。
以Paul Pierre Broca为代表的临床神经科学家们，通过上述损毁的方法发现人类大脑皮层不同区域行使着不同的功能，即大脑皮层曾在功能上的分区。损毁不同的脑区会导致不同的认知障碍。
例如，损毁特定区域会影响语言的理解，而另一个特定脑区的损毁则会导致语言表达的障碍；同样，他们还观察到某些脑区与运动视觉或形状视觉相关，另一些与长期记忆的存储有关等。
这些研究的另一个重要意义在于，它阐明了神经科学的一个基本概念：无论多么复杂的精神活动都是源自大脑的，理解特定的精神活动的关键在于阐明不同脑区之间是如何交换信息，从而导致了特定行为的发生的。因此，这些整体论的分析研究揭示了精神活动的非神学化的一面，为神经科学的研究奠定了基础。
整体论研究的第二个辉煌的时期是20世纪初，这时的主要的工作由认知心理学的先驱们完成的。他们的工作使我们认识到感知不能简单地理解为一些简单的相互独立的感觉信息的加和。
以视觉为例，对于一个视觉场景的感知，不能简单地理解成是大小、颜色、亮度、运动和形状等一些相互独立的感觉元素的加和。并且，这些开创性的工作还表明，我们感知到的图像的某个特征是依赖以该特征所存在的背景的。比如说，在不同的背景下我们会感觉到同一物体的形状发生了变化。
这方面工作的重要之处在于，它使我们认识到对于感知的理解，我们不能仅仅去探讨被感知元素的各个物理特性是如何被我们的大脑所感觉的，更重要的方面是，我们要去理解大脑是如何根据这些基本的感觉信息来重建这些信息所反映的外部世界的。
脑成像技术的出现及发展大大地改善了19世纪初临床神经科学家只能依靠损毁来研究脑功能的景况，现在可以借助此技术在无损伤的情况下来研究正常人的认知功能。通过结合现代认知心理学和高分辨率的脑成像技术，我们现在可以直接来研究生理条件下大脑的高级功能，并且能够详细地研究大脑重现外部世界的本质。
还原论的成功是出现在20世纪对于大脑的信号系统的分析研究上。这些工作使我们了解了神经信号传递的一些基本的分子机制，比如，单个神经元是如何通过产生全或无的动作电位来进行长距离的信号传递的；神经元之间又是如何通过突触传递来实现彼此之间的通信联系的。
这方面的工作显示，无论是长距离的还是短距离的信号传递，在所有动物的神经系统的各个部分都是采用了相同的方式进行的。之所以大脑的各部分拥有不同的功能，并且不同的种属之间在神经系统上存在着巨大的差异原因，并不是组成它们的基本元素神经元在传递信息时采用了不同的分子机制，而是在于它们所拥有的神经元的数量不同，并且更重要的是神经元之间的联系是有很大差别的。
通过单细胞的研究工作，我们还了解到感觉刺激是如何被分类并通过不同的途径转化成大脑可以理解的电信号的。这方面的工作也证实了形而上学心理学家的推测，即大脑的感知并不是简单地复制了外部的物理世界，而是从最初的初级感觉器官中就开始了对感觉物理信息的抽象和重现。
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