1 腦科學與網際網路

本世紀初，隨著網際網路的發展，不斷有新的應用和概念誕生，其中物聯網，雲端計算和大資料得到了研究者的重點關注，並引起廣泛的研究熱潮。

研究者已經從不同方面對物聯網，雲端計算，大資料進行了深入研究並取得諸多成果。但還存在一些問題等待解決，例如，物聯網，雲端計算，大資料與網際網路是怎樣的關係,它們之間又是如何區分和關聯的。本世紀初開始的網際網路與腦科學的交叉對比研究，為分析物聯網，雲端計算，大資料與網際網路的關係奠定了基礎。

如果我們觀察近20年來網際網路出現的新應用和新功能，可以直觀的發現網際網路與大腦結構具有越來越多的相似性。這些現象包括：印表機，影印機的遠端操控，醫生通過遠端網路進行手術;中國水利部門在土壤，河流，空氣中安放感測器，及時將氣溫，溼度，風速等資料通過網際網路傳輸到資訊處理中心，形成報告供防汛抗旱決策使用; Google推出了“街景“服務，在城市中安裝安裝多鏡頭攝像機，網際網路使用者可以實時觀看丹佛、拉斯維加斯、邁阿密、紐約和舊金山等城市的風貌等。

這些新網際網路現象分別具備了運動神經系統，軀體感覺神經系統，視覺神經系統的萌芽，基於以上網際網路新現象，2008年9月我們發表論文“網際網路進化規律的發現與分析 ”,從神經學的角度分析網際網路的成熟結構，將其抽象為一個與人類大腦高度相似的組織結構-網際網路虛擬大腦。尋找並定位網際網路的虛擬聽覺，視覺，感覺，運動神經系統，虛擬中樞神經系統等。

此後科學領域的進展也不斷印證網際網路與神經學具有交叉對比的可能性，2010年 6月10日 美國南加州大學神經系統科學家拉里·斯旺森和理查德·湯普森 在美國《國家科學院院刊》(PNAS)發表論文“Hypothesis-driven structural connectivity analysis supports network over hierarchical model of brain architecture“ 指出老鼠大腦一小塊區域中的神經系統類似網際網路結構。拉里·斯旺森的研究表明大腦中網際網路式結構的存在可以解釋大腦能克服區域性損傷的現象，如同網際網路任何一個單獨部分都可以去掉，但網路其他部分照常工作一樣，神經系統也並不是某一部分絕對不可或缺。這個研究從神經學領域證明網際網路與神經學具有相關性。

2012年11月16日，加州大學聖迭戈分校Dmitri Krioukov在 《Scientific Report》 ，發表論文“Network Cosmology”，也提出網際網路與腦神經網路的發展與構造具有高度的相似性。研究組利用計算機模擬並結合多種其他計算，證明在複雜網路的動態發展和控制中，描述大尺度時空結構的因果關係網路的曲線圖，是一個具有顯著聚類特徵的冪函式曲線，和許多複雜網路如網際網路、社交網、腦神經網路等有高度的相似性[3]。Dmitri Krioukov的研究對於網際網路虛擬大腦的設想給予了有力的資料支援。

網際網路虛擬大腦的提出和繪製，一方面可以幫助我們預測網際網路的未來發展趨勢和成熟結構，用神經學的視角研究網際網路的執行機理，另一方面希望能夠將物聯網，雲端計算，大資料，移動網際網路等應用有機的集合起來，通過網際網路的類腦結構研究它們之間的區別和聯絡。

2.物聯網與網際網路虛擬大腦的關係

2005年11月國際電信聯盟(ITU)釋出了題為《 ITU Internet reports 2005-the Internet of things 》的報告，正式提出了物聯網(Internet of things,IOT)一詞，這一報告雖然沒有對物聯網做出明確的定義，但從功能角度，ITU認為“世界上所有的物體都可以通過因特網主動進行資訊交換，實現任何時刻、任何地點、任何物體之間的互聯、無所不在的網路和無所不在的計算”;從技術角度，ITU認為“物聯網涉及射頻識別技術(RFID)、感測器技術、納米技術和智慧技術等“。

在世界範圍內，物聯網還沒有統一的定義和結構，比較著名的有歐盟第七框架計劃( Frameworkprogram7，簡稱FP7)提出的sensei物聯網架構，其目標是通過Intnet將分佈在全球的感測器與執行器網路(WS&AN)連線起來，組成一個真正的世界網際網路(Real World Internet RWI)，並定義開放的服務訪問介面與相應的語義規範來提供統一的網路與資訊管理服務.

此外，由美國麻省理工學院和英國劍橋大學等7個高校組成AUTO ID實驗室,日本東京大學UID中心,韓國電子與通訊技術研究所(ETRI)，美國弗吉尼亞大學,歐洲電信標準組織(ETSI)，法國巴黎第六大學都從不同方面對物聯網的架構進行了設計和探討[7]。

總體上看，物聯網重點突出了感測器感知的概念，同時它也具備網路線路傳輸，資訊儲存和處理，行業應用介面等功能。而且也往往與網際網路共用伺服器，網路線路和應用介面，使人與人(Human ti Human ,H2H)，人與物(Human to thing，H2T)、物與物( Thing to Thing,T2T)之間的交流變成可能，最終將使人類社會、資訊空間和物理世界(人機櫧)融為一體.

3 雲端計算與網際網路虛擬大腦的關係

2007年 10月IBM和 Google宣佈在雲端計算領域的合作後, 雲端計算迅速成為產業界和學術界研究的熱點。。IBM 技術白皮書中關於雲端計算的定義是：“雲端計算一詞用來描述一個系統平臺或者一種型別的應用程式。一個雲端計算平臺可按需進行動態部署、配置、重新配置以及取消服務。雲端計算平臺中的伺服器既可以是物理的，也可是虛擬的。 “雲應用”使用大規模的資料中心以及功能強勁的伺服器來執行網路應用程式與網路服務.任何一個使用者可以通過合適的網際網路接入裝置以及一個標準的瀏覽器就能夠訪問一個雲端計算應用程式.”。

雲端計算的誕生有其歷史根源，隨著網際網路的發展，網際網路新興的應用的資料儲存量越來越大，網際網路業務增長也越來越快。因此網際網路企業的軟硬體維護成本不斷增加，成為很多企業的沉重負擔。與此同時，網際網路超大型企業如Google，IBM, 亞馬遜的軟硬體資源有大量空餘，得不到充分利用，在這種情況下，網際網路從企業各自為戰的軟硬體建設向集中式的雲端計算轉換也就成為網際網路發展的必然。

縱觀雲端計算的概念和實際應用，我們可以看到雲端計算有兩個特點，第一，網際網路的基礎服務資源如伺服器的硬體，軟體，資料和應用服務開始於集中和統一。第二，網際網路使用者不用再重複消耗大量資源，建立獨立的軟硬體設施和維護人員隊伍。通過網際網路接受雲端計算提供商的服務，就可以實現自己需要的功能。

我們知道大腦的中樞神經系統(central nervous system)在動物的神經系統集中化的過程中，作為其形態上的中心和在機能上的中樞而被分化出來的部位。中樞神經系統有控制和調節整個機體活動的功能。

在網際網路虛擬大腦的架構中，，網際網路虛擬大腦的中樞神經系統是將網際網路的核心硬體層，核心軟體層和網際網路資訊層統一起來為網際網路各虛擬神經系統提供支援和服務，從定義上看，雲端計算與網際網路虛擬大腦中樞神經系統的特徵非常吻合。在理想狀態下，物聯網的感測器和網際網路的使用者通過網路線路和計算機終端與雲端計算進行互動，向雲端計算提供資料，接受雲端計算提供的服務。

4. 大資料與網際網路虛擬大腦的關係

Nature 早在2008 年就推出了Big Data 專刊。Science 在2011 年2 月推出專刊《Dealing with Data》，主要圍繞著科學研究中大資料問題展開討論，說明大資料對於科學研究的重要性。全球知名的諮詢公司麥肯錫(McKinsey)在2011年6 月份釋出了一份關於大資料的詳盡報告《Big data: The next frontier for innovation, competition, and productivity》，對大資料的影響、關鍵技術和應用領域等都進行了詳盡的分析。

2012年3 月份美國奧巴馬政府釋出了《大資料研究和發展倡議》 (Big Data Research and Development Initiative) ，投資2 億以上美元，正式啟動“大資料發展計劃”。計劃在科學研究、環境、生物醫學等領域利用大資料技術進行突破。

大資料目前尚沒有統一的定義，比較有代表性的是3V 定義，即認為大資料需滿足3 個特點：規模性(Volume)、多樣性(Variety)和高速性(Velocity)。除此之外， IDC 認為大資料還應當具有價值性(Value)，大資料的價值往往呈現出稀疏性的特點。而IBM 認為大資料應該具有真實性(Veracity)

隨著部落格、社交網路、以及雲端計算、物聯網等技術的興起，網際網路上的資料正以前所未有的速度在不斷的增長和累積，學術界、工業界甚至於政府機構都已經開始密切關注大資料問題，應該說大資料是網際網路發展到一定階段的必然產物，網際網路使用者的互動，企業和政府的資訊釋出，物聯網感測器感應的實時資訊每時每刻都在產生大量的結構化和非結構化資料，這些資料分散在整個網路體系內，體量極其巨大。這些資料中蘊含了對經濟，科技，教育等等領域非常寶貴的資訊，大資料的研究就是通過資料探勘，知識發現和深度學習等方式將這些資料整理出來，形成有價值的資料產品。提供給政府，行業企業和網際網路個人使用者使用和消費。

我們在論文“網際網路與神經學的交叉對比研究”中對網際網路虛擬大腦的資訊層定義時，曾經這樣描述““網際網路的資訊成爆炸式增長，這些資訊的形式包括文字，二維圖片，文件，視訊，聲音，三維影象等，分佈在網際網路的伺服器，路由器，交換機，使用者終端和網際網路虛擬神經系統裡。我們將這些分佈在網際網路中的資訊統稱為網際網路虛擬大腦的資訊層或資料海洋。”

我們在前文闡述過，以雲端計算為代表的網際網路新應用的興起，表明網際網路基礎服務無論從硬體，軟體還是資料資訊都在向集中和統一的方向發展。也就是說，未來的大資料還將具備一個新的特性-統一性(Unity)。可以預見，當大資料的容量進一步增加，儲存方式進一步趨向集中。大資料將逐步形成網際網路虛擬大腦的資訊層(資料海洋)。

總結

本文在網際網路虛擬大腦結構圖的基礎上，分析了網際網路與物聯網，雲端計算和大資料的關係，標識出物聯網，雲端計算，大資料和傳統網際網路在網際網路虛擬大腦結構圖的位置。說明基於神經學建立的網際網路虛擬大腦架構可以有效的統一網際網路發展過程中產生的新應用和新概念。

下一步我們可以使用更多神經學的知識分析網際網路，物聯網，雲端計算和大資料的執行模式和發展趨勢。值得研究的方向包括：能否使用神經反射弧的原理分析物聯網和雲端計算之間的互動方式，能否用神經元的結構分析社交網路與物聯網的結合趨勢，能否通過“網際網路虛擬大腦智商“的測試設計分析大資料研究的進展情況。這些方向的研究我們將在以後的討論中闡述。

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