大腦上載

**心靈上傳**（英語：Mind uploading），或稱為**意識上傳**、**全腦仿真**（Whole brain emulation），是一種科幻技術，該技術可以把人類腦部的所有東西（包括意識、精神、思想、記憶）上傳至計算設備（如電腦、量子計算機、人工神經網絡）上。該計算設備將能夠模擬大腦的運作，如原先的大腦對外界輸入作出相應的反應，並擁有一個具備意識的心靈。

心靈上傳有兩種潛在的實現方法：複製 - 轉移或神經元逐步替換。第一種方法通過對大腦特徵的掃描，將其中貯存的信息複製或轉移到電腦或其他計算設備中。這個模擬的心靈可以和一個模擬的三維軀體相連接，並被置入一個虛擬實境或模擬現實中；也可被置入一台連接著機器軀體或生物學軀體的電腦中。 第二種方法則是伴隨著逐漸破壞性的上傳進行賽博格式的替換，直到原始的有機大腦不再存在並由模擬大腦的電腦程式控制身體。

心靈上傳被一些未來學家和超人類主義者視為一種重要的生命延續技術。心靈上傳的另一個目標是為人類心靈做永久備份，以使我們能夠在全球災變或星際旅行中存活下來。一些未來學家認為全腦仿真是計算神經科學和神經信息學的「邏輯終點」。人工智慧研究領域也將其視為一種實現強人工智慧的途徑。基於計算機的智能（如一個上傳的心靈）的思維速度可能會比一個生物學人類快很多，因而某些未來學家認為一個由上傳心靈構成的社會將達到技術奇點，即技術增長突然以更大的指數暴漲。心靈上傳是諸多科幻小說和電影的核心概念。

主流科學界、經費提供者和科學期刊目前對心靈上傳的可行性持懷疑態度。與此有關的實質性努力包括主流科學界在動物腦測繪與模擬、更快的超級計算機、虛擬實境、腦機介面、連接組學、動態大腦的信息提取方面的研究。
心靈上傳的支持者指出，實現心靈上傳的許多工具和思路已經存在或正在快速的發展中；然而他們也承認，到目前為止，許多想法還依然是猜測性的，但也擁有工程實現的可能。神經科學家蘭道爾・庫納（Randal Koene）成立了一個非盈利組織「碳複製」（Carbon Copies）以促進關於心靈上傳的研究。

## 概述

人類大腦擁有約 850 億個神經元，每個神經元通過軸突與樹突與其他神經元相連接。在神經元相連的地方（突觸），信號通過神經遞質這種化學物質的釋放和吸收而傳遞。關於人類的心靈，神經科學界已經達成的共識是，人的心靈是神經網絡中信息傳遞過程的湧現性質。

神經科學家指出，最關鍵的一點是，人主要的精神活動，如學習、記憶、意識，都是在大腦中發生的純粹的電化學過程。例如，克里斯托夫・科赫和朱利奧・托諾尼在《IEEE 綜覽》中寫道：

>  「意識是自然界的一部分。我們相信它僅建立在數學、邏輯和那些我們目前尚未理解透徹的物理學、化學和生物學中，而不是魔力或其他不屬於我們世界的性質。」 
> 
> 

心靈上傳的概念就建立在這種機械論的世界觀上，否認對於人類生命和意識的生機論觀點。

一些知名的計算機科學家和神經科學家預言，使用特定方式編程的計算機將擁有思想的能力甚至獲得意識。這些科學家包括克里斯托夫・科赫、朱利奧・托諾尼、侯世達、傑夫・霍金斯（Jeff Hawkins）、馬文・閔斯基、蘭道爾・庫納（Randal A. Koene）、魯道夫・里納斯（Rodolfo Llinas）。獲得這種程度的人工智慧將為心靈上傳提供所需的基礎。

儘管如此，心靈上傳將與一般所指的人工智慧有著顯著的差別，因為上傳的心靈擁有原來人腦的信息並將保留其個人的身份、經歷的認知。

許多理論工作者給出了人腦的建模，並對部分或完整的模擬需要的計算能力作出了一些估計。依據這些模型，一些人預計心靈上傳在幾十年內就能實現，只要摩爾定律能夠繼續有效。

## 理論上的益處

### 永生

理論上，如果我們能將腦中的信息與進程從身體中分離出來，那麼我們的心靈就不再受制於個體功能與壽命的局限性。更進一步，腦中的信息甚至能被部分或整個地複製或轉移到其他基質（如數字存儲設備或另一個大腦）中。這樣，從純粹機械論的視角看，我們減緩甚至完全逆轉了這些信息必將消亡的命運。這一倡議最早見於華盛頓大學的生物老年醫學專家喬治・M・馬丁（George M. Martin）1971 年的生物醫學文獻中。

### 加速

如果摩爾定律繼續有效，那麼幾十年內，一台超級計算機將能夠以比生物學人腦更快的速度在神經元層面模擬大腦的運行。不過，由於目前尚缺乏對模擬所需精度的認識，準確的日期並不好估計。不同人對於何時能模擬一個完整的大腦作出了不同的預言，例如雷蒙德・庫茨魏爾預言為 2045 年；一些預言的時限甚至已經成為過去了。

考慮到人腦中的電化學信號的傳遞速度大致在 150 米每秒，而電腦中電信號以光速傳播（三億米每秒），這意味著理論上一個大型並行計算機組中模擬的大腦的思考速度可能能夠比我們的人腦快上幾百萬倍。 不僅如此，神經元在一秒內最多能產生 200 至 1000 個動作電位，而 2013 年的微處理器的時鐘頻率已達到 5.5GHz，這是前者的五百萬倍。

然而，人腦中大致包含 850 億個神經元以及連接他們的 850 萬億個突觸，利用目前的半導體微處理器技術模擬他們中的任何一個都需要一台今天的超級計算機。如果利用分時系統，所需的計算機的規模能夠被大大縮小，但同時運算速度也被降低了。理論上如果讓一個計算單元處理一個皮層柱中的所有細胞，那麼今天的超級計算機就能模擬出一個哺乳動物腦，不過是在比自然的腦更慢的速度上。

## 研究進展

多個動物大腦已經被完整測繪，一些已能夠被部分模擬。

### 模擬秀麗隱杆線蟲的中樞神經系統

秀麗隱杆線蟲的神經迴路早在 1985 年即測繪完成，並在 1993 年實現了部分的模擬仿真。自 2004 年以來，數個模擬軟體發展了起來，他們能夠模擬秀麗隱杆線蟲的完整神經系統、肌肉系統、甚至是其與物理環境的交互，一部分軟體能夠被自由下載。即使如此，我們如今依然對這個簡單有機體中這些神經元的連接如何產生驚人地複雜的行為缺乏理解。

開放蠕蟲計劃是一個致力於通過生物逆向工程在電腦中構建出虛擬秀麗隱杆線蟲的開源計劃，他們目前已經作出了能夠重現蠕蟲肌肉運動的軟體。

### 模擬果蠅的中樞神經系統

果蠅的神經系統也已經被仔細地研究，並在一定程度上得到了模擬。果蠅的全部神經元的連接的完整測繪有望在近幾年內完成。

### 模擬齧齒動物大腦

2007 年，內華達大學的研究組在 IBM 的「藍色基因」超級計算機上運行了一組被稱為「可以與半個老鼠大腦的複雜度媲美」的人工神經網絡。在這項模擬中，一秒的時長需要使用十秒的計算機運行時間。研究者稱，他們見到了流過虛擬皮層的「與生物學一致的」神經衝動。不過，這項模擬缺乏真實老鼠大腦中的結構，目前研究者們正在進一步提高其神經元模型的精確性。

藍色大腦計劃是 2005 年 5 月由 IBM 和瑞士聯邦理工學院發起的一個項目，其目標是從分子層面用電腦模擬出哺乳動物皮層柱。這項計劃在 IBM 的藍色基因超級計算機的基礎上模擬神經元上突觸的電活動以及內膜電流。這項計劃的初級目標在 2006 年 12 月得到實現，他們模擬了一個老鼠的新皮層柱（neocortical column）—— 它是新皮層（大腦中負責諸如意識這樣的高級功能的部分）的最小功能單元，包含約 10000 個神經元（和 108 個突觸）。早在 1995 年至 2005 年間，亨利・馬克拉姆（Henry Markram）已經完成了這樣一個皮層柱中神經元類型和連接的測繪。在 2007 年 11 月，該計劃的第一階段結束，公布了對這個新皮層柱的創建、驗證和研究的過程。2012 年 9 月，藍色大腦在 PNAS 上發布的論文給出了指導神經連接組形成的關鍵規律。這項計劃的最終目標是揭示人類認知和精神疾病的面貌，理解藥物對神經網絡的作用。

## 爭議

### 哲學問題

「心靈上傳」的概念需要的哲學基礎是：意識蘊含在大腦的信息處理之中，他的實質是從神經元集群組成的具有高級模式的網絡中產生的湧現現象，並且這樣的現象能夠在其他處理設備中實現。「心靈上傳」也要求人類的心靈（包括自我意識、記憶等）僅僅是神經元中通過突觸傳遞的電信號的展現，而不是一個二元論的或神秘主義的靈魂或精神。「心靈」在這裡可以被定義為大腦中信息的（非物質的）狀態，與一個資料庫中的信息或是你電腦內存中正裝載的軟體是類似的概念。 「心靈上傳」需要神經元網絡的信息狀態可以被獲取、複製並裝載到一個不同的硬體上。這個概念的一個比喻是將一台電腦存儲空間中的所有信息複製到另一台電腦中並繼續運行，這另一台電腦可能擁有不同的硬體組織但能作出和第一台電腦一致的信息處理。

這個想法已有了很長的歷史，在 1775 年托馬斯・里德寫道：

> 「我想要知道…… 當我的大腦失去了他原有的物質，如果幾百年後這些同樣的材料被精妙地結合成了一個具有智能的個體，這個個體會不會就是我；或者，當兩到三個這樣的個體仿照我的大腦被創造出來後，他們會不會都是我。」 
> 
> 

許多超人類主義者和奇點主義者寄希望於通過構建一個或多個對他們大腦的複製而擺脫他們的生物學軀體、實現永生。然而，哲學家和超人類主義者蘇珊・施耐德認為這只會製造一個原先的心靈的複製品。蘇珊・施耐德也認同意識以計算為基礎，但這不意味著我們能夠上傳並存活下去。「上傳」很可能導致原先的人的死亡，僅僅是一個另外的觀察者會認為原先的人依舊活著。其原因是我們無法想像一個人的意識能夠離開我們的大腦並被傳送到一定距離外 —— 其他宏觀世界的物體都不具有這樣的行為。我們最多只是得到了一個原先心靈的計算複製品。不過佛教超人類主義者詹姆士・休斯指出，這種顧慮並不重要：如果我們相信自我只是一個幻象，那麼在上傳之時就無須擔心我們能否存活。

心靈上傳的另一個潛在的結局是「上傳」只會構建出一個沒有心靈的活動機器，而不是一個有意識的心靈（見哲學殭屍）。我們能僅僅通過其表現出高度智能的行為斷言一個上傳品具有意識嗎？我們能確信一個堅稱自己有意識的上傳品具有意識嗎？有沒有一個絕對的運算速度極限，超過它則意識不能存在？意識的神秘性與主觀性不允許我們對這些問題有一個確定的答案。因為意識固有的主觀性（見唯我論），相當多的科學家，包括雷蒙德・庫茨魏爾，相信一個獨立實體的意識是本質上不可知的。與此相反，也有一些科學家，如羅傑・彭羅斯（Roger Penrose），認為意識是一種依賴於基質的量子現象（見量子心靈）。

為化解是否將上傳產物視為有意識的難題，安德斯・桑德伯格（Anders Sandberg）提出了一個構想：

> 
> 最大認同原則（Principle of assuming the most）：我們認同一個模擬系統將與原系統擁有同樣的精神特質並等同視之。
> 
> 

利用外部皮層是另一種可能的心靈上傳的方式，據此一個人的心靈逐步地、分部地從一個衰老的生物學大腦轉移到外部皮層上。

### 倫理與法律問題

開發這樣的模擬技術提出了與動物福利、人工意識相關的倫理問題。發展全腦仿真所需的神經科學領域的研究需要做動物實驗，從無脊椎動物、到小型哺乳動物、最後到人類。有時，實驗僅僅需要對動物掃描他們的大腦，但有時活體行為研究和活體測量也是有必要的，這可能給動物帶來痛楚。

不僅如此，在一些對於意識的理解中，模擬的動物也可能承受痛苦。班克羅夫特（Bancroft）指出：

> 
> 如果一個對大腦足夠精細的計算模擬可以行為上等同於一個有機的大腦，其後果是我們必須考慮擴大倫理的範疇，保護這些模擬動物以免受痛苦的折磨。
> 
> 

發展對於這些虛擬心靈的麻醉術是一個可能的避免痛苦的方法。然而，一些實驗可能要求使用一個全體功能都在運作的模擬動物。模擬動物們也可能為我們的偶然失誤或了解不足而承受痛苦。部分大腦的模擬也同樣面臨著道德上的質疑，與此類似的還包括仿照生物學大腦而構建的仿生模型。

仿真大腦可以被病毒或惡意軟體輕易刪除，因為這不再需要對硬體的直接破壞。這會使得謀殺更加容易，攻擊者可能以此而將空出的計算能力據為己有。

仿真品的法律地位有面臨許多問題。他們應被給予生物學人類的權力嗎？如果一個人製作了他自己的仿真複製品再死去，這個仿真品能夠繼承他的財產和官職嗎？仿真品能夠要求終結他那已經重病或昏迷的生物學個體嗎？作為母本的生物學個體是否應當像對待青春期的孩子一樣對待其仿真品，即對其保留部分的控制權？罪犯的仿真品可以被執行死刑嗎，或是通過強制的數據修改使其「重生」？一個上傳者擁有婚姻權與監護權嗎？

### 政治與經濟問題

對模擬世界的嚮往也可能會滋生戰爭、不平等、權力更迭，人們競相爭取第一個造出模擬世界，然後在真實世界與模擬世界中採取先發制人的攻擊。模擬世界中也可能蔓延著種族主義、排外、宗教偏見造成的苦難。

如果一個模擬社會的運行速度遠超出人類社會，面臨問題時現實人類可能沒有足夠的時間來作出明智的決定或有效的協商，現實人類可能採取暴力手段對付實力迅速增長的模擬社會。

## 流行文化

* 英劇《黑鏡》：第三季的第四集《聖朱尼佩洛》，看上去劇中的兩位女主角 Yorkie 和 Kelly 是在名為「聖朱尼佩洛」的小鎮中相愛，實際上她們的意識位於雲端伺服器中。
* 美劇《上傳天地》
* 英國科幻片《絕密檔案》
* 中國科幻片《流浪地球 2》

## 參見

* 心靈哲學
* 賽博格
* 超人類主義
* 生命延續
* 新興技術
* 缸中之腦
* 忒修斯之船
* 藍色大腦
* 開放蠕蟲
* 腦部移植
* 身體交換
* 腦機接口
* 人工智慧
* 活體腦細胞

## 參考文獻

## 外部連結

* MindUploading.org （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Adee, Sally. Reverse engineering the brain. IEEE Spectrum. June 2008, **45** (6): 51–55 [2014-10-16]. doi:10.1109/MSPEC.2008.4531462. （原始內容存檔於 2014-02-03）.
* Reverse-engineer the brain （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） from National Academy of Engineering
* The Duplicates Paradox by Ben Best; theories about the problem of personal continuity
* Joe Strout's Mind Uploading Home Page （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* "The Day You Discard Your Body" （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） by Marshall Brain
* Winter of our Consciousness （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, article in The Future Fire 3
* Reality 3.0: Uploading, Hypermediation & Paradise Engineering by Paul Hughes
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* Links on uploading （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） from Anders Sandberg
* Transhumanist writings on uploading （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） from the Foresight Institute
* Reverse Engineering The Brain from IEEE Spectrum
* Whole Brain Emulation: A Roadmap （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） by Anders Sandberg and Nick Bostrom, from the Future of Humanity Institute