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理查德·格雷戈里在1981年指出，依赖涌现性来解释脑功能显示出科学界的理论框架存在问题：“‘涌现’的出现很可能是一个信号，表明我们需要一个更普遍的（或者至少是不同的）概念框架……好的理论的作用是避免引入涌现性。（因此基于涌现性的解释是虚假的。）”[19] 这忽略了一个事实——涌现性有不同的种类，有强有弱。弱的涌现性特征——如小鱼群对鲨鱼的反应——可以根据支配群体成员行为的规则来加以理解。在这种情况下，看似神秘的群体行为是以一个个动物个体的行为为基础的，每一只动物都在对某种因素（如毗邻动物的运动）或者外部刺激（如靠近的捕食者）做出反应。
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这种弱涌现性不能解释龙虾胃的蠕动，更不可能解释人脑的功能。要解释这些现象，我们需要求助于强涌现性。在强涌现性中，涌现的现象无法用单个组成部分的活动来解释，它们有自己要服从的法则。你和本书的这一页纸都是由原子组成的，但你的阅读和理解能力来自原子在你身体中形成的更高层次结构所产生的特征，比如神经元和它们的放电模式，而不仅仅是来自原子间的相互作用。一些神经科学家最近批评强涌现性有引发“形而上学上的难以置信”（metaphysical implausibility）的危险，因为对于这种涌现是如何发生的，既没有明确的因果机制，也没有任何解释。这些批评者和格雷戈里一样，声称依靠涌现性来解释复杂现象表明神经科学正处于一个关键的历史转折点，就像炼金术慢慢转变为化学的那个时期一样。[20] 但面对神经科学的诸多谜团，我们往往只能诉诸涌现性。而且涌现性也并不是像看起来那么“傻”：深度学习程序的惊人特性在本质上就是涌现属性，而设计这些程序的人根本无法解释这些特性。
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有趣的是，虽然有些神经科学家对涌现性的形而上学感到困惑，人工智能的研究者却陶醉于这个想法中。他们认为，现代计算机的高度复杂性或者它们通过互联网建立的互联性将推动一个关键转折点的到来，这个夸张的转折点被称为奇点。那时，机器将变得具有意识。关于这种可能性，有很多虚构作品做了探索。在这些作品中，对所有相关的人来说，事情往往都以糟糕的结局告终。这个主题当然会激发公众的想象力，但除了我们对意识如何运作的无知外，没有其他理由可以让我们相信这种可能性会在不久的将来出现。从原理上讲，这肯定是可能的，因为我们的现有假说认为心智是物质的产物，因此我们应该能够在一个装置中模仿它。但即使是最简单的脑，其复杂程度也足以令我们目前所能想象的任何机器相形见绌。在未来的几十年甚至几个世纪里，奇点都只会出现在科幻小说而不是科学中。
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一个与意识本质相关的观点把“脑就像一台计算机”的隐喻变成了一个严格的类比。一些研究者将心智视为一种在神经硬件上运行的操作系统，我们的心智被视为一种特殊的计算状态，这意味着心智可以被上传到某个设备或另一个脑中。按照其通常的表述方式，这种想法是错误的，或者至少是天真到了无可救药的地步。现有的关于脑的唯物主义观的假说是，无论是在人、果蝇的幼虫，还是其他动物中，脑和心智都是一回事。因此，神经元和它们所支持的过程（尽管具体细节还不清楚，但也包括意识）是一回事。在计算机中，软件和硬件是分开的。然而，我们的脑和我们的心智是由最好被描述为“湿件”（wetware）的东西组成的，其中正在发生的事情和事情正在发生的地点是完全交织在一起的。
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想象一下，我们可以改换我们神经系统的用途，让它运行不同的程序，或者把我们的心智上传到服务器上。这听起来可能很科学，但在这个想法背后隐藏着一种可以追溯到笛卡儿和他的前辈的非唯物主义的观点。这暗示着我们的思想以某种方式漂浮在我们的脑中，可以将它转移到另一个头脑中，或是被另一个心智取代。读取一组神经元的状态并将其写入新的基质（有机的或人造的），通过这样的假设，我们有可能给这个想法披上一层科学的体面外衣。但即使是试图想象这是如何在现实中操作的，我们也需要对神经元功能的深入理解，深入程度已经远远超出了我们目前所能设想的深度。不仅如此，我们还需要超乎想象的强大计算能力以及能精确模仿脑结构的模拟能力。哪怕是要理出一个可行的原理，我们首先也要能建立一个令人满意的神经系统活动模型，这个模型要能够保持单一的状态，要建立思想的活动模型就更难了。再一次，龙虾的胃凸显了我们的无知，也提示了我们要走的路还有多远。
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目前，“脑就像一台计算机”这个隐喻仍然占据着主导地位，尽管人们对于这个隐喻的贴切程度的看法存在分歧。[21] 2015年，在论文集《这个想法必须消亡》（This Idea Must Die ）收录的他的一篇文章中，机器人专家罗德尼·布鲁克斯（Rodney Brooks）把脑的计算机隐喻选为了他最反感的观点。早在20多年前，历史学家S.瑞安·约翰森（S.Ryan Johansson）就指出：“无休止地争论‘脑是一台计算机’这类隐喻的真伪是在浪费时间。它提出的关系是隐喻性的，是在敦促我们去做某些事情，而不是在试图告诉我们真相是什么。”[22] 虽然这些话的言辞不像布鲁克斯的态度那么尖锐，但结论是类似的。同样，神经科学家马泰奥·卡兰蒂尼（Matteo Carandini）认为，脑与当前尖端技术的类比可能很快就会过时并显得古怪，[23] 但他仍然强调计算机隐喻有一定的价值：“脑无疑是一个信息处理器官，因此对脑和我们最好的信息处理设备进行比较，这是有意义的。”加里·马库斯则为脑的计算机隐喻做了更为有力的辩护：
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简而言之，计算机是接受输入、编码和操纵信息并将输入转化为输出的系统结构。就我们所知，脑也是如此。真正的问题不是脑本身是不是一个信息处理器，而是脑如何存储和编码信息，以及一旦信息被编码，脑会对这些信息进行什么操作。[24]
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马库斯接着说，神经科学的任务是对脑开展“逆向工程”，就像研究计算机那样，检查其组成部分及其相互连接，以破译其工作原理。这个提议已经存在一段时间了。1989年，克里克认识到了这种策略的吸引力，但觉得它不会成功，因为脑有着复杂而混乱的进化史——他夸张地宣称，这会像是尝试对一项“外星科技”开展逆向工程。[25] 克里克认为，试图从逻辑出发通过脑的结构找出脑工作机制的总体解释注定会失败，因为几乎可以肯定的是，这么做的出发点就是错误的——脑如何工作并没有一个整体的逻辑。
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计算机的逆向工程通常被用作思维实验，以展示我们在原理上理解脑的可能性。这些思维实验毫无疑问是成功的，它们鼓励我们以这种方式去理解我们脑袋里的这个柔软器官。但是在2017年，两位神经科学家决定在一个真实的计算机芯片上做这个实验，这个芯片有真实的逻辑、真实的组件和设计明确的功能。事情并没有像预期的那样发展。
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这两位科学家分别是埃里克·乔纳斯（Eric Jonas）和康拉德·保罗·科尔丁（Konrad Paul Kording），他们使用了通常用于分析脑的技术，并将其应用到MOS 6507处理器上。MOS 6507处理器是一种20世纪70年代末和80年代初的计算机使用的处理器，能使这些计算机运行《大金刚》《太空侵略者》《陷阱》等视频游戏。首先，他们扫描了芯片中的3510个增强型晶体管，获得了它们的连接组，并在一台现代计算机上模拟了这种芯片（包括运行游戏程序10秒钟）。然后他们使用了神经科学的各种技术来研究这张模拟的芯片，如“损毁”（把某些晶体管从模拟芯片中移除）、分析虚拟晶体管的“锋电位”活动并研究它们之间的连接，以及通过测量其运行每个游戏的能力来观察各种操作对系统行为的影响。
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移除晶体管（这相当于破坏一个脑区）产生了一些颇具吸引力的明晰结果。例如，乔纳斯和科尔丁总共发现了98个晶体管，如果单独移除其中的任何一个，就会使系统无法启动《大金刚》，但对《太空侵略者》或《陷阱》没有影响。但正如作者们认识到的那样，这并不意味着处理器中存在任何类似“大金刚晶体管”的东西。他们表示，把这些晶体管描述成“大金刚晶体管”会产生“严重的误导”。事实上，每个组件都只是完成了一个简单并且基本的功能，这些功能对《大金刚》是必要的，而其他两个游戏则不需要。
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虽然使用了这些强有力的分析方法，而且研究者对芯片的工作原理事实上也已经有明确的解释（用技术术语来说，它拥有“基准真相”），但这项研究未能检测出芯片内部信息处理的层级结构。正如乔纳斯和科尔丁所说，这些技术不能产生“有意义的理解”。他们的结论是悲观的：“最终，问题不是神经科学家无法理解微处理器，而是他们目前所采用的方法使他们无法理解它。”[26]
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这个令人警醒的结果表明，尽管计算机隐喻很有吸引力，而且脑确实在处理信息，并以某种方式表征外部世界，但我们仍然需要理论方面的重大突破。即便我们的脑是按照逻辑来设计的，我们目前的概念和分析工具也完全不足以解释脑。更何况脑不是按照逻辑设计出来的。但这并不意味着模拟研究毫无意义：通过建模（或者模拟），我们可以检验假设，通过将模型与已建立的、可以精确操纵的系统联系起来，我们可以深入理解真正的脑是如何运作的。[27] 这是一种极其强大的工具，但这类研究在给出结论时需要有一定程度的谨慎。此外，面对将脑和人工系统进行类比时存在的困难，我们需要现实一点。
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甚至像计算人脑的存储容量这样简单直接的事情，研究者在尝试时也会崩溃。泰瑞·谢诺夫斯基的团队曾对树突棘的数量和大小以及突触上神经递质囊泡的数量进行了仔细的解剖学研究，根据他们的计算，每个突触平均至少能存储4.7比特的信息。[28] 这表明人脑可以存储至少1拍字节（petabyte）的信息，也就是100万吉字节（gigabyte）的信息。不管这听起来多么值得注意，或者对于那些认同数学和工程学可以告诉我们脑如何工作的人来说多么有吸引力，这种计算的出发点是扭曲的。神经元不是数字的（这是信息数字化的基础），脑（即使是线虫那算不上脑的脑）也不是硬连接的（hard-wired）。每个脑都在不断地改变突触的数量和强度，而且最重要的是，脑并不仅仅依靠突触工作。神经调质和神经激素也会影响脑的运作方式，但由于它们的作用方式和起效的时间尺度与计算机隐喻不相符，所以这类研究中没有把它们的影响纳入考虑。
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计算脑的存储容量充满了概念和实践上的困难。脑的运作是自然的、进化的现象，脑不是数字设备。使用粗糙的（甚至是复杂的）信息概念无法完全理解脑。
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更根本的问题是，脑和计算机的结构完全不同。2006年，在一本由23位顶尖神经科学家撰写的著作中，拉里·阿博特重点阐述了一些有待解决的问题（其中大部分问题至今仍未得到令人满意的回答）。[29] 在他撰写的文章《这东西的转换开关在哪儿？》（Where Are the Switches on This Thing?）中，阿博特探讨了电子设备的最基本组件——转换开关在脑中可能的生物物理对应物。尽管抑制性突触可以通过使下游神经元失去响应来改变神经活动的流动，但这种相互作用在脑中是相对较少的。细胞并不像二元转换开关那样可以开关，进而组成一个电路。相反，神经系统改变其运作模式的主要方式是改变细胞网络的活动模式，这些细胞网络由大量单元组成。正是这些网络来引导、切换和分流神经活动。这些网络的节点与我们目前能设想的任何设备的不同之处在于，它们不是像晶体管或电子管那样的稳定点，而是一组组的神经元（成百上千甚至成千上万之多）。这些神经元能作为一个网络随着时间的推移做出一致的响应，即便这些细胞会表现出不一致的行为。
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在大型生物的脑中，理解脑功能所需的分析似乎越来越不应该停留在霍拉斯·巴洛“五法则”那样的细胞层面了，脑就像一台计算机甚至脑内有一张连线图的想法似乎也不再有效了。真实情况要比这复杂得多。
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对于那些通过结构基础（连接组或无论什么）来理解脑功能的理论，有一个更大的问题。如果我们把MOS 6507芯片及其相关组件想象成克里克提到的“外星科技”，想象成降落到地球的火星飞船上发现的一个设备，我们就能发现这个问题。通过对其组件的全面分析，我们会发现外部输入可能会改变它的功能，但我们似乎不太可能想象得到火星人会用这个设备来玩游戏。如果没有观察到火星人与这台机器的互动，我们永远不会完全理解它是如何工作的。如果没有这个决定性的外部因素，那么这个设备的意义和作用模式就会始终模糊不清。
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当我们将这一见解延展到对脑的理解时，1997年发表的一篇文章的标题以惊人的方式点明了其关键含义——《脑有一个身体》（The Brain Has a Body）。[30] 身体处于环境之中，两者都会影响脑实现功能的方式。这似乎是显而易见的，但在试图理解脑的建模方法中，都没有包含身体和环境的要素。所有脑所处的生理现实是，从它们开始发育的那一刻起，它们就在与身体和外部环境相互作用。如果模型或者实验设置中不体现这些方面，那么获得的对脑的理解必然是不充分的。
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模拟放在大缸中的脑（“人脑计划”本质上正是在这么做，不过只是涉及大鼠脑的一小片），令系统缺失了它需要的一个必不可少的组成部分——来自外部世界的输入。用奥拉夫·斯波恩斯的话来说：“神经元不只是被动地对输入做出反应，通过影响运动活动和行为，它们也在积极地决定输入的是什么。”[31] 我们在模拟或分离出的神经元网络中观察到的，有可能是一个无法正常运转的系统。将模拟研究的结果与活的动物的脑活动进行比较——就像在斑马鱼中所做的那样——将有助于我们弄清这一点。[32]
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这种观点也打击了近来脑类器官（brain organoid）研究的一些令人兴奋的发现。脑类器官是在培养皿中用干细胞培养的一小团脑组织。研究人员发现，一些相应的脑细胞类型（包括小胶质细胞）在脑类器官中一致并可复制地出现。[33] 类器官中的神经元可以表现出有节律的行为，就像20世纪50年代那些粗陋的计算机模拟结果那样，甚至有人声称这些节律行为与早产儿神经元的活动很相似。在其他实验中，一个类器官上视网膜组织生长的区域会对光线有反应，而在另一些实验中，实验者甚至观察到脑类器官能与小鼠的脊髓结合到一起并引起肌肉的收缩。[34] 怪异之处在于，类器官的生长永远不会超出几毫米的大小，其细胞数目也不会超出约300万个（与人脑细胞的数目相比，这非常少），因为身体在与环境的互动中会产生无数可以引导脑发育的因子，而类器官的生长则欠缺这些因子的影响。
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这些小扁豆大小的小团组织将为我们提供重要的见解，让我们了解简单的脑结构在健康和疾病情况下是如何发育的，以及它们是如何进化出来的。[35] 但有些人已经准备用脑类器官做一些不那么美妙的表演了。一位自作聪明的研究人员打算利用尼安德特人的基因组创造出脑类器官，将它们与“机器人螃蟹”连接起来，然后与由人脑类器官控制的“机器人螃蟹”进行比赛。[36] 这样的奇观并不能告诉我们什么。面对这种轻率的想法，科学家和生物伦理学家主张为类器官研究建立一个伦理框架，以阻止研究者在这些最新的科学事物上开展无意义或者具有潜在破坏性的实验。[37] 虽然一个类器官变得具有意识的可能性微乎其微，但我们很难知道该如何分辨真相。回想一下1874年可怜的玛丽·拉弗蒂的遭遇，审慎应该居于好奇和娱乐之前。