如今的系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)回路模擬研究領(lǐng)域，一篇論文可能包含數(shù)百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)、上千頁(yè)補(bǔ)充材料，以及復(fù)雜到令人生畏的多維分析結(jié)果。

這些數(shù)據(jù)量之龐大，已經(jīng)超出了普通人類(lèi)的認(rèn)知極限——很多有價(jià)值的洞見(jiàn)常常被數(shù)百頁(yè)的補(bǔ)充圖表淹沒(méi)，想要找到自己關(guān)心的細(xì)節(jié)，往往需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力搜索。我們就像在試圖用茶匙舀干大海，只能勉強(qiáng)掬取一小部分信息。

好在技術(shù)的進(jìn)步為我們提供了新的可能：一種被稱(chēng)為“論文機(jī)器人”（Paper-bot）的智能工具。設(shè)想一下，通過(guò)引入這種強(qiáng)大的AI工具，科學(xué)家們不僅能夠更高效地處理海量數(shù)據(jù)；還能讓讀者直接與研究數(shù)據(jù)互動(dòng)，從而獲得個(gè)性化的科學(xué)見(jiàn)解；甚至，還能跨越研究進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，探索科學(xué)領(lǐng)域的全貌。

這將不僅是技術(shù)的進(jìn)步，更是科學(xué)傳播方式的一場(chǎng)革命。本文將開(kāi)放性地探討，科學(xué)出版模式從傳統(tǒng)線性論文向交互式“論文機(jī)器人”的轉(zhuǎn)變，將如何徹底改變我們理解、分析和交流復(fù)雜科學(xué)研究成果的方式。

未來(lái)論文的數(shù)據(jù)復(fù)雜性日益增加

系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)論文，最終會(huì)是什么樣的？

根據(jù)系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)在過(guò)去一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展軌跡，我們或許可以這樣設(shè)想：

首先，論文將匯總?cè)祟?lèi)從出生到死亡每個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)情況。利用更完善的“分子記錄帶”（molecular ticker tape）技術(shù)，神經(jīng)元每發(fā)出一個(gè)電脈沖，都會(huì)在其蛋白鏈上加上一段熒光分子。通過(guò)對(duì)這些蛋白鏈進(jìn)行測(cè)序，可以獲得神經(jīng)元整個(gè)生命周期內(nèi)神經(jīng)活動(dòng)的完整歷史記錄。同時(shí)對(duì)每個(gè)神經(jīng)元的mRNA進(jìn)行測(cè)序，可以確定它屬于10.4萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元類(lèi)型中的哪一種。

?《人生七年》系列紀(jì)錄片. 圖片來(lái)源：豆瓣

論文還將詳細(xì)報(bào)告?zhèn)€體行為的每一個(gè)細(xì)節(jié)。利用肌肉內(nèi)的分子傳感器預(yù)測(cè)肌肉運(yùn)動(dòng)：通過(guò)分析控制每只眼球的三對(duì)肌肉的收縮模式，推斷眼球運(yùn)動(dòng)；下巴、喉部、嘴唇和舌頭的肌肉收縮模式，推測(cè)言語(yǔ)活動(dòng)；甚至，通過(guò)視網(wǎng)膜安裝的攝像頭、納米級(jí)耳蝸植入裝置以及穿在衣物上的柔性二維攝像片，捕捉個(gè)體所見(jiàn)所聞的一切。

基于這一前多未有的數(shù)據(jù)集，論文將訓(xùn)練一個(gè)擁有1000層和2萬(wàn)億參數(shù)的深度網(wǎng)絡(luò)，稱(chēng)為“變換器生成式深度動(dòng)力學(xué)網(wǎng)絡(luò)”（Transformer Generative Deep Dynamics network，TraGeDy Net），基于神經(jīng)活動(dòng)預(yù)測(cè)個(gè)體余生每時(shí)每刻的行為，且決定系數(shù)（R^2）可達(dá)到0.99。

最終，這樣的“終極論文”可以成功地將人類(lèi)生命周期的神經(jīng)元級(jí)別神經(jīng)活動(dòng)完整映射到其實(shí)時(shí)行為軌跡上。

那么，這個(gè)關(guān)于“終極論文”的思想實(shí)驗(yàn)給我們帶來(lái)了怎樣的啟示？

未來(lái)的數(shù)據(jù)只會(huì)變得更加復(fù)雜。在這個(gè)由860億個(gè)神經(jīng)元構(gòu)成的人類(lèi)大腦中，每一個(gè)電脈沖加起來(lái)會(huì)生成令人望而生畏的高維數(shù)據(jù)。

?《神經(jīng)沖動(dòng)：2.1秒內(nèi)穿越大腦的史詩(shī)之旅》，Mark Humphries著作. 圖源：Princeton University Press

在《神經(jīng)沖動(dòng)：2.1秒內(nèi)穿越大腦的史詩(shī)之旅》一書(shū)中曾做過(guò)一個(gè)粗略的計(jì)算，僅僅是皮層中，一個(gè)普通人類(lèi)的一生會(huì)產(chǎn)生約340億次神經(jīng)沖動(dòng)。如果將這些數(shù)據(jù)可視化，這將是一幅讓人頭暈?zāi)垦５臇鸥駡D。而行為數(shù)據(jù)還遠(yuǎn)不止于此——僅是每隔幾毫秒捕捉一幀像素的圖像，其數(shù)據(jù)規(guī)模就已經(jīng)難以應(yīng)付。

這樣的論文確實(shí)震撼人心，但恐怕沒(méi)有人會(huì)愿意去讀。數(shù)據(jù)量實(shí)在是太大了！

“論文機(jī)器人”解決論文線性化

而科學(xué)非線性化發(fā)展的矛盾

事實(shí)上，我們已經(jīng)邁入了這樣一個(gè)時(shí)代：越來(lái)越多的系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)研究，尤其是神經(jīng)回路巨型模擬相關(guān)論文，已經(jīng)復(fù)雜到超出了任何一個(gè)研究者從頭到尾全面理解的程度。一些研究論文動(dòng)輒超過(guò)100頁(yè)，附帶數(shù)十張補(bǔ)充圖表——簡(jiǎn)直就像一篇“偽裝成期刊論文”的博士論文全文。

PDF文本，顯然并不是如此復(fù)雜數(shù)據(jù)的最佳傳遞方式。我們的出版模式勢(shì)必要改變，并且最好在到達(dá)“終極論文”之前就完成轉(zhuǎn)型。

?利用連接組數(shù)據(jù)工具觀察觸角葉中神經(jīng)元和突觸之間的連接. 圖源：CATMAID

從已有的一些數(shù)據(jù)密集型研究中，我們已經(jīng)可以窺見(jiàn)未來(lái)出版模式的雛形：

- FlyWire團(tuán)隊(duì)通過(guò)一個(gè)門(mén)戶(hù)網(wǎng)站CATMAID，發(fā)布成年雌性果蠅大腦的完整連接組數(shù)據(jù)，同時(shí)詳細(xì)說(shuō)明數(shù)據(jù)收集的過(guò)程，并提供訪問(wèn)和查詢(xún)數(shù)據(jù)的工具。

- 艾倫腦科學(xué)研究所（Allen Brain Institute）已經(jīng)追求這種模式超過(guò)十年，針對(duì)不同物種的神經(jīng)元類(lèi)型和神經(jīng)元連接數(shù)據(jù)集提供了接口。

- 藍(lán)腦計(jì)劃（Blue Brain Project）同樣提供了針對(duì)小鼠大腦細(xì)胞類(lèi)型和數(shù)量的綜合界面。

然而，這些資源的發(fā)布仍然以固定的、密集的論文文本形式最終輸出。后續(xù)科學(xué)研究基于這些論文展開(kāi)，產(chǎn)生更多論文，描述日益復(fù)雜的數(shù)據(jù)。這種傳統(tǒng)的科學(xué)交流形式和出版模式需要突破，為新時(shí)代的復(fù)雜數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)研究提供支持。

那么，如何邁出下一步，徹底擺脫傳統(tǒng)論文的束縛？答案是：用一個(gè)“論文機(jī)器人”（paper-bot）來(lái)取而代之。

?目前已推出的一款“論文機(jī)器人”. 圖源：bestlifetimo

如今，我們對(duì)大語(yǔ)言模型（LLMs）的強(qiáng)大功能已經(jīng)耳熟能詳。它們不僅能繪制數(shù)據(jù)圖表，還可以解答特定來(lái)源的問(wèn)題，綜合分析甚至批判論文內(nèi)容。下一步就是將這種能力直接應(yīng)用于數(shù)據(jù)——讓LLM成為數(shù)據(jù)門(mén)戶(hù)的交互接口。

設(shè)想一下，科學(xué)家在進(jìn)行人類(lèi)生命周期的假說(shuō)研究時(shí)，可以利用LLM來(lái)“馴服”高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)集。通過(guò)“論文機(jī)器人”界面，可以輕松理解這項(xiàng)研究的核心內(nèi)容?？梢灶A(yù)設(shè)一些常見(jiàn)的查詢(xún)，比如“總結(jié)主要結(jié)果”或“展示預(yù)測(cè)行為的證據(jù)”。也可以自由提問(wèn)，例如“視網(wǎng)膜攝像頭收集了哪些數(shù)據(jù)？具體是如何采集的？某些特定分析的結(jié)果是什么？”——通過(guò)這種方式，就可以從研究中提取科學(xué)見(jiàn)解，而不僅僅是接受作者的觀點(diǎn)。

論文機(jī)器人解決了論文線性化與科學(xué)非線性發(fā)展的矛盾，讓人不必受分散在論文正文與補(bǔ)充材料中的碎片化結(jié)果困擾。舉例來(lái)說(shuō)，想知道“TraGeDy Net和正則化回歸模型的對(duì)比表現(xiàn)”，只需提問(wèn)，“論文機(jī)器人”就能即時(shí)生成文本和圖表，清晰地總結(jié)兩者的預(yù)測(cè)能力，而無(wú)需在數(shù)百個(gè)補(bǔ)充圖中艱難搜索。進(jìn)一步追問(wèn)“TraGeDy Net是否顯著優(yōu)于對(duì)照模型”，機(jī)器人會(huì)提供恰當(dāng)?shù)谋容^結(jié)果和統(tǒng)計(jì)分析，即便這些可能是作者在論文中遺漏的。

從靜態(tài)文本轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)“數(shù)據(jù)+機(jī)器人”的發(fā)布形式后，每一次新的數(shù)據(jù)發(fā)布和對(duì)應(yīng)的“論文機(jī)器人”更新，便成為科學(xué)成果的“代幣”——對(duì)應(yīng)的是目前的“論文”。研究者的職責(zé)也從寫(xiě)作和提交傳統(tǒng)論文，變成數(shù)據(jù)的收集、分析和為“論文機(jī)器人”配置預(yù)設(shè)查詢(xún)，提供他們對(duì)研究背景、結(jié)果和意義的看法。如果想知道具體貢獻(xiàn)占比？直接問(wèn)“論文機(jī)器人”，它會(huì)告知誰(shuí)負(fù)責(zé)了哪些部分。

這種“機(jī)器人化”的發(fā)布模式將是強(qiáng)大的。通過(guò)“論文機(jī)器人”，可以對(duì)人類(lèi)生命周期數(shù)據(jù)提出自己的問(wèn)題，比如研究行為變量之間的相關(guān)性。這意味著，新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)可以直接通過(guò)“論文機(jī)器人”從數(shù)據(jù)中產(chǎn)生，而無(wú)需再經(jīng)歷繁瑣的分析、寫(xiě)作和審稿周期。

更進(jìn)一步，我們可以開(kāi)發(fā)“元機(jī)器人”（meta-bots），跨越不同研究整合數(shù)據(jù)，幫助我們回答復(fù)雜的問(wèn)題并探索領(lǐng)域知識(shí)的全貌。不難想象，未來(lái)甚至?xí)蠥I科學(xué)家專(zhuān)門(mén)為這些“論文機(jī)器人”設(shè)計(jì)高級(jí)查詢(xún)，拼接新知識(shí)。

“論文機(jī)器人”

是否會(huì)真正終結(jié)“傳統(tǒng)論文”

未來(lái)的科學(xué)出版模式，會(huì)是“論文機(jī)器人”還是“傳統(tǒng)論文”？這要看科學(xué)界的選擇。

未來(lái)，或許你會(huì)滿意于閱讀一個(gè)人工智能機(jī)器人生成的研究報(bào)告，或許也會(huì)傾向于回歸論文的初創(chuàng)模式，即作者發(fā)布關(guān)于其研究精髓的簡(jiǎn)短總結(jié)，而核心工作直接托管在數(shù)據(jù)門(mén)戶(hù)中。

不論未來(lái)的形式如何，有一點(diǎn)可以確定：如果存在一篇“終極論文”，它絕不會(huì)是一篇傳統(tǒng)的紙質(zhì)論文。

譯者按：

在使用“論文機(jī)器人”時(shí)，我們必須謹(jǐn)慎評(píng)估其準(zhǔn)確性。盡管AI系統(tǒng)可以高效生成實(shí)時(shí)內(nèi)容，但由于缺乏人工編輯審查，生成的回答可能存在不準(zhǔn)確之處。我們應(yīng)通過(guò)驗(yàn)證引用來(lái)源、與可靠來(lái)源交叉驗(yàn)證、咨詢(xún)專(zhuān)家、并借助事實(shí)檢查工具等手段，確保信息的質(zhì)量和可信度。

https://www.thetransmitter.org/systems-neuroscience/imagining-the-ultimate-systems-neuroscience-paper/

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天橋腦科學(xué)研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute）是由陳天橋、雒芊芊夫婦出資10億美元?jiǎng)?chuàng)建的世界最大私人腦科學(xué)研究機(jī)構(gòu)之一，圍繞全球化、跨學(xué)科和青年科學(xué)家三大重點(diǎn)，支持腦科學(xué)研究，造福人類(lèi)。

Chen Institute與華山醫(yī)院、上海市精神衛(wèi)生中心設(shè)立了應(yīng)用神經(jīng)技術(shù)前沿實(shí)驗(yàn)室、人工智能與精神健康前沿實(shí)驗(yàn)室；與加州理工學(xué)院合作成立了加州理工天橋神經(jīng)科學(xué)研究院。

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