科学は、私たちの脳を当時の技術と比較することに関して、成果が乏しい歴史を持っている。デカルトは脳を一種の油圧ポンプと考え、神経系の精神を体を通して推進するものだとした。フロイトは脳を蒸気機関に例えた。神経科学者のカール・プリブラムは、それをホログラフィック記憶装置にたとえた。
今日の多くの神経科学者は、脳がコンピューターであるという考えを、根拠の乏しい別の比喩として、この失敗した比喩のリストに加えるだろう。その中には、その考えに有用なものはほとんどないと積極的に否定する者もいれば、ほとんどの人が単にそれを無視する。
科学者が脳をコンピューターとしての考えに抵抗するとき、彼らが念頭に置いているのは、一連のプログラムが記憶され、アルゴリズムがステップバイステップで実行される、いわゆるシリアルの記憶プログラム機械のことである。しかし、人間は脳にアプリをダウンロードするわけではなく、脳の神経細胞は現代のコンピューターで使用されているトランジスターやロジックゲートとよく合致しないほど遅くて変動が大きい。
脳がシリアルのアルゴリズム処理機械でないならば、それは一体何なのか？多くの神経科学者は大局を無視し、カルシウムイオンが単一のニューロンを通過するメカニズムのような狭く測定可能な現象を理解することに焦点を当て、脳が何をするのかというより大きな概念的な問いには対処しない。
このアプローチは誤っている。多くの科学者がコンピューターという比喩を諦めており、その代わりとなるものがあまりにも少ない。私の見解では、この比喩は再考されるべきだ。
まず、脳がコンピューターでないかもしれないというすべての標準的な議論はかなり弱い。例えば、「脳は並列であるが、コンピューターはシリアルである」という議論を取り上げてみよう。批評家が指摘するように、人間が何かをするたびに、脳の多くの異なる部分が関与しているのは事実であり、それは並列である。
しかし、コンピューターが厳密にシリアルであるという考えは、時代遅れである。デスクトップコンピューターが人気になって以来、常にコンピューターにはある程度の並列性があり、異なるコンポーネントによって同時にいくつかの異なる計算が実行されている。そして、ハードウェア業界の時間の経過とともに、コンピューターをより並列にする傾向があり、マルチコアプロセッサーやグラフィックス処理ユニットなどの新しいアプローチが使われている。
脳をコンピューターに例えることに懐疑的な人々はまた、「脳はアナログであるが、コンピューターはデジタルである」と主張することを好む。ここでの考えは、デジタル時計のように、デジタルなものは離散的な区分でのみ動作するが、古風な時計のようなアナログなものは滑らかな連続体で動作するというものである。
しかし、時計に対してどちらの形式も可能であるように、コンピューターに対してもどちらの形式も可能であり、多くの「デジタル」コンピュータースイッチはアナログのコンポーネントやプロセスから構築されている。実質的にすべての現代のコンピューターがデジタルである一方で、初期のコンピューターのほとんどはアナログであった。そして、私たちの脳がアナログかデジタルか、あるいはその両方の混合かどうかはまだ本当にわかっていない。
最後に、人間の脳は感情を生み出す能力を持っているが、コンピューターにはそれがないという一般的な議論がある。しかし、私たちが知っているコンピューターが明らかに感情を欠いているという事実自体が、感情が計算の産物ではないということを意味するわけではない。むしろ、感情を調節するような神経系である扁桃体は、脳の残りの部分がそうであるように、信号を伝達し、情報を統合し、入力を出力に変換するおおよそ同じ方法で動作するように見える。任意のコンピュータ科学者が教えてくれるように、それはほぼコンピューターが行うことである。
もちろん、脳がコンピューターであるかどうかは、部分的には定義の問題である。脳は明らかにMacintoshやPCではない。そして、私たち人間にもオペレーティングシステムがあるわけではないかもしれない。しかし、コンピューターを構築する方法は多数ある。
脳をコンピューターとして捉えるという考えに賛同することの真の利益は、その考えを研究を有益に導くために使用することから来るだろう。昨秋のScience誌の本文で、私の同僚二人と私は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）として知られる特定の種類のコンピューターが、脳の働きについて考えるための予備的な出発点を提供するかもしれないと提案した。
FPGAは、幅広いタスクを実行するために個別に構成および再構成可能な多数の「ロジックブロック」プログラムで構成されている。一つのロジックブロックは算術を行い、別のものは信号処理を行い、さらに別のものはテーブルで物事を検索するかもしれない。全体の計算は、個々の部分がどのように構成されているかの機能である。多くのロジックは、脳内で起こることと同様に、並列で実行することができる。
私たちの同僚と私が文字通り脳をFPGAだと考えているわけではないが、私たちの提案は、脳が同様に、シーケンスの構築、メモリからの情報の取得、脳内の異なる場所間での情報のルーティングなどの「計算プリミティブ」のような基本的な構築ブロックの高度に調和したセットで構成されている可能性があるというものである。これらの構築ブロックを特定することは、脳を解き明かすロゼッタストーンになると私たちは信じている。
これを別の言い方をすると、神経細胞とシナプスの言語を人間の行動の多様性に直接結びつけることは、多くの神経科学者が希望しているようには決してできないだろう。脳と行動の間の隔たりはあまりにも広大だ。
私たちの最良の策は、分割して制覇することから来るかもしれない。根本的には、それは二つのステップを含むかもしれない：神経細胞の科学的言語と計算プリミティブの科学的言語を何らかの方法で結びつけること（これはコンピュータ科学で電子の物理学とマイクロプロセッサーの動作を結びつけることに相当する）、そして計算プリミティブの科学的言語と人間の行動のそれを結びつける方法を見つけること（これは基本的なマイクロプロセッサーの指示からどのようにコンピュータプログラムが構築されるかを理解することに相当する）。
ニューロンがコンピュータハードウェアに似ていて、行動がコンピュータが実行する行為に似ているならば、計算はおそらくその二つを結びつける接着剤であろう。
脳について私たちが知らないことは多い。しかし、彼らが魔法ではないことは知っている。それらは単に非常に複雑な物質の配列に過ぎない。飛行機は鳥のように飛ばないかもしれないが、それらは同じ揚力と抗力の法則に従う。同様に、脳が計算の法則から免除されていると考える理由はない。心臓が生物学的ポンプであり、鼻が生物学的フィルターであるならば、脳は生物学的コンピューター、つまり法則的で体系的な方法で情報を処理する機械である。
脳がどのようなコンピューターであるかをできるだけ早く把握することが、より良い。
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