大腦是一台執行演算法的機器

有些人說「大腦是一台電腦」。其他人則說「嗯，大腦其實不是電腦，因為，硬體和軟體的分別在哪裡？」我同意：「大腦是一台電腦」這種說法有點沒抓到重點。我更傾向於說：「大腦是一台執行演算法的機器」。^([1])

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這是一個機械加法器：

*對於機械加法器來說，「硬體與軟體」的分別是什麼？這個問題毫無意義。

機械加法器不是「一台電腦」（不像 MacBook 那樣）。相反地，它是一台執行演算法的機器。（即二進位加法演算法。）

而大腦同樣也是一台執行（複雜得多）演算法的機器。

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「機器？？」，你說。沒錯，你沒聽錯。一台機器。一台極其複雜的機器，但終究是一台機器。如果你能縮放到足以看清它的程度，這件事就會顯而易見！你應該在這裡停下來，驚嘆於一些細胞生物學運作的分子模擬：DNA 複製、更多瘋狂的 DNA 運作、驅動蛋白 (kinesin) 等等。

……不然你還期待什麼呢？我們生活在一個遵循有序物理定律的宇宙中。^([2]) 而這些定律同樣適用於我們的身體和大腦，就像適用於其他任何事物一樣。畢竟，科學家測量細胞（包括神經元和突觸）已經有很長一段時間了，他們發現的一切都與正常的物理和化學定律相容，在一個如發條般精確的宇宙中運行。

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「演算法？？」，你說。沒錯，你沒聽錯。一個演算法。一個極其複雜的演算法，但終究是一個演算法。而心智是該演算法的一部分，也就是大腦所做的一件事。

具體是什麼演算法？科學界目前尚不清楚。但顯然這是一個幫助動物生存和繁衍的演算法，透過引導牠們在環境中穿梭、預判危險、發現機會、熟練地控制肌肉等等。

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「嗯，大腦不『只是』一台執行演算法的機器，」 你說。沒錯，當然。我簡化了。大腦也是一個腺體。大腦也是一個血液滲透壓感測器。它是一個光感測器。它是一個肌肉收縮器。換句話說：它有輸入通道和輸出通道——感測器和致動器。^([3]) 這些確實是神經系統的一部分，而且至關重要。

……但它們加起來僅佔中樞神經系統的 ≈0.2%。^([4])

大腦剩下的 99.8% 在做什麼？嗯，它是一台執行演算法的機器。

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「不，我的意思是，你不能把大腦簡化為『僅僅』是一台執行演算法的機器，」 你說。誰提到「簡化」或「僅僅」了？你不需要因此減少對大腦能力的震撼感；相反地，你應該對「一台執行演算法的機器所能做到的事」感到更加震撼。

請記住，演算法有無窮多種。它們能做各種各樣的事情。如果你聽到「演算法」時，腦中浮現的是查表法、大型語言模型（LLM）或是計算所得稅的程序，那麼你還僅僅觸及了所有可能演算法之無限多樣性的皮毛而已。

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Matthew Cobb 的著作 《大腦的構想》(The Idea of the Brain) 指出，大腦在歷史上曾被類比為液壓系統、電報網絡或電話交換機；今天它常被類比為超級電腦；而未來，誰知道呢。他建議的結論是：神經科學家從來不知道該如何思考大腦，只是在病急亂投醫。

但這是錯誤的結論。大腦是一台執行演算法的機器。歷史上的許多人都理解這個想法，至少在直覺上是如此。他們試圖透過將大腦類比為其他可以執行演算法的機器來解釋這個想法，這類機器有很多：發條裝置、液壓系統、電話交換機、矽晶片等等。古往今來所有的類比都指向一個單一、一致且深刻的真理。

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「但心智與物質是不同的，」 你說。當然。演算法與執行該演算法的機器是不同的。如果一個矽晶片正在執行快速排序（quicksort），矽晶片並不會因此變成快速排序。

心智是大腦所執行的演算法的一個面向。它是大腦在正常運作時所做的一件事。

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「但噪聲、隨機性和連續（非離散）數值呢？」，你說。那麼，噪聲、隨機性和連續數值又怎麼了？演算法是被允許包含所有這些東西的！例如，馬可夫鏈蒙地卡羅 (MCMC) 的核心就包含了隨機性——而據我所知，MCMC 是一個演算法。牛頓法 涉及連續數值，那也是一個演算法。

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「但具身認知 (embodiment) 呢？」，你說。那麼，具身認知又怎麼了？演算法是被允許有輸入和輸出的！

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「但大腦會自我重組 (rewiring) 呢？」，你說。那麼，大腦自我重組又怎麼了？演算法是被允許在不同情況下進行不同計算的！請參閱我入門系列的 §2.3.3，我在那裡討論了「大腦可塑性」與「可變變數」之間的關係。

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「『演算法』可以指代任何東西，所以你的主張是空洞的，」 你說。不，這絕對是有實質意義的。

正如我上面提到的，人類中樞神經系統中 0.2% 的神經元至少部分致力於物理/化學的輸入與輸出——光線偵測、肌肉收縮等。其餘 99.8% 則不然。我的主張是，你（在理論上）可以丟棄那 99.8%，轉而透過某種未來科幻式的無線電輸入輸出介面，將那 0.2% 連接到外部電腦。我的主張是：如果那台電腦足夠快，且運行著正確的程式，這個只剩 0.2% 大腦的人將會和擁有 100% 神經元時一樣有能力且具備遺傳適應性。

你不能對脾臟這麼說。 如果你有一個通往外部電腦的未來科幻無線電介面，你無法刮除動物脾臟中 99.8% 的細胞、安裝無線電連結，還能讓該動物最終擁有高度的廣義遺傳適應性。肺部細胞、肌肉細胞以及身體的其他每個器官也是如此。

大腦是一台執行演算法的機器。演算法關乎信息處理。一台足夠快的電腦（在理論上）可以完成同樣的信息處理（參見 圖靈完備性、邱奇-圖靈論題），因此可以替代大腦的 99.8%。但電腦無法濃縮尿液，無法產生胃酸，無法磨碎食物，也無法將氧氣從空氣輸送到血液。大腦是一台執行演算法的機器，而其他器官則不是。

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迷幻劑最滑稽的諷刺在於：^([5])

客觀來說，迷幻劑應該是你所能想像到的、最明確的證據，證明大腦是一台執行演算法的機器，而心智是這個演算法所產生的產物。畢竟，這些微小的分子「恰好」鎖定在一類廣泛存在的神經元受體上，就能在意識、信念、感知等方面創造出地震般的轉變。

……然而，真正服用迷幻劑的人反而更有可能不再相信這一點。真諷刺。

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「但自由意志呢？還有意識呢？」，你說。噢天哪，這已經超出了這篇簡短毒舌部落格文章的範圍。請參閱我書本長度的討論：直覺自我模型 (Intuitive Self-Models)。

• ^(^)更新 2026-02-22： 一位評論者告知我一些相關的電腦科學術語：

  • 一般人所說的「電腦」（帶有硬體、軟體和晶片的那個東西）對應於專業術語「電子可程式化電腦」。
  • 我所說的「執行演算法的機器」（例如下方的機械加法器、手錶中的齒輪機制、專用 ASIC 等）則對應於專業術語「電腦 (computer)」。
    因此，根據「電腦」的一個特定且冷門的專業定義，我認同「大腦是一台電腦」，但根據一般人使用「電腦」一詞的方式則不然。為了本文的目的，我仍採用較通俗的術語。

• ^(^)「包含弱場量子廣義相對論 (GR) 的粒子物理標準模型」（我希望它更出名且有個更響亮的名字）似乎足以捕捉太陽系中發生的一切 (參考資料)。儘管進行了極其精確且多樣的測試，從未有人發現任何違反它的實驗。這個理論並未捕捉到宇宙中發生的一切——特別是，它無法對 (A) 微觀爆炸黑洞或 (B) 大霹靂做出任何預測。此外，(C) 標準模型恰好包含 18 種基本粒子（取決於你如何計算），因為那是我們已經發現的；但該理論框架與其他粒子的存在完全相容，而且確實有強大的理論和天文理由認為它們確實存在。只是那些其他粒子對於地球上發生的任何事情都無關緊要——無關緊要到我們花了數十年和數十億美元在地球上尋找它們發揮可測量作用的任何實驗，卻始終沒有成功。無論如何，我認為有強大的理由相信我們的宇宙遵循一套有序的定律——某種定義明確的數學框架，優雅地將標準模型與所有廣義相對論（而不僅僅是弱場廣義相對論）統一起來——即使物理學家還不知道那些定律是什麼。……而且我們應該強烈預期，當我們最終發現這些定律時，我們會發現它們對於大腦或心智如何運作完全沒有提供新的啟示，超出了我們今天所知的尚不完全的物理定律所能揭示的範圍——就像我們從廣義相對論或量子場論等基礎物理學的先前進展中，沒有學到任何關於大腦或心智的新知識一樣。

• ^(^)如果你真的想吹毛求疵，大腦也是一個讓頭槌更有力的重物，大腦也是一個空間加熱器，……

• ^(^)……按神經元數量計算。具體來說，在人類中樞神經系統中，對身體非大腦部分進行物理/化學輸入和輸出的神經元，據我所知，主要由我們約 2 億個視網膜細胞組成，以及（相對而言）數量少得多的運動神經元和其他零星部分。

• ^(^)這一節是在模仿我曾經讀過的東西，但我記不起出處了。