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第二章 互联网进化规律的发现与分析 作者：刘锋 彭庚 刘颖 发布时间：2008-5-1 |
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本文2008年5月投稿，2008年9月发表在中国科技论文在线（网络期刊允许二次发表），2009年3月发表在人类工效学期刊2009年第一期《从人脑的结构机理看互联网的进化>http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_rlgxx200901003.aspx
1. 互联网两个重要问题的提出
互联网诞生于美国国防部高级研究计划署1969年所组建的计算机网络ARPANET。互联网应用从最初的Ftp、电子邮件、电子公告牌等简单形态发展到目前的电子商务、博客、维基百科、社会化网络、搜索引擎、即时通讯、视频播放等多种形态。在这些繁杂混乱的现象背后，我们提出互联网发展的两个重要问题:
第一，互联网的发展有没有规律可循？
第二，互联网发展的最终结果将会怎样？
从2005年开始，互联网领域陆续涌现出的web2.0、长尾理论、维基经济学、海星组织等概念和理论，从不同方面探讨和描述了互联网的一些发展规律。总体上看，它们是对网络经济的表象和特征的描述，并不能有效地回答这两个问题。我们从2005年7月开始在中国科学院研究生院对上述问题进行了研究，大量分析了互联网领域中的出现的新现象，逐步形成了互联网有规律进化的思路。
2. 互联网进化规律的发现过程
2.1．互联网发展史的研究
从人类发展史看，人类进步就是一部包含了其感觉和运动器官不断延长的历史。棍棒延伸了双臂，石头延伸了拳头，汽车、火车延伸了双腿，望远镜、显微镜延伸了眼睛，传递信号的锣、鼓、电话线延伸了耳朵，大工业革命后出现的公路网、铁路网、飞机航线、海运航线的出现最终使人类四肢实现联网（图2）。
图2 人类感觉和运动器官延长图
与此同时，人类大脑的延伸也一刻没有停止。结绳、算盘、数筹的出现就是早期的例证。1753年2月17日，几乎是在工业革命开始的同时，署名为C"M的作者在“苏格兰人”杂志上叙述了“电流通信机”的结构。1837年英国人库克的电报机发明在人类的远程通讯史上走出了第一步。1876年Bell发明的电话构建了今天互联网的线路基础。1946年，在美国诞生的电子计算机使人类大脑实现质的延伸。20世纪50年代产生了计算机之间的通信方式——数据通信[3]。
人类用两百年的时间为互联网诞生做好了准备，1969年，由美国国防部高级研究计划局所组建的计算机网络ARPANET实现四台计算机的联网，此后整个互联网就从用于军事研究目的的这四台计算机开始膨胀到现在的几百万台服务器和种类繁多的互联网应用。 从1969年开始的40年里，台式机，笔记本电脑，3G手机的出现无一不是增加人脑与互联网的连接时间。人脑中的信息和知识不断与互联网里的信息和知识进行交互。 互联网的发展史告诉我们，互联网不仅仅是机器的联网，它更是为了加强人脑之间的互联网互通。因此，我们提出了这样的互联网定义：
定义一： 互联网是由网络线路、计算机节点、人脑和在它们之间储存和流动的数据等四个部分组成的网络结构（图3）。
图3 互联网新定义的网络结构
这个定义最大的特点是把人脑，和人脑中的数据也作为互联网的一部分。它将是我们绘制互联网虚拟大脑结构图的重要基础。
2.2 发现互联网与人脑结构之间的相似性
从技术的角度看，包括互联网的新闻类网站，电子商务网站，博客类网站，智力互动问答类网站，维基百科类网站，SNS类网站，搜索引擎类网站等至少九种互联网应用，都是从电子公告牌这个互联网最原始的应用元素变形和分离出来的结果（图4）。
图4 电子公告牌的功能分离
从2007年开始， BBS分离出来的博客、互动问答（威客）与电子邮件、远程网络软件又开始融合起来，相关的应用在雅虎，新浪等门户类网站的用户系统中已经得到体现。前面我们提到互联网进化的目标是使人类的大脑充分联网，但是目前互联网不可能通过物理手段直接将线路和信号接驳到人的大脑中。互联网进化过程中，将会采取什么方法进行应对呢？。
知识管理对知识有一种划分，显性知识和隐性知识。我们对这种划分方法进行了扩充，将人脑的功能从知识层面划分成1）共享知识区，例如免费给人指路的信息。2）可交易知识区，例如医生的专业知识必需等病人挂号后才能表达。3）问题区，例如学生不知道答案的数学难题。4）隐私区，例如个人或几个朋友之间的隐私信息。5）运动控制功能区，例如人用筷子夹菜的能力或者用手指打键盘的能力。把这些区域组合起来就形成图5左边的人脑知识功能区。
图5 人脑知识功能区与互联网个人空间的对应关系图
如果我们将人脑知识功能区与互联网个人空间进行对比，可以看到共享知识区对应了博客，可交易知识区和问题区对应了智力互动问答，隐私区对应了电子邮箱，运动控制功能对应了网络软件（图5右边）。因此可以得出这样的结论，人脑的知识功能区通过互联网个人空间被映射到互联网中。
在互联网中，电子邮件和网络远程软件需要通过光纤，电话线里的数据通道与其他人或设备进行联系。我们把这个数据线路也描绘出来（图6左图），可以看出它与图6右图中真实的神经元十分相似，在神经学中，神经元的胞体是信息处理中心，树突和轴突负责与外界进行信息沟通。因此可以这样类比，互联网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。我们将互联网这一结构命名为互联网的映射型神经元。
图6 互联网虚拟神经元与人类大脑神经元
如果这些互联网虚拟神经元相互连接在一起，将形成互联网虚拟神经网状结构，如图7所示。这一结构目前在互联网中已经出现，如www.yahoo.com.cn的站长天下系统，www.witkey.com的威客地图系统，互联网虚拟神经网状结构的描绘，是否意味着互联网进化的结果与人类大脑结构是否有关系？
图7 互联网虚拟神经网状结构
2007年7月 中国水利部部门开始在土壤，河流，空气中安放传感器，及时将气温，湿度，风速等数据通过互联网传输到信息处理中心，形成报告供防汛抗旱决策使用。环境部门在自然界安置联网的传感器供环境监测系统使用，这启发我们联想到了大脑中的躯体感觉神经系统。
2007年，Google推出了“街景“服务，即在城市中安装安装多镜头摄像机，互联网用户可以实时观看丹佛、拉斯维加斯、迈阿密、纽约和旧金山等城市的风貌，这些项目使我们联想到了大脑中的视觉和听觉系统。
从20世纪90年代，通过局域网或城域网远程操控打印机，复印机的应用已经出现，到21世纪前十年，医生通过远程网络进行手术的案例已经十分普遍，这些远程操控机器设备的应用启发我们联想到人脑中的运动神经系统[2].。
种种互联网的发展迹象提示我们互联网正在向着与人类大脑结构类似的方向进化，上述现象的观察和思考是我们提出互联网虚拟大脑设想的重要原因和基础。
3．互联网两个重要问题的解答
根据前面的研究，本文认为，互联网起源和进化的最终目标是为了实现人类大脑的充分联网，这一目标产生了强大的拉动力，不断引导互联网向前发展，这就是互联网发展的规律。互联网进化的最终结果是，第一，实现人类大脑的充分联网。第二，形成一个与人类大脑高度相似的互联网虚拟大脑（图8）。
图8 互联网虚拟大脑结构简图
4．互联网虚拟大脑的初步介绍
下面将从互联网虚拟运动神经系统，互联网虚拟视觉神经系统，互联网虚拟躯体感觉神经系统，互联网虚拟听觉神经系统，互联网虚拟记忆系统等五个方面进行简要阐述，更为详细的介绍请参考第四章，互联网虚拟大脑的结构与功能
4.1互联网虚拟感觉系统
从神经生物学角度看，感觉可以按照其发生的感觉通道分为以下五种基本种类，即视觉、听觉、嗅觉、味觉、和躯体感觉，其中躯体感觉又包括触觉、痛觉、温度觉、体位觉、运动觉和震动觉[4]。躯体感觉是从感受器开始的，感受器指的是分布在机体上的用来接收机体外刺激的专门机构[6]。下面我们看一下互联网虚拟躯体感觉系统的发展情况，目前已有机构在河流、土地、空气中安放传感器，通过网络进行汇总，实时监控温度、湿度、风速、气压等等。这是互联网虚拟躯体感觉系统的萌芽。随着互联网的深入发展，我们认为这些被安放在城市、海洋、太空、沙漠、森林等世界每一个角落的传感器，将源源不断的向互联网虚拟大脑传送地球各个方面的感觉信息，供互联网虚拟大脑神经元进行处理，如图4中的虚拟感觉系统部分。
4.2互联网虚拟视觉和听觉系统
互联网虚拟视觉系统和虚拟听觉系统起源于安放在家庭、工厂、旅游区、交通路口的监视器和视频录制系统，它们将收集到时视频信号，音频信号通过互联网进行汇聚。这一应用目前已经相当普及和发达，这些视频音频录制系统将发展为互联网虚拟视觉系统和虚拟听觉系统，收集来自城市、海洋、太空、沙漠、森林等世界每一个角落的图像和声波（包括无线电波）。这些信息也会传送给互联网虚拟大脑供互联网虚拟大脑神经元进行处理，参见图4中的虚拟听觉系统和虚拟视觉系统部分。
4.3 互联网虚拟运动系统
互联网虚拟运动系统起源于机械设备的远程控制，目前人们已经可以通过局域网和互联网远程控制打印机、小家电、手术刀等。随着互联网的发展，这些远程设备将更加灵敏和强大，互联网用户将可以通过各自的互联网虚拟大脑神经元进而经过互联网的虚拟运动系统远程操控挖掘机、潜水器、收割机、家用电器、工厂生产设备和仪器等，参见图4中的虚拟运动系统部分。
4.4 互联网虚拟大脑皮层
从神经生物学角度看，大脑皮层是种系发生学上最新的部分，管理一系列庞大的识别和认知过程，该过程与情感行为、运动功能、躯体感觉的感知、整合以及记忆功能有关[6]。神经生物学按功能将人类大脑皮层分为如下功能区[6]，如图9所示。
图9 人类大脑皮层的功能分区
互联网虚拟神经元将处理虚拟感觉系统、虚拟视觉系统、虚拟听觉系统、虚拟运动系统的信息。根据处理信息的类型和领域的不同，这些虚拟神经元可以进一步划分和聚合成不同的区域。除此之外，互联网用户也会因为不同的兴趣聚合在一起，如新闻社区、学习社区、游戏社区的等等。这些区域同自然界人类大脑皮层的功能性划分是类似的。目前互联网用户以博客为单位正在以兴趣和爱好为动力进行聚合的社区化演变。人们在这些社区内认识朋友，交换个人信息，对共同感兴趣的信息进行讨论。以互联网虚拟大脑神经元为单位的互联网区域就形成了互联网虚拟大脑皮层。随着互联网虚拟大脑神经元（互联网用户）的增多和互联网社区的不断涌现，互联网虚拟大脑皮层将不断发育和增厚，如图10所示。
图10 互联网虚拟大脑皮层
4.5 互联网虚拟记忆系统
有证据表明，人类记忆的巩固需要海马到大脑皮层的输入重复达一到三年之久，大脑皮层的记忆编码在三年后变得相当可靠而无须来自海马输入的进一步强化[5]（海马在解剖上被看作是侧脑室颞角的一个内侧凸起[6]）。
当互联网虚拟视觉系统，互联网虚拟听觉系统和虚拟躯体感觉系统出现并逐渐完善后，它们收集的数据将首先存放在互联网信息处理中心服务器中进行筛选和整理。这些服务器将担当互联网虚拟大脑的海马区功能。互联网用户通过各自的互联网虚拟大脑神经元从这个中央信息处理中心获得需要的信息，并转移到自己的虚拟神经元以及所在的互联网社区和兴趣小组里，这个过程就实现了记忆信息从互联网虚拟海马区向互联网虚拟大脑皮层的扩散和转移，参见图4中的互联网虚拟海马区与互联网虚拟大脑皮层。
5．互联网目前所处的发展阶段
从互联网的进化论中我们可以推断出互联网最终将进化成一个非常类似于人类大脑的组织，那么当前互联网处在一个什么样的发展阶段。
纵观目前世界互联网发展状况。我们注意到互联网虚拟神经元还仅仅进化到可共享知识区（博客）繁荣的阶段，可交易知识区，问题区，即时通讯软件还没有大范围的与博客进行结合。因此互联网虚拟神经元还处在进化的初级阶段。
互联网的虚拟视觉系统和听觉系统随着互联网视频和音频的兴起已经开始发育，人们已经可以把拍摄录制现实世界的景象和声音上传到互联网中，监控器直接把图像和声应传到互联网中供所有互联网用户查看的应用还没有普及，因此互联网的虚拟视觉系统和听觉系统也处在进化的初级阶段。
安放在世界各地的传感器把来自现实世界的温度，湿度，风力等参数传入到互联网中的应用还没有出现，这种现象目前还主要存在于国家相关部门和科技机构的局域网里。因此互联网的虚拟躯体感觉系统也处在萌芽阶段。
目前人们可以通过互联网远程操控打印机，计算机，医疗设备，但大规模的操控工作设备的情况还没有出现，因此互联网的虚拟运动神经系统也没有发育成熟。
目前分散在世界各地的互联网服务器接受和储存大量的数据，应该说互联网虚拟记忆神经系统已经存在，但这个系统十分分散，前文提到互联网虚拟海马区和互联网虚拟大脑皮层还十分分散和不成熟，因此互联网的虚拟记忆神经系统处在进化的萌芽阶段。
总体上看目前互联网还处在进化的初级阶段，离完整的互联网虚拟大脑结构还有相当远的距离。
6． 互联网虚拟大脑与人类大脑的对比研究
我们知道人类的大脑结构并不是古已有之，它是从鱼的大脑进化到爬行动物的大脑，再进化到哺乳动物的大脑，最后进化到人类的大脑。如果解剖人脑，我们可以清晰的看到类鱼、类爬行动物、类哺乳动物的结构在人脑中泾渭分明[5]。
同时人类从受精卵发育成异常复杂的大脑结构时，存在一种叫做靶细胞的组织，没有人类有意识的干预，数以亿计的脑细胞沿着复杂但又精确的路径，有序的朝着靶细胞发展。通过这种有方向的发育，大脑的各种组织逐渐清晰成熟[3]。
通过上文的描述，我们认为，从Ipv4到Ipv6，电话线到光纤，电子公告牌的功能分离，搜索引擎的崛起，云计算的萌发以及互联网网站之间的兼并，从表面上看是人类在经济利益驱动下的成果，但事实是整个互联网正在从一个结构分散的，功能不成熟的组织架构向着与成熟人脑结构非常类似的方向进化，如图11所示。
图11 互联网虚拟大脑与人脑模型的图示对比
互联网进化规律所提出的最重要结论就是人脑结构是互联网发展的目标。 如果这个结论成立的话，我们认为通过比较互联网的结构和人类大脑的结构，我们进一步揭开他们发展的秘密。对比见下表。
表1 互联网虚拟大脑与生物大脑研究对比
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互联网虚拟大脑 |
大脑 |
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进化时间 |
40年左右（1969--2008） |
数亿年[5] |
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进化速度 |
异常快速 |
异常缓慢 |
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发育程度 |
萌芽和早期 |
相当完整成熟 |
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观察尺度 |
非常庞大，观察方便 |
精密，活体难观察 |
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了解程度 |
非常熟悉 |
部分了解，深层次不了解 |
通过这张表我们可以得出这样的结论：互联网虚拟大脑和人类大脑对于科学研究非常互补，我们在未来的几十年里有可能可以同时了解双方的特点，用已经了解的人类大脑结构我们可以预测互联网下一步的发展动向。（注意不是规划），同样随着时间的推移，由于互联网进化速度异常快速，我们可以对比发现越来越多人脑的秘密，我们目前已经可以断言人脑中应存在地址编码系统，搜索引擎系统，希望看到神经学科学家在这方面的进展。
参考文献：
[1] Leiner, B.M., Cerf, V.G., Clark, D.D., Kahn, R.E., Kleinrock, L., Lynch, D.C., Postel, J., Roberts, L.G. & Wolff, S. ( 2003) A Brief History of the Internet, Internet Society, Retrieved May 13, 2003, http://www.isoc.org/internet/history/brief.shtml
[2]Feng Liu，Lingling Zhang and Jifa Gu，The Application of Knowledge Management in the Internet--- Witkey Mode in China[J]，Japan：International Journal of Knowledge and Systems Sciences，Vol. 4 ,No. 4, 2007：32-41
[3]徐科主编，神经生物学纲要[M]，北京：科学出版社，2000：6
[4]尹文刚著，神经心理学[M]，北京：科学出版社，2007：92-94
[5]澳大利亚John.C,Eccles著，潘泓译，脑的进化[M]，上海：上海世纪出版集团，2007：179-181，194-197
[6] Ben greenstein,Adam greenstein（英）原著，师蔚，王芳茹主译，神经科学彩色图谱[M]，西安：世界图书出版公司，，2003：32-33，132，318-332
[7]白丽敏 李亚东 主编，神经解剖学[M]，北京：中国中医药出版社，2003：7，86-91，
