10、大脑的进化与发育：对人工智能的启示

大脑的进化与发育：对人工智能的启示

1. 基因组与进化难题

人类和小鼠的基因组都由略超30亿个碱基对组成，分别产生约2.1万个和2.3万个基因。有趣的是，水稻的碱基对数量少一个数量级，却有2.8万个基因。这些庞大的数字只是巨大搜索空间的冰山一角。假设所有碱基对组合都可能存在（尽管很多可能是致命的），一个长度为30亿的序列在一个拥有约(4^{3000000000})（约等于(16^6)后面跟18亿个零）种可能性的空间中只是一个点，而宇宙估计年龄换算成秒也不过是(4^3)后面跟16个零。

新达尔文主义解释了进化如何筛选优良基因型，现代遗传学揭示了优良基因如何遗传，但变异的产生仍是个谜。在如此微小的概率下，自然如何产生出众多成功的表型呢？大脑的三阶涌现展现了渐进的复杂化过程，造就了能实现更复杂行为的神经系统。但新达尔文主义未能说明大脑的进化是必然结果还是克服极长概率的惊人成就。若大脑进化基于普遍原则而非历史偶然，这些原则对人工智能和寻找复杂机器智能将极具价值。

2. 神经节段模型与Hox基因

不同物种的发育路径不同，但在系统发生阶段有显著相似性。在这个阶段，所有脊椎动物胚胎都有类似的细长、分节的后脑，这些分节称为神经节段，是细胞高分裂（形成神经元）和神经元径向迁移的模块化区域，且这种模式也涵盖中脑和前脑。

后脑神经节段发育成与感觉和运动系统紧密相关的脑区，如小脑和脑桥；中脑和前脑节段则发育成参与高级认知过程的区域，如基底神经节、海马体和前额叶皮质。神经节段模型为大脑的控制异层级结构提供了理想的发育框架。

遗传证据表明，同源框（Hox）基因控制着大脑的分节，就像控制身体中轴的细分一样。脊椎动物大脑原型与身体结构相似，大脑的进