1 腦科學(xué)與互聯(lián)網(wǎng)
本世紀(jì)初兄朋，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展颅和，不斷有新的應(yīng)用和概念誕生，其中物聯(lián)網(wǎng)峡扩，云計算和大數(shù)據(jù)得到了研究者的重點關(guān)注教届，并引起廣泛的研究熱潮。
研究者已經(jīng)從不同方面對物聯(lián)網(wǎng)买置，云計算萤衰，大數(shù)據(jù)進行了深入研究并取得諸多成果。但還存在一些問題等待解決倦卖，例如椿争，物聯(lián)網(wǎng)，云計算褐捻，大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)是怎樣的關(guān)系,它們之間又是如何區(qū)分和關(guān)聯(lián)的椅邓。本世紀(jì)初開始的互聯(lián)網(wǎng)與腦科學(xué)的交叉對比研究景馁，為分析物聯(lián)網(wǎng)，云計算合住，大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。
如果我們觀察近20年來互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的新應(yīng)用和新功能笨使，可以直觀的發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與大腦結(jié)構(gòu)具有越來越多的相似性硫椰。這些現(xiàn)象包括：打印機，復(fù)印機的遠程操控涉馁，醫(yī)生通過遠程網(wǎng)絡(luò)進行手術(shù);中國水利部門在土壤爱致，河流寒随，空氣中安放傳感器，及時將氣溫互艾，濕度讯泣，風(fēng)速等數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行暮们纬蓤蟾婀┓姥纯购禌Q策使用; Google推出了“街景“服務(wù)，在城市中安裝安裝多鏡頭攝像機拳锚，互聯(lián)網(wǎng)用戶可以實時觀看丹佛霍掺、拉斯維加斯、邁阿密牙丽、紐約和舊金山等城市的風(fēng)貌等兔魂。
這些新互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)象分別具備了運動神經(jīng)系統(tǒng)，軀體感覺神經(jīng)系統(tǒng)拍棕，視覺神經(jīng)系統(tǒng)的萌芽，基于以上互聯(lián)網(wǎng)新現(xiàn)象骄噪，2008年9月我們發(fā)表論文“互聯(lián)網(wǎng)進化規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與分析 ”,從神經(jīng)學(xué)的角度分析互聯(lián)網(wǎng)的成熟結(jié)構(gòu)蠢箩，將其抽象為一個與人類大腦高度相似的組織結(jié)構(gòu)-互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦谬泌。尋找并定位互聯(lián)網(wǎng)的虛擬聽覺，視覺陪蜻，感覺贱鼻，運動神經(jīng)系統(tǒng)，虛擬中樞神經(jīng)系統(tǒng)等症昏。繪制出互聯(lián)網(wǎng)的類大腦結(jié)構(gòu)圖（圖1）父丰。
圖1 互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦結(jié)構(gòu)圖
此后科學(xué)領(lǐng)域的進展也不斷印證互聯(lián)網(wǎng)與神經(jīng)學(xué)具有交叉對比的可能性蛾扇，2010年 6月10日 美國南加州大學(xué)神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家拉里·斯旺森和理查德·湯普森 在美國《國家科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)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(qū)域中的神經(jīng)系統(tǒng)類似互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。拉里·斯旺森的研究表明大腦中互聯(lián)網(wǎng)式結(jié)構(gòu)的存在可以解釋大腦能克服局部損傷的現(xiàn)象医寿，如同互聯(lián)網(wǎng)任何一個單獨部分都可以去掉蘑斧，但網(wǎng)絡(luò)其他部分照常工作一樣，神經(jīng)系統(tǒng)也并不是某一部分絕對不可或缺沟突。這個研究從神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域證明互聯(lián)網(wǎng)與神經(jīng)學(xué)具有相關(guān)性捕传。
2012年11月16日，加州大學(xué)圣迭戈分校Dmitri Krioukov在 《Scientific Report》 职辅，發(fā)表論文“Network Cosmology”域携，也提出互聯(lián)網(wǎng)與腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與構(gòu)造具有高度的相似性。研究組利用計算機模擬并結(jié)合多種其他計算趋观，證明在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)發(fā)展和控制中锋边，描述大尺度時空結(jié)構(gòu)的因果關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的曲線圖，是一個具有顯著聚類特征的冪函數(shù)曲線剩辟，和許多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)如互聯(lián)網(wǎng)搀矫、社交網(wǎng)瓤球、腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等有高度的相似性[3]敏弃。Dmitri Krioukov的研究對于互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的設(shè)想給予了有力的數(shù)據(jù)支持。
互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的提出和繪制绿饵，一方面可以幫助我們預(yù)測互聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展趨勢和成熟結(jié)構(gòu)瓶颠，用神經(jīng)學(xué)的視角研究互聯(lián)網(wǎng)的運行機理粹淋，另一方面希望能夠?qū)⑽锫?lián)網(wǎng)，云計算屋匕，大數(shù)據(jù)借杰，移動互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用有機的集合起來，通過互聯(lián)網(wǎng)的類腦結(jié)構(gòu)研究它們之間的區(qū)別和聯(lián)系纤虽。
2.物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的關(guān)系
2005年11月國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了題為《 ITU Internet reports 2005-the Internet of things 》的報告，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things,IOT）一詞刷袍，這一報告雖然沒有對物聯(lián)網(wǎng)做出明確的定義呻纹，但從功能角度专缠，ITU認為“世界上所有的物體都可以通過因特網(wǎng)主動進行信息交換，實現(xiàn)任何時刻哥力、任何地點墩弯、任何物體之間的互聯(lián)、無所不在的網(wǎng)絡(luò)和無所不在的計算”锌钮；從技術(shù)角度引矩，ITU認為“物聯(lián)網(wǎng)涉及射頻識別技術(shù)（RFID）旺韭、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)和智能技術(shù)等“值漫。
在世界范圍內(nèi)织盼，物聯(lián)網(wǎng)還沒有統(tǒng)一的定義和結(jié)構(gòu)悔政，比較著名的有歐盟第七框架計劃（ Frameworkprogram7，簡稱FP7）提出的sensei物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)槽地，其目標(biāo)是通過Intnet將分布在全球的傳感器與執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)（WS&AN）連接起來，組成一個真正的世界互聯(lián)網(wǎng)（Real World Internet RWI）集畅，并定義開放的服務(wù)訪問接口與相應(yīng)的語義規(guī)范來提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)與信息管理服務(wù).
此外缅糟，由美國麻省理工學(xué)院和英國劍橋大學(xué)等７個高校組成AUTO ID實驗室,日本東京大學(xué)UID中心,韓國電子與通信技術(shù)研究所（ＥＴＲＩ）窗宦，美國弗吉尼亞大學(xué),歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ＥＴＳＩ），法國巴黎第六大學(xué)都從不同方面對物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)進行了設(shè)計和探討[7]赴涵。
總體上看髓窜，物聯(lián)網(wǎng)重點突出了傳感器感知的概念，同時它也具備網(wǎng)絡(luò)線路傳輸鳖敷，信息存儲和處理程拭，行業(yè)應(yīng)用接口等功能。而且也往往與互聯(lián)網(wǎng)共用服務(wù)器屋吨，網(wǎng)絡(luò)線路和應(yīng)用接口，使人與人（Human ti Human ,H2H）鳍徽，人與物（Human to thing阶祭，H2T）、物與物（ Thing to Thing,T2T）之間的交流變成可能鞭盟，最終將使人類社會瑰剃、信息空間和物理世界（人機櫧）融為一體．根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別和關(guān)聯(lián)，我們在互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦結(jié)構(gòu)圖進行了如圖2所示的標(biāo)示粤剧，以描述物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)抵恋，物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的關(guān)系。
圖2 物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦關(guān)系示意圖
3 云計算與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的關(guān)系
2007年 10月IBM和 Google宣布在云計算領(lǐng)域的合作后, 云計算迅速成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的熱點盅安。世囊。IBM 技術(shù)白皮書中關(guān)于云計算的定義是：“云計算一詞用來描述一個系統(tǒng)平臺或者一種類型的應(yīng)用程序茸习。一個云計算平臺可按需進行動態(tài)部署、配置籽慢、重新配置以及取消服務(wù)猫胁。云計算平臺中的服務(wù)器既可以是物理的弃秆，也可是虛擬的。 “云應(yīng)用”使用大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心以及功能強勁的服務(wù)器來運行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)服務(wù).任何一個用戶可以通過合適的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備以及一個標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器就能夠訪問一個云計算應(yīng)用程序.”脑豹。
云計算的誕生有其歷史根源衡查，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展拌牲，互聯(lián)網(wǎng)新興的應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲量越來越大，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)增長也越來越快拍埠。因此互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的軟硬件維護成本不斷增加土居，成為很多企業(yè)的沉重負擔(dān)。與此同時甲馋，互聯(lián)網(wǎng)超大型企業(yè)如Google迄损，IBM, 亞馬遜的軟硬件資源有大量空余，得不到充分利用痊远，在這種情況下氏捞，互聯(lián)網(wǎng)從企業(yè)各自為戰(zhàn)的軟硬件建設(shè)向集中式的云計算轉(zhuǎn)換也就成為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然液茎。
縱觀云計算的概念和實際應(yīng)用，我們可以看到云計算有兩個特點滞造，第一栋烤，互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)服務(wù)資源如服務(wù)器的硬件明郭，軟件，數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)開始于集中和統(tǒng)一始绍。第二话侄，互聯(lián)網(wǎng)用戶不用再重復(fù)消耗大量資源，建立獨立的軟硬件設(shè)施和維護人員隊伍。通過互聯(lián)網(wǎng)接受云計算提供商的服務(wù)嘀韧，就可以實現(xiàn)自己需要的功能缠捌。
我們知道大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system）在動物的神經(jīng)系統(tǒng)集中化的過程中，作為其形態(tài)上的中心和在機能上的中樞而被分化出來的部位柔昼。中樞神經(jīng)系統(tǒng)有控制和調(diào)節(jié)整個機體活動的功能炎辨。
在互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的架構(gòu)中碴萧，，互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)是將互聯(lián)網(wǎng)的核心硬件層虎谢，核心軟件層和互聯(lián)網(wǎng)信息層統(tǒng)一起來為互聯(lián)網(wǎng)各虛擬神經(jīng)系統(tǒng)提供支持和服務(wù)，從定義上看曹质，云計算與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)的特征非常吻合婴噩。在理想狀態(tài)下，物聯(lián)網(wǎng)的傳感器和互聯(lián)網(wǎng)的使用者通過網(wǎng)絡(luò)線路和計算機終端與云計算進行交互羽德，向云計算提供數(shù)據(jù)几莽，接受云計算提供的服務(wù)⊥姘悖基于以上分析银觅，我們在圖3中標(biāo)注云計算的位置如下。
圖3 云計算與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦關(guān)系示意圖
4. 大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的關(guān)系
Nature 早在2008 年就推出了Big Data 尰滴刊。Science 在2011 年2 月推出屧确刊《Dealing with Data》洒忧，主要圍繞著科學(xué)研究中大數(shù)據(jù)問題展開討論，說明大數(shù)據(jù)對于科學(xué)研究的重要性够颠。全球知名的咨詢公司麥肯錫(McKinsey)在2011年6 月份發(fā)布了一份關(guān)于大數(shù)據(jù)的詳盡報告《Big data: The next frontier for innovation, competition, and productivity》熙侍，對大數(shù)據(jù)的影響、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域等都進行了詳盡的分析履磨。
2012年3 月份美國奧巴馬政府發(fā)布了《大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展倡議》 (Big Data Research and Development Initiative) 蛉抓，投資2 億以上美元，正式啟動“大數(shù)據(jù)發(fā)展計劃”剃诅。計劃在科學(xué)研究巷送、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行突破矛辕。
大數(shù)據(jù)目前尚沒有統(tǒng)一的定義笑跛，比較有代表性的是3V 定義付魔，即認為大數(shù)據(jù)需滿足3 個特點：規(guī)模性(Volume)、多樣性(Variety)和高速性(Velocity)飞蹂。除此之外几苍， IDC 認為大數(shù)據(jù)還應(yīng)當(dāng)具有價值性(Value)，大數(shù)據(jù)的價值往往呈現(xiàn)出稀疏性的特點陈哑。而IBM 認為大數(shù)據(jù)應(yīng)該具有真實性(Veracity)
隨著博客妻坝、社交網(wǎng)絡(luò)、以及云計算芥颈、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的興起惠勒，互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)正以前所未有的速度在不斷的增長和累積，學(xué)術(shù)界爬坑、工業(yè)界甚至于政府機構(gòu)都已經(jīng)開始密切關(guān)注大數(shù)據(jù)問題纠屋，應(yīng)該說大數(shù)據(jù)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，互聯(lián)網(wǎng)用戶的互動盾计，企業(yè)和政府的信息發(fā)布售担，物聯(lián)網(wǎng)傳感器感應(yīng)的實時信息每時每刻都在產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分散在整個網(wǎng)絡(luò)體系內(nèi)署辉，體量極其巨大族铆。這些數(shù)據(jù)中蘊含了對經(jīng)濟，科技哭尝，教育等等領(lǐng)域非常寶貴的信息哥攘，大數(shù)據(jù)的研究就是通過數(shù)據(jù)挖掘，知識發(fā)現(xiàn)和深度學(xué)習(xí)等方式將這些數(shù)據(jù)整理出來材鹦，形成有價值的數(shù)據(jù)產(chǎn)品逝淹。提供給政府，行業(yè)企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)個人用戶使用和消費桶唐。
我們在論文“互聯(lián)網(wǎng)與神經(jīng)學(xué)的交叉對比研究”中對互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的信息層定義時栅葡，曾經(jīng)這樣描述““互聯(lián)網(wǎng)的信息成爆炸式增長，這些信息的形式包括文字尤泽，二維圖片欣簇，文檔，視頻坯约，聲音熊咽，三維圖像等，分布在互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器闹丐，路由器网棍，交換機，用戶終端和互聯(lián)網(wǎng)虛擬神經(jīng)系統(tǒng)里妇智。我們將這些分布在互聯(lián)網(wǎng)中的信息統(tǒng)稱為互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的信息層或數(shù)據(jù)海洋滥玷。”
我們在前文闡述過巍棱，以云計算為代表的互聯(lián)網(wǎng)新應(yīng)用的興起惑畴，表明互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)服務(wù)無論從硬件，軟件還是數(shù)據(jù)信息都在向集中和統(tǒng)一的方向發(fā)展航徙。也就是說如贷，未來的大數(shù)據(jù)還將具備一個新的特性-統(tǒng)一性（Unity）〉教ぃ可以預(yù)見杠袱，當(dāng)大數(shù)據(jù)的容量進一步增加，存儲方式進一步趨向集中窝稿。大數(shù)據(jù)將逐步形成互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的信息層（數(shù)據(jù)海洋）楣富。因此，我們在圖4中對大數(shù)據(jù)進行標(biāo)注如下伴榔。
圖4 大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦關(guān)系示意圖
5. 總結(jié)
本文在互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上纹蝴，分析了互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)，云計算和大數(shù)據(jù)的關(guān)系踪少，標(biāo)識出物聯(lián)網(wǎng)塘安，云計算，大數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦結(jié)構(gòu)圖的位置援奢。說明基于神經(jīng)學(xué)建立的互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦架構(gòu)可以有效的統(tǒng)一互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中產(chǎn)生的新應(yīng)用和新概念兼犯。
