在大腦裡還原與外部一樣的一個三維世界，也許聽起來十分荒謬。腦子才那麼小，怎能容得下如此大的空間。然而，用數字來表達三維空間，只需對景物上標註X、Y、Z軸的3個值而已，佔不了多少位元組。

15年前德國的頂級程式設計師編寫的最小3D遊戲，僅有9.5萬個位元組，相當於一張照片的大小。而它的3D場景一點也不比現在的遜色。當然，這9.5萬個位元組只是一個3D引擎的組合語言。其他內容還是要呼叫儲存裝置的，而大腦的3維場景只要到眼底直接讀取，不需要預存。人在做夢時要到大腦的記憶體中讀取景象，但這種景象多半粗糙並不細膩，原因就是儲存量太小。

現在3D的遊戲資料包大的原因，是預存了大量的3d場景資料。如：人物，房屋，高山，流水，樹木，花草等等。3D建模軟體大，是因為軟體中集成了大量的建模開發工具，功能都很強大，使開發者可以遠離原始碼，讓構建和設計變得更直觀。因此，它們往往需要裝滿一張光碟。一張藍光光碟可以儲存25G，等於250億位元組。

目前，“限量版”的華為5G手機用的麒麟990晶片，已經縮微到7nm製程，有103億個電晶體，最新的蘋果A13是85億個電晶體。

大腦也不遜色，現代的生物學研究表明，人類的大腦皮層有140多億個神經細胞，而每個神經細胞上又有三萬多個突觸。一個神經元可與1－20萬個其它神經元連線，每個神經元平均有1.5萬個突觸。大腦皮層內的突觸，總數要超過100萬億個，差不多是手機晶片的一萬倍。

有網友在知乎上直呼，不能如此對比，神經訊號既不是數字訊號也不是模擬訊號，這樣比較沒有意義。

不是數字訊號，也不是模擬訊號，是猜測，還是確有依據，這位網友卻沒了下文。

幸好，大腦的體積不像手機那麼拮据。手機是100億隻電晶體只能整合指甲蓋大小的晶片上。而大腦的體積有1300～1500毫升，重約1.3千克，神經元和突觸可以寬鬆地躺在大腦皮層上。這為光學顯微鏡和電子顯微鏡的偵測提供了有利條件。

“突觸”，是英國著名科學家謝靈頓，1897年首次提出的。他在1906年《神經系統的整合作用》一書中再次提出：“突觸”這一概念，用以描述一個神經元與另一個神經元之間的接觸部位，並認為正是在這個部位，神經元與神經元才能進行資訊溝通。並用到了活門的概念。

這就與計算機中的基本邏輯電路類似：凡是對脈衝通路上的脈衝起著開關作用的電子線路就叫做閘電路，是基本的邏輯電路。閘電路可以有一個或多個輸入端，但只有一個輸出端。閘電路的各輸入端所加的脈衝訊號只有滿足一定的條件時，“門”才打開，即才有脈衝訊號輸出。從邏輯學上講，輸入端滿足一定的條件是“原因”，有訊號輸出是“結果”，閘電路的作用是實現某種因果關係──邏輯關係。所以閘電路是一種邏輯電路。基本的邏輯關係有三種：與邏輯、或邏輯、非邏輯。與此相對應，基本的閘電路有與門、或門、非門。

大腦的生物計算機與電腦的半導體計算機都選擇了閘電路並不是偶然的，是各自的優勢和劣勢十分相近導致的。閘電路的優勢是執行比較穩定不容易出差錯，它的輸出電位要麼是超過臨界點電位用1來代表，要麼低於臨界點用0來代表。也就是我們俗稱的2進位數位電路。閘電路的劣勢是電路非常簡單，要表達一個複雜的數字需要海量的閘電路組成，這又迎合了生物計算機與半導體計算機的長處，閘電路可以做的尺寸非常小，在很小的空間內就能容納海量的們電路。

今天大腦生物計算機與半導體計算機形成同樣的方式也必須滿足一個時間節點，大腦進化到一個高度智慧階段。

最初的生命起源於海洋。那時候的生命只是簡單的一個細胞，它們沒有大腦。即便如此，它們依舊可以感知外界環境，並做出反應。雖然在之後的歲月裡，生命的形態千變萬化，複雜程度也歎為觀止，但這種感知外界環境並做出反應的功能卻被延存了下來。並且，動物專門進化出來一套複雜的系統，來處理與外界環境的互動。這套系統便是神經系統。而神經系統最高階的中樞，就是大腦皮層。

生物計算機整體分古皮質，舊皮質和新皮質。古皮質是進化程度最古老的皮質，大約3.6億年前，我們的魚類第一次爬出海洋，在陸地上開疆拓土，繁衍進化。大約2億年前進化出哺乳動物有了微小的舊皮層。在人類大腦裡，新皮層就是包裹在大腦最外層的絕大多數腦組織，新皮層佔整個大腦皮層的90%。

新皮層的摺疊結構，允許在有限的顱骨空間內容納更大面積的皮層。一個常見的形象比喻是，大腦皮層就像一張揉成一團的紙張。

大腦皮層就像一張紙，摺疊越厲害，體積越小。但並不是所有動物的大腦皮層都是折摺疊疊的。例如齧齒類，它們的大腦皮層是很平滑的。當動物沒有進化上的智力壓力時，大腦皮層也就安然地懶惰下去。而對於靈長類等群體動物，進化上它們面臨更多、更頻繁的同伴之間的合作和競爭壓力，必須有更強的大腦硬體來支援。皮層的擴容是必須的一步，於是顱股腔體增大、皮層摺疊生成。

神經元有胞體和突起兩部分，突起又分軸突和樹突兩種。

神經元的胞體形態各異，常見的形態為星形、錐體形、梨形和圓球形狀等。胞體大小不一，直徑在5～150μm之間。

神經元分三個類別：

1.感覺（傳入）神經元。接受來自體內外的刺激，將神經衝動傳到中樞神經。神經元的末梢，有的呈遊離狀，有的分化出專門接受特定刺激的細胞或組織。分佈於全身。

2.運動（傳出）神經元。神經衝動由胞體經軸突傳至末梢，使肌肉收縮或腺體分泌。傳出神經纖維末梢分佈到骨骼肌組成運動終板；分佈到內臟平滑肌和腺上皮時，包繞肌纖維或穿行於腺細胞之間。

3.聯絡（中間）神經元。接受其他神經元傳來的神經衝動，然後再將衝動傳遞到另一神經元。中間神經元分佈在腦和脊髓等中樞神經內。它是三類神經元中數量最多的。其排列方式很複雜，有輻散式、聚合式、鏈鎖狀、環狀等。神經元間資訊傳遞的接觸點是突觸。

人類大腦皮質的思維活動就是透過大量中間神經元的極其複雜的反射活動。中間神經元的複雜聯絡，是神經系統高度複雜化的結構基礎。

在哺乳動物進行突觸傳遞的幾乎都是化學突觸；電突觸主要見於魚類和兩棲類。根據突觸前細胞傳來的訊號，是使突觸後細胞的興奮性上升或產生興奮還是使其興奮性下降或不易產生興奮，化學和電突觸都又相應地被分為興奮性突觸和抑制性突觸。使下一個神經元產生興奮的為興奮性突觸，對下一個神經元產生抑制效應的為抑制性突觸。

神經元之間神經衝動的傳導是單方向傳導，即神經衝動只能由一個神經元的軸突傳導給另一個神經元的細胞體或樹突，而不能向相反的方向傳導。

突觸分為兩類，即化學突觸和電突觸,相應的傳遞為化學傳遞和電傳遞。在高等動物腦內，化學傳遞占主導地位。突觸化學傳遞理論起源於20世紀40-50年代早期，一直延續到20世紀70年代。化學突觸由軸突末梢和下一個神經元的樹突或胞體組成，軸突末梢構成突觸前區隔，樹突分支或樹突棘或胞體構成突觸後區隔。突觸前和突觸後元素的接觸模式可分為終扣模式和路過模式。

前者是軸突末梢分支到終末，神經遞質從終末釋放，終末形成突觸前區隔；後者，軸突分支在其行進過程中呈現曲張體（膨體），曲張體成為突觸前區隔。突觸前區隔釋放神經遞質，作用於突觸後區隔。突觸自20世紀70-90年代以來，突觸化學傳遞的理論有很大發展，這要歸功於生理學、分子生物學、細胞生物學、遺傳工程學、成像技術等新技術的應用。

在突觸前方面，包括突觸小泡的釋放機制、小泡膜和質膜的融合、融合孔的開放、釋放過程中參與的有關蛋白質的鑑定。到最近，甚至於研究融合過程中3個分子的離體單分子研究。在突觸後方面，特別值得一提的是關於突觸後緻密的結構及其化學組成的詳盡分析、受體分子構造及其作用機制特別是興奮性突觸傳遞中NMDA受體的作用研究，而最近又發展到AMPA受體甲基-0-天冬氨酸。

當代突觸研究的主要進展，AMPAR在膜上運輸的重要性研究。這些都是在卡茨形成化學傳遞理論之後，在突觸前和突觸後研究方面的重要發展。與突觸化學傳遞密切相關聯的當然是被稱為遞質的傳遞分子。研究突觸的化學傳遞必然要聯絡到遞質。開始鑑定的遞質分子是乙醯膽鹼、去甲腎上，以後又先後鑑定了許多其他分子，主要是生物胺。在陸續鑑定遞質分子的同時科學家們發現，有些物質難以用原來定義遞質的標準來規範與衡量，於是提出了神經調質的概念，其中包括相應的許多分子。再往後又發現了神經肽，神經肽基本上起神經調質的作用。

以後又發現，某些氣體分子還有膜脂類代謝的分子，包括內源性大麻素樣物質，它們具有神經活性，可能與突觸活動有非常密切的關係。這樣一來，與突觸傳遞有關或影響突觸傳遞的分子就很多了，這些分子的作用機制也很複雜。尤其是它們對腦功能的影響，可能越出單純突觸傳遞的範圍。當人們發現突觸傳遞具有可塑性，特別是發現了長時程增強等現象以後，突觸在腦功能理論上的重要性又進一步提高了。人們很快把它與腦的重要功能學習和記憶聯絡起來。突觸可塑性與學習記憶的關係始終是、仍然是腦科學的中心內容。至於突觸的發育則是又一熱門的話題。

高等動物中樞每一突觸後神經元上通常形成大量的突觸（包括興奮性和抑制性的），貓脊髓前角的一個運動神經元胞體上形成1200～1800個突觸，約佔據神經元胞體表面的38%。神經元透過對EPSP和IPSP進行空間總和（即對在神經元不同位置上出現的EPSP和IPSP進行總和）和時間總和（即對每個突觸重複發生的突觸後電位進行總和），以決定它產生興奮還是抑制。總和後，如興奮性突觸後電位達到閾值，便觸發動作電位。在突觸傳遞中遞質一旦釋放，無論是否已與受體結合，便又迅速地被分解或被重吸收到突觸口內或擴散離開突觸間隙，使突觸得以為下次傳遞作好準備。

突觸前抑制結構基礎：軸突-軸突式突觸和軸突-胞體式突觸。

機制：如圖，神經元B與神經元A構成軸突-軸突式突觸；神經元A與神經元C構成軸突-胞體式突觸。神經元B沒有對神經元C直接產生作用，但它可透過對神經元A的作用來影響神經元C的遞質釋放。須指出的是，只有在神經元A也處於啟用狀態時，神經元B才能對A發揮抑制作用。

CMOS邏輯實現

目前大規模積體電路工作的前提就是CMOS工藝，簡單來說就是怎麼產生0和1兩種資訊，一個晶片上就是無數個mos管構成的，每個mos管產生0或者1構成複雜的系統。當溝道尺寸小到一定程度時，mos管工作的物理基礎就發生變化了。可能會引起大的技術變革。

半導體閘電路典型整合ttl邏輯閘電路

2輸入端CMOS或非門電路。其中包括兩個並聯的N溝道增強型MOS管和兩個串聯的P溝道增強型MOS管。

當輸入端A、B中只要有一個為高電平時，就會使與它相連的NMOS管導通，與它相連的PMOS管截止，輸出為低電平；僅當A、B全為低電平時，兩個並聯NMOS管都截止，兩個串聯的PMOS管都導通，輸出為高電平。

因此，這種電路具有或非的邏輯功能，其邏輯表示式為 。或非門是具有多端輸入和單端輸出的閘電路。當任一輸入端(或多端)為高電平（邏輯“1”）時，輸出就是低電平（邏輯“0”）；只有當所有輸入端都是低電平（邏輯“0”）時，輸出才是高電平（邏輯“1”）。其邏輯關係的數學表示式為：

其二輸入的或非門真值表如下表所示。

或非門真值表
輸入A	輸入B	輸出C
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

顯然，n個輸入端的或非門必須有n個NMOS管並聯和n個PMOS管並聯。

比較CMOS與非門和或非門可知，與非門的工作管是彼此串聯的，其輸出電壓隨管子個數的增加而增加；或非門則相反，工作管彼此並聯，對輸出電壓不致有明顯的影響。因而或非門用得較多。

隨著科技發展，極限都只是基於當下工藝暫時的，我記得22nm時就說到了極限，但是英特爾用finfet工藝改進，又延續了摩爾定律，到7nm時又到極

根據拍明芯城統計桌面級處理器(不是手機的SOC)一般是9～18億個以及更多的電晶體電晶體是處理器的基礎，可以說，在同架構的情況下，電晶體越多，處理器效能越強勁(功耗和發熱量也就更大)

近一二十年來，不同專業、學科的某些學者提出了對“突觸”名詞的不同應用，出現歧見。如前所述，謝靈頓當時提出“突觸”這個詞，包含了兩個要義。第一，兩個細胞密切靠近但是並不融合，即他所謂“緊緊抓住”的意思。第二，有資訊，即興奮，從一個神經元傳向另一個細胞。謝靈頓認為傳遞是單方向的，突觸類似於“活門”。

每個神經元可以有一或多個樹突，可以接受刺激並將興奮傳入細胞體。每個神經元只有一個軸突，可以把興奮從胞體傳送到另一個神經元或其他組織，如肌肉或腺體。

神經bai元（Neuron）是一種高度分化的細胞，du是神經系統zhi的基本結構和功能單位之一，它具有感受刺激和傳導興奮的功能。

雖然神經元形態與功能多種多樣，但結構上大致都可分成細胞體（soma）和突起（neurite）兩部分。突起又分樹突（dendrite）和軸突（axon）兩種。

我們的大腦中有著數以億計的細胞，其中神經元約有860億，這個數字比現在地球上人口總和的十倍還要多。

腦是由眾多的神經細胞相互連線而構成的器官。神經細胞間透過脈衝放電和神經遞質來相互傳遞資訊。脈衝放電和神經遞質產生的電位差，都可以透過向量解析為“0”和“1”。

NMOS邏輯實現

上圖展示了使用NMOS線路的2輸入或非門的構造。如果輸入都是高電平，對應的NMOS就會接通，輸出會被拉到低電平；反之輸出會透過上拉電阻被拉到高電平。

“湯”與“火花”的爭論即使1936年Loewi和戴爾獲得了諾貝爾獎，化學傳遞學說在生理學家中仍然通不過，反對的代表人物是艾克爾斯。他們被稱為“火花”派，而主張化學傳遞的被稱為“湯”派。“湯”與“火花”的爭論主要在艾克爾斯小組和戴爾小組之間進行。

二進位（全或無）式傳遞還是等級式傳遞？

學習和記憶是突觸事件嗎？

雖然在海馬方面已有相當證據，新的陳述性記憶的獲得包含了長時程突觸可塑性在內，但陳述性記憶是如何長期儲存在大腦皮層中的，對此仍然知之甚少。突觸變化很可能對於記憶形成是需要的，基因轉錄是其中之一。在記憶形成中，到底透過哪些後成(epigenetic)機制調節，可以原發地影響“突觸”基因？突觸至少可能透過兩個基本機制儲存記憶。第一，透過形成新突觸或去除老突觸，重新建模突觸線路。第二，選擇性地強化或者弱化某些突觸，而並不改變突觸連線。更進一步，記憶形成可能包含比突觸變化更多的東西。例如，成年神經元的發生已經被認定是必需的。為了解突觸在學習和記憶中的作用，即突觸活動的長時程後效應—這些後效應必然牽涉到細胞核蛋白質合成的變化，就必須進一步瞭解突觸活動與細胞核活動之間的連線及調控特點。這些都是重要的挑戰，也能提供獨特的科學機遇。