BRAIN / BRAIN × AI20 SEP 2026
脑科学与AI85｜大脑是不是由几十万个相同的小电脑拼成的：皮层柱之争
这一篇跟写"智能的计算基础"系列第 050 篇，讲"皮层柱"：一个让神经科学兴奋了六十多年、至今还没吵出结论的概念。
1957 年，芒卡斯尔发现：在猫的感觉皮层里，沿着垂直方向一路往下扎，碰到的神经元都对同一类刺激有反应，像一根竖着的柱子。由此长出了一个诱人的想法：整个新皮层就是几十万根结构相同的柱子拼起来的，每根柱子跑的是同一套算法——只要破解一根，就破解了智能。六十多年过去，有人把它做成了理论（霍金斯的"千脑智能"），也有人认为它可能根本没有功能。
1957 01 芒卡斯尔提出皮层柱 |
30–50微米 02 微柱直径 |
3种 03 看法至今未统一 |
第 83 篇讲完新皮层的六层，最后留了一个问题：同一套六层模板铺满大脑表面，那这块"砖"到底多大，是不是全脑通用？这一篇就是在回答它。
一排一模一样的柱子。皮层柱的想象也是这样：成千上万根相同的柱子并排站着，各自处理一小块信息。只是建筑里的柱子一定承重，大脑里的柱子有没有用，还在吵。图片来源：Paige Thompson / Pexels
关于皮层柱的三种看法：芒卡斯尔和霍金斯认为每根柱子跑同一套算法；罗尔斯认为关键不在柱子，在锥体细胞之间的循环连接；霍顿和亚当斯认为柱子可能只是发育留下的痕迹，没有功能。
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一、一根电极扎出来的发现
—发现了什么：芒卡斯尔在猫的躯体感觉皮层做单细胞记录。他注意到，电极垂直往下扎，一路碰到的细胞要么都对皮肤、毛发的轻触有反应，要么都对关节、深层组织有反应，不会混在一起。于是他在 1957 年提出：皮层里有一种"基本组织单位"，是一群竖着贯穿所有层的细胞。—后来的扩展：休伯尔和威塞尔在视觉皮层找到了"眼优势柱"（偏好左眼还是右眼的细胞分开成条）和"方向柱"（偏好同一个方向线条的细胞聚在一起），1981 年因此得了诺贝尔奖。"柱"的概念从此遍地开花。—一根柱子多大：原文说直径约 500 微米，含 1000 到 10000 个神经元。要注意"柱"有两种尺度：芒卡斯尔自己说的最小单位叫"微柱"，直径只有 30 到 50 微米，大约百来个神经元；500 微米那种是许多微柱合起来的"大柱"。很多争论，其实是两个人说的不是同一种柱。
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二、柱子是怎么"站"起来的
原文讲了一个很好的机制，值得记住：近处互相帮忙，远处互相压制。
—近处兴奋：一小片范围里的细胞通过局部的兴奋性连接互相加强，让同一根柱里的活动更集中。—远处抑制：篮细胞的抑制作用能横着铺开 500 微米甚至更远，比兴奋传得远。—结果：中间亮、四周暗，对比被拉大；反应相似的细胞自然聚在一起，反应不同的被推开。皮层上那些"地图"——比如手指挨着手指、相近的方向挨着相近的方向——至少有一部分就是这样自己长出来的，不需要基因把每根连线都写好。
这和第 57、68 篇讲的"竞争学习"（一群细胞抢着回应，赢的被加强）是同一类机制。
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三、三种截然不同的看法
第一种：通用算法派（芒卡斯尔、霍金斯）
芒卡斯尔认为，无论在视觉区、听觉区还是运动区，每根柱子都在做同一种基本计算；区域之间的差别只来自输入不同。
霍金斯把这个想法推到了极致，叫"千脑智能理论"（2021 年同名书）：
—每根皮层柱都是一个完整的小学习机器，各自学一个物体的模型；—每根柱子都用"参考系"来组织信息——就像你闭着眼摸一个杯子，手指每摸到一处，都知道"这一处在杯子的哪个位置"；—柱子之间靠长距离连接"投票"，最后达成一致，你才认出"这是杯子"；—柱子不停地预测下一刻会摸到什么，预测错了就修正模型。
这个理论已经被做成了工程项目：霍金斯的公司 Numenta 2024 年开源了一个叫 Monty 的系统，名字就是在致敬芒卡斯尔；项目现在由一个独立的非营利组织运营，盖茨基金会资助。
第二种：循环网络派（罗尔斯）
罗尔斯认为，皮层计算的关键不在柱子，而在锥体细胞之间的循环连接——这些连接会随学习改变，组成"吸引子网络"（第 58 篇讲过的 CA3 自连网就是这一类）。他认为浅层（第 2、3 层）和深层（第 5 层）各有一套这样的网络：浅层负责往前传、做计算，深层负责往外发命令和往回反馈（对应第 83 篇讲的"第 2/3 层传，第 5 层发令"）。
第三种：怀疑派（霍顿和亚当斯）
2005 年，在芒卡斯尔的发现五十周年时，霍顿和亚当斯写了一篇综述，题目就叫《皮层柱：一个没有功能的结构》。他们的理由很具体：
—眼优势柱在有的物种里有，有的物种里没有，可是没有找到哪种视觉能力因此不同；—同一个物种的不同个体，甚至同一只动物的不同部位，眼优势柱的清晰程度都差很多；—所以，"柱"可能只是发育过程中连接分组留下的痕迹，像指纹的纹路，有规律，但不一定有用途。
他们的结论是："柱"作为一个统一解释皮层功能的原理，失败了。
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四、原文要补充和更正的地方
—"清醒动物"存疑：原文说芒卡斯尔在"清醒动物"的感觉皮层记录。原文没说是什么动物，是猫；这批实验是否在清醒状态下做的，我没有查到原始方法部分，不能确认，先存疑。—两种尺度没分开：原文给的"直径约 500 微米"指的是大柱，芒卡斯尔自己定义的基本单位是 30 到 50 微米的微柱。不分开会让人以为"柱"是一个明确的、尺寸固定的东西。—漏了最有名的证据：原文没提休伯尔和威塞尔的眼优势柱和方向柱，这是"柱"概念最有名的证据，也正是怀疑派用来反驳的那个例子。—千脑理论的证据要说清楚：原文说霍金斯的证据"还不够充分"，这个判断是对的。可以再具体一点：参考系、投票这些核心假设，目前主要是理论推演和计算机模拟，还缺少直接的实验证据。
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五、对照 AI
—"同一块砖到处用"是 AI 已经走通的路。今天的大模型就是同一种模块叠很多层，处理文字、图像、声音都用它。芒卡斯尔的直觉在机器上成立了——但这不能反过来证明大脑也是这样，两边只是殊途同归，或者只是看起来像。—千脑理论押的是另一条路：很多个小模型投票，而不是一个大模型。大模型是一个巨大的网络学一个统一的世界模型；千脑理论设想的是成千上万个小模型，各自从一个角度学，再投票达成共识。还有一个关键区别：千脑理论强调靠"动手摸、动眼看"来学（感觉加运动），而大模型主要是读现成的数据。哪条路更对，现在没有答案。—怀疑派的提醒对 AI 研究同样适用。看起来很规律的结构，不一定有功能。在 AI 里也一样：网络里看到一个漂亮的规律，先别急着说"它就是靠这个思考的"。
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六、边界
—皮层柱有没有功能，学界没有共识。本文介绍三种看法，不替任何一方下结论。—千脑理论是一个有影响的假说，不是已被证实的理论。
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七、自测：合上文章回答
—霍顿和亚当斯为什么说柱子"可能没有功能"？举一条证据。
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八、三行，留着复习
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发现与尺度 1957 年芒卡斯尔在猫皮层发现竖着的同类细胞群；微柱 30–50 微米，大柱约 500 微米，别混为一谈
三种看法 通用算法派：每根柱跑同一算法（千脑：参考系+投票）；循环网络派：关键在锥体细胞循环连接；怀疑派：可能没功能
对 AI 的提醒 同一模块到处用，AI 走通了但不反证大脑；千脑押多个小模型投票+边动边学；有规律不等于有功能
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本篇是「脑科学 × AI」系列第85篇，药神撰写（2026-10-09），跟写「智能的计算基础」第050篇。补充：微柱（30–50微米）与大柱（约500微米）之分、休伯尔与威塞尔的眼优势柱；原文「清醒动物」一处未能核实。AI对照均为类比。
阅读依据：「智能的计算基础」第050篇。Mountcastle VB. J Neurophysiol 1957;20:408-34（PMID 13439410）；Horton JC, Adams DL. Phil Trans R Soc B 2005;360:837-62（PMID 15937015）；Hawkins J, Ahmad S. Front Neural Circuits 2016;10:23（PMID 27065813）；Hawkins《A Thousand Brains》2021；Rolls《Brain Computations and Connectivity》2023；Thousand Brains Project 开源公告（2024-11）。回引第57、58、68、83篇。