時(shí)間：2009-8-19
本文2009年8月發(fā)表在中國科技論文在線(xiàn) 論文編號 200908-329，地址：http://www.paper.edu.cn/paper.php?serial_number=200908-329(網(wǎng)絡(luò )期刊允許二次發(fā)表）
從2005年開(kāi)始，我們逐步發(fā)現互聯(lián)網(wǎng)的結構與人腦具有很強的相似性和可比性。2008年9月我們在正式發(fā)表的論文中提出“互聯(lián)網(wǎng)正在從一個(gè)原始的，不完善，相對分裂的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)化成統一的，與人類(lèi)大腦高度相似的組織結構。它將具備自己的虛擬神經(jīng)元，虛擬神經(jīng)纖維，虛擬聽(tīng)覺(jué)，視覺(jué)，感覺(jué)，運動(dòng)神經(jīng)系統，虛擬中樞神經(jīng)系統和虛擬自主神經(jīng)系統等(圖1) “。我們將互聯(lián)網(wǎng)這一可能的類(lèi)腦結構命名為互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦。
圖1互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦簡(jiǎn)略圖
雖然我們初步描繪出互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的結構圖（圖1），但是這個(gè)圖示依然很不完整，例如,存在幾種互聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)元？互聯(lián)網(wǎng)的感覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，視覺(jué)，運動(dòng)等虛擬神經(jīng)系統如何運轉？虛擬神經(jīng)元與互聯(lián)網(wǎng)中的數據，信息和資料如何交互？本篇將就互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的詳細結構圖，運行流程分進(jìn)行詳細介紹。
一?；ヂ?lián)網(wǎng)虛擬大腦的三層結構
圖2 互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的詳細結構圖
通過(guò)對互聯(lián)網(wǎng)已有結構和功能的分析，我們將互聯(lián)網(wǎng)從低端到高端劃分為硬件層，軟件層，和信息層，并與圖一的互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦簡(jiǎn)略圖進(jìn)行結合。于是形成新的互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦結構圖（圖2），下面我們首先就這三個(gè)部分進(jìn)行介紹
1.互聯(lián)網(wǎng)硬件層
互聯(lián)網(wǎng)硬件層是互聯(lián)網(wǎng)的最底層也是物質(zhì)基礎，根據不同硬件設備在互聯(lián)網(wǎng)中所起的作用不同，我們又可以將互聯(lián)網(wǎng)硬件層劃分為
1.1互聯(lián)網(wǎng)核心硬件層
主要由互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)路由器，互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)交換機組成。他們在未來(lái)將成為互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統的硬件基礎。
1.2互聯(lián)網(wǎng)遠程傳感和運動(dòng)設備。
主要由視頻采集器，音頻采集器，傳感器，辦公設備，家用設備，生產(chǎn)設備等組成，他們通過(guò)各種互聯(lián)網(wǎng)線(xiàn)路與互聯(lián)網(wǎng)其他硬件層組成部分進(jìn)行連接。這一部分將形成互聯(lián)網(wǎng)的聽(tīng)覺(jué)，視覺(jué)，感覺(jué)和運動(dòng)神經(jīng)系統
1.3互聯(lián)網(wǎng)個(gè)人終端
主要由臺式機，筆記本電腦，手機，上網(wǎng)本以及其他供互聯(lián)網(wǎng)使用者連接入互聯(lián)網(wǎng)的設備組成?；ヂ?lián)網(wǎng)個(gè)人終端一頭聯(lián)接了互聯(lián)網(wǎng)使用者，另一頭通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)線(xiàn)路與互聯(lián)網(wǎng)核心硬件層或互聯(lián)網(wǎng)遠程傳感和運動(dòng)設備連接。人腦的知識功能區將通過(guò)它們的應用程序映射到互聯(lián)網(wǎng)中，并形成映射型虛擬神經(jīng)元
1.4互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路
主要由光纖，無(wú)線(xiàn)線(xiàn)路，電話(huà)線(xiàn)，有線(xiàn)電視網(wǎng)，同軸電纜和其他種類(lèi)線(xiàn)路組成，正是通過(guò)這些線(xiàn)路，互聯(lián)網(wǎng)的核心硬件層才能與互聯(lián)網(wǎng)個(gè)人終端，互聯(lián)網(wǎng)遠程傳感和運動(dòng)設備聯(lián)結成一個(gè)整體并進(jìn)行信息通訊。這一部分及其內部的信息通道將共同組成互聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)纖維。
2互聯(lián)網(wǎng)軟件層
互聯(lián)網(wǎng)軟件層是互聯(lián)網(wǎng)的中間層，也是互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦重要的組成部分，它負責激活和運行互聯(lián)網(wǎng)的硬件層，提供應用程序與互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)進(jìn)行交互，管理和維護互聯(lián)網(wǎng)中的信息，數據和資料?；ヂ?lián)網(wǎng)軟件層可被劃分成：
2.1互聯(lián)網(wǎng)操作系統
主要包括應用于服務(wù)器和個(gè)人電腦上的windows系統，Unix ，Linux，IBM OS, Mac OS等，應用于移動(dòng)手持設備的PalmOS、Symbian、Windows CE和Linux等。，驅動(dòng)視頻采集設備，音頻采集設備，各類(lèi)傳感器，辦公電子設備，家用電子設備，和生產(chǎn)用電子設備運轉的軟件和程序也可以看作互聯(lián)網(wǎng)操作系統集的一部分。
2.2 互聯(lián)網(wǎng)應用軟件
主要包含四大部分：
1)融合博客，威客（智力互動(dòng)問(wèn)答），電子郵件的互聯(lián)網(wǎng)應用，如新浪，雅虎的用戶(hù)系統，我們將這種與互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)交互的應用定義為人腦映射型虛擬神經(jīng)元。
2)對互聯(lián)網(wǎng)的信息，數據和資料進(jìn)行整理，挖掘和知識發(fā)現的互聯(lián)網(wǎng)應用程序，如谷歌的搜索引擎，ANGOSS軟件公司的KnowledgeSTUDIO，Comshare公司的Comshare Decision and Decision Web等，我們將這些軟件定義為數據整理和挖掘虛擬神經(jīng)元。
3)控制互聯(lián)網(wǎng)遠程傳感和運動(dòng)設備，并且將他們產(chǎn)生的數據傳輸給互聯(lián)網(wǎng)信息層的應用軟件，我們將它們定義為感覺(jué)和運動(dòng)虛擬神經(jīng)元。
4)其他類(lèi)型的互聯(lián)網(wǎng)應用軟件，如網(wǎng)絡(luò )游戲，防病毒軟件等。我們將它們定義為特異類(lèi)虛擬神經(jīng)元
3.互聯(lián)網(wǎng)信息層
從互聯(lián)網(wǎng)誕生的那一天起，互聯(lián)網(wǎng)的信息就成爆炸式增長(cháng)，這些信息的形式包括文字，二維圖片，文檔，視頻，聲音，三維圖像等，分布在互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器，路由器，交換機，用戶(hù)終端和互聯(lián)網(wǎng)虛擬神經(jīng)系統里。我們將這些分布在互聯(lián)網(wǎng)中的信息統稱(chēng)為互聯(lián)網(wǎng)數據海洋。
互聯(lián)網(wǎng)數據與互聯(lián)網(wǎng)軟件層不斷進(jìn)行交互。例如映射型虛擬神經(jīng)元向互聯(lián)網(wǎng)數據海洋提供互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的照片，博客文章，個(gè)人文檔等數據信息，感覺(jué)和運動(dòng)虛擬神經(jīng)元向互聯(lián)網(wǎng)數據海洋提供來(lái)自現實(shí)世界實(shí)時(shí)的聲音，視頻圖像，氣壓，水溫等數據信息，數據整理和挖掘虛擬神經(jīng)元可以互聯(lián)網(wǎng)數據海洋中整理和搜索出有價(jià)值的信息并傳送給互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的個(gè)人空間。
二?；ヂ?lián)網(wǎng)虛擬大腦的運行模式
我們在本文中提出互聯(lián)網(wǎng)最終將進(jìn)化成與人腦高度相似的組織結構，但是目前的互聯(lián)網(wǎng)仍然處在發(fā)展的早期，例如, 傳感器把來(lái)自現實(shí)世界的溫度，濕度，風(fēng)力等參數傳入到互聯(lián)網(wǎng)中的應用已經(jīng)出現，但目前主要存在于國家相關(guān)部門(mén)和科技機構的局域網(wǎng)里。目前雖然人們可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠程操控打印機，計算機，醫療設備，但遠程操控工作設備的情況還沒(méi)有大規模應用。因此我們通過(guò)對比成熟的互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦結構，對互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的運行模式進(jìn)行預測。
1?；ヂ?lián)網(wǎng)虛擬感覺(jué)和運動(dòng)神經(jīng)系統的運行模式
從神經(jīng)生物學(xué)角度看，感覺(jué)可以按照其發(fā)生的感覺(jué)通道分為以下五種基本種類(lèi)，即視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、和軀體感覺(jué)，其中軀體感覺(jué)又包括觸覺(jué)、痛覺(jué)、溫度覺(jué)、體位覺(jué)、運動(dòng)覺(jué)和震動(dòng)覺(jué)[4]。軀體感覺(jué)是從感受器開(kāi)始的，感受器指的是分布在機體上的用來(lái)接收機體外刺激的專(zhuān)門(mén)機構[5]。人的視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)也是感覺(jué)神經(jīng)系統的一種，光和聲音引起感受細胞的興奮，其信號經(jīng)神經(jīng)系統加工后便產(chǎn)生視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)。
腦的運動(dòng)神經(jīng)系統有與控制運動(dòng)密切相關(guān)的各種結構組成。腦的運動(dòng)系統發(fā)出指令至肌肉和腺體等外周的運動(dòng)器官，通過(guò)肌肉的收縮以完成運動(dòng)[6]。
互聯(lián)網(wǎng)軀體感覺(jué)神經(jīng)系統的感受器主要將由電子傳感器組成，它能夠探測、感受外界的信號、物理條件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），一些部門(mén)如水利部門(mén)，電力部門(mén)將電子傳感器安放在土壤，空氣，水系，森林，電力設備，鐵路或公路設施中，并將氣溫，水壓，電壓，車(chē)速，風(fēng)速等信號通過(guò)網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路傳輸到中央服務(wù)器，供測量人員隨時(shí)監控自然和工作環(huán)境的變化。與互聯(lián)網(wǎng)連接的電子傳感器將向更多領(lǐng)域擴展，如機械設備，家庭用具，物流系統，甚至安放在人體內，這些傳感器將不斷向互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統發(fā)送所在物體的狀態(tài)和位置信息。
互聯(lián)網(wǎng)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)系統的感受器主要由視頻采集器和聲音采集器構成。常見(jiàn)的設備有攝像機，監視器，數碼相機。在很長(cháng)一段時(shí)間這些設備主要被運用于視頻會(huì )議、遠程醫療及實(shí)時(shí)監控等方面。目前也大量應用于互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)之間的交談和溝通，除此之外，互聯(lián)網(wǎng)虛擬視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)系統還可以應用于旅游，娛樂(lè )，學(xué)習和科研等領(lǐng)域，例如可以在森林，草原，海洋，沙漠和太空中安放攝像頭供世界各地的互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)實(shí)時(shí)觀(guān)看，旅游者可以坐在家里觀(guān)看非洲獅捕獵角馬的場(chǎng)景，學(xué)生在課堂上可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)地觀(guān)察亞馬遜森林的生態(tài)系統，科研人員可以在實(shí)驗室里探索來(lái)海洋深處，火山內部，太空遠處的視頻，音頻（無(wú)線(xiàn)電波）信號。
對于互聯(lián)網(wǎng)運動(dòng)神經(jīng)系統，目前通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)遠程控制打印機，傳真機，家用電器的應用已經(jīng)相當普遍，無(wú)論是設備驅動(dòng)程序還是相關(guān)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，也已相當成熟。它應用將可以向更多領(lǐng)域擴展。例如工人可以坐在安全的工作環(huán)境中遠程操控挖掘機，粉碎機，建筑設備完成復雜，艱苦和危險的任務(wù)。醫生可以遠程操控手術(shù)刀和內窺鏡完成不同地區病人的手術(shù)工作?？茖W(xué)家可以遠程操控深海探測器，太空飛船進(jìn)行科研工作。
互聯(lián)網(wǎng)虛擬感覺(jué)和運動(dòng)神經(jīng)系統在成熟后，主要有兩種運行模式：
第一種是互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)直接操控模式（圖3），流程為（1）互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)登陸個(gè)人終端 （2）個(gè)人終端運行個(gè)人空間應用程序（映射型虛擬神經(jīng)元）（3）個(gè)人空間相關(guān)應用程序與遠方傳感器，工作設備的驅動(dòng)程序進(jìn)行接駁 （4）互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)通過(guò)個(gè)人空間界面直接操控傳感器，視頻，音頻和辦公設備進(jìn)行活動(dòng)
圖3 互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)直接操控模式運行圖
第二種是互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的間接獲取模式（圖4），流程為（1）傳感器，視頻，音頻采集器，工作設備在本身的程序（或在數據整理和挖掘虛擬神經(jīng)元）的驅動(dòng)下，自動(dòng)運行 （2）傳感器，視頻，音頻采集器，工作設備在運行中得到的相關(guān)數據進(jìn)入到互聯(lián)網(wǎng)的數據海洋中。（3）互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)通過(guò)個(gè)人終端的個(gè)人空間應用程序（映射型虛擬神經(jīng)元）與數據整理和挖掘虛擬神經(jīng)元接駁并獲取數據。
圖4 互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)間接獲取模式運行圖
4.2 互聯(lián)網(wǎng)自主神經(jīng)系統的運行模式
人的自主神經(jīng)系統的作用主要是調節內臟的活動(dòng)。由于內臟的活動(dòng)不受意識的直接控制，很難像骨骼肌運動(dòng)一樣，可以“隨意”運動(dòng)，因此稱(chēng)之為自主神經(jīng)系統[7]。
我們在第二章“互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的結構“中提到，互聯(lián)網(wǎng)軟件層包含了一種虛擬神經(jīng)元---數據整理和挖掘虛擬神經(jīng)元，這種神經(jīng)元應用了人工智能，知識發(fā)現和數據挖掘領(lǐng)域的算法，針對互聯(lián)網(wǎng)中的信息，數據和資料進(jìn)行處理。其處理的結果通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)供個(gè)人用戶(hù)和機構用戶(hù)查閱和研究。因為這一類(lèi)神經(jīng)元包含了預先存放的算法和知識，在運行時(shí)并不需要人的主動(dòng)控制，因此他們將構成互聯(lián)網(wǎng)的自主神經(jīng)系統。下面我們以網(wǎng)絡(luò )蜘蛛和Wolfram Alpha作為案例進(jìn)行介紹。
Google的網(wǎng)絡(luò )蜘蛛（Web Spider）是通過(guò)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)的鏈接地址來(lái)尋找其他網(wǎng)頁(yè)，并將其存入到google數據庫的一種自動(dòng)程序，最終結果實(shí)現對互聯(lián)網(wǎng)數據的整理和歸類(lèi)。
2009年5月名為Wolfram Alpha正式在美國上線(xiàn)，這種新型搜索引擎應用數據挖掘和知識發(fā)現的方法。將互聯(lián)網(wǎng)的信息進(jìn)行重新整理。當用戶(hù)查詢(xún)時(shí)，不僅僅返回若干毫無(wú)關(guān)聯(lián)的頁(yè)面。而是圍繞問(wèn)題形成較為系統的知識表達。例如在被問(wèn)到“珠穆朗瑪峰有多高”之類(lèi)的問(wèn)題時(shí)，WolframAlpha不僅能顯示海拔高度，同時(shí)還會(huì )標出這座世界第一高峰的地理位置、附近有什么城鎮，以及一系列圖表，上述網(wǎng)絡(luò )蜘蛛Wolfram Alpha的應用都屬于數據整理和挖掘虛擬神經(jīng)元。
除了上述應用外，我們在上一小節“互聯(lián)網(wǎng)虛擬感覺(jué)和運動(dòng)神經(jīng)系統的運行模式“提到的第二種運行模式也是一種自主神經(jīng)系統的運行模式。即數據整理和挖掘虛擬神經(jīng)元與互聯(lián)網(wǎng)虛擬感覺(jué)，視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，運動(dòng)系統的結合。設計者可以將算法和規則放入到數據整理和挖掘虛擬神經(jīng)元（或直接放入到感覺(jué)或運動(dòng)神經(jīng)元）中，當從互聯(lián)網(wǎng)虛擬感覺(jué)，視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)系統獲得信號觸發(fā)，數據整理和挖掘虛擬神經(jīng)元便開(kāi)始驅動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)虛擬運動(dòng)系統或其他系統完成特定功能。
例如連結到互聯(lián)網(wǎng)的傳感器將氣壓，濕度，溫度等參數發(fā)送給互聯(lián)網(wǎng)的特定應用程序（數據整理和挖掘虛擬神經(jīng)元），經(jīng)過(guò)運算如果符合下雨的條件設定，程序受到觸發(fā)，激活互聯(lián)網(wǎng)虛擬運動(dòng)神經(jīng)元，遠程控制野外設備如收割機，挖掘機打開(kāi)防雨設備。
圖5 互聯(lián)網(wǎng)自主神經(jīng)系統運行圖
從圖5我們可以看到互聯(lián)網(wǎng)自主神經(jīng)系統主要有兩種運行模式：1）對互聯(lián)網(wǎng)的數據海洋數據進(jìn)行整理和挖掘，并將結果根據需求傳遞給映射型虛擬神經(jīng)元2）數據整理和挖掘神經(jīng)元用內置的算法和規則控制運動(dòng)虛擬神經(jīng)元，感覺(jué)虛擬神經(jīng)元，并最終控制機器設備。
4.3 人腦映射型虛擬神經(jīng)元的運行模式
我們在第一章指出用知識管理的方法，互聯(lián)網(wǎng)個(gè)人空間對應了人腦中不同的知識領(lǐng)域。如博客對應了共享知識，智力互動(dòng)問(wèn)答對應了可交易知識和問(wèn)題，電子郵箱對應了非公開(kāi)信息。事實(shí)上雅虎，新浪，搜狐等網(wǎng)站的用戶(hù)系統已經(jīng)實(shí)現了這些功能的融合。
從本章前四節的討論中我們可以看到互聯(lián)網(wǎng)的虛擬感覺(jué)神經(jīng)元，虛擬視覺(jué)神經(jīng)元，虛擬聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)元，虛擬運動(dòng)神經(jīng)元和數據整理和挖掘神經(jīng)元都與映射型虛擬神經(jīng)元發(fā)生聯(lián)系。這個(gè)現象提示我們在人腦映射型虛擬神經(jīng)元中一定將會(huì )出現與上述5種神經(jīng)元聯(lián)結的接口。
例如互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)可以登陸到自己的個(gè)人空間中，通過(guò)個(gè)人空間的虛擬運動(dòng)神經(jīng)接口，遠程操控家庭吸塵器清掃房間，也可以通過(guò)個(gè)人空間的虛擬視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)系統接口，實(shí)時(shí)體驗森林，沙漠或草原的自然風(fēng)光。
圖6 映射型虛擬神經(jīng)元結構圖
從圖6 我們可以看到成熟的人腦映射型虛擬神經(jīng)元將包含博客，個(gè)人智力問(wèn)答（威客），電子郵箱，即時(shí)通訊軟件，和數據整理與挖掘神經(jīng)元聯(lián)結的接口一，和虛擬聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)元聯(lián)結的接口二，和虛擬聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)元聯(lián)結的接口三，和虛擬軀體感覺(jué)系統聯(lián)結的接口四，和虛擬運動(dòng)神經(jīng)元結合的接口五。和其他互聯(lián)網(wǎng)應用軟件聯(lián)結的接口六等。
4.4 互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統的運行模式
根據位置和功能，神經(jīng)系統可分為中樞神經(jīng)系統和周?chē)窠?jīng)系統，其中中樞神經(jīng)系統（central nervous system）包括腦和脊髓, 它是在動(dòng)物的神經(jīng)系統集中化的過(guò)程中，作為其形態(tài)上的中心和在機能上的中樞而被分化出來(lái)的部位。中樞神經(jīng)系統有控制和調節整個(gè)機體活動(dòng)的功能[6]。
從互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的角度看，互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統的硬件基礎是互聯(lián)網(wǎng)的核心服務(wù)器以及聯(lián)結他們的路由器和交換機，在這些硬件設備上統一運行的虛擬感覺(jué)神經(jīng)元，聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)元，視覺(jué)神經(jīng)元，運動(dòng)神經(jīng)元，數據整理和挖掘神經(jīng)元，映射型神經(jīng)元等互聯(lián)網(wǎng)應用程序將構成互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統的軟件基礎，包含文字，音頻，視頻，文檔等信息的數據海洋將組成互聯(lián)網(wǎng)中樞神經(jīng)系統的信息基礎（圖7）。
圖7 互聯(lián)網(wǎng)虛擬中樞神經(jīng)系統
從2007年開(kāi)始，互聯(lián)網(wǎng)的核心服務(wù)器和應用也開(kāi)始出現集中化的趨勢，2007年9月Google和IBM提出和推廣的云計算就代表了這種趨勢。通俗的講，云計算就是將傳統上分散在個(gè)人計算機上的應用集中在若干個(gè)大型服務(wù)器中，互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)通過(guò)終端使用大型服務(wù)器提供的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，如在線(xiàn)辦公軟件，在線(xiàn)游戲軟件，在線(xiàn)殺毒軟件，在線(xiàn)財務(wù)軟件等等。從云計算的這些特點(diǎn)看，它具備了互聯(lián)網(wǎng)虛擬中樞神經(jīng)系統的雛形。
