人類大腦是否可被模擬？歐洲揮霍了13億歐元

人類大腦是否可被模擬?這個問題到今天科學家都難以給出答案，即便人工智能技術達到了飛速發(fā)展。

早在2009年，就有一位歐洲神經科學家大膽提出，只要十年時間，他就可以用計算機模擬出一個功能細節(jié)完備的人類大腦。為此，2013年，歐盟大手筆揮給他13億歐元(目前匯率約合99億元人民幣)，并將這一“人類腦計劃”項目立為“未來新興技術旗艦項目”，該項目也成為全球最重要的腦計劃項目之一。

不過，如今歐盟的這一“人類腦計劃“實施周期已過半，但距離模擬出人腦還很遙遠。科學界開始質疑該計劃成立的初衷，歐盟也已經決定不再“將所有的雞蛋放在一個籃子里”。

從今年起歐盟將不會在一個單獨的研究項目中投入10億歐元。歐盟的腦計劃也可能因為資金短缺而無法順利進行下去，很多科學家則認為，這一計劃從提出的一開始就是“不切實際的”。

中科院科技創(chuàng)新成果展江西巡展上，一名觀眾在觀看大腦結構模型。新華社資料

從“藍腦計劃”到“人腦計劃”

歐盟腦計劃的發(fā)起人就是十年前夸下海口的瑞士神經科學家亨利·馬克拉姆(Henry Markram)。2009年，在英國古城牛津的科技、娛樂與設計(TED)大會上，他宣布了一個驚人的計劃，要在了解大腦結構的基礎上，用計算機創(chuàng)建一個復雜的數學模型，模擬人腦的86億個神經元和100萬億的突觸。

當時的馬克拉姆還沉醉在成功地測量了老鼠大腦兩個神經元之間電信號強度的興奮中。也許是出于對計算機技術的過度樂觀，他表示，模擬人腦并不是不可能，而研究一旦成功將對人類帶來極大意義，為阿爾茨海默癥等疾病帶來革命性進展，研發(fā)出更智能、認知能力更強的機器人，甚至幫助找到讓計算機處理速度更快的方式。

這個項目在公布之后獲得了大量關注，并吸引到資金支持。

2009年，由于擔心計算機、數字服務和其他技術進一步落后于美國，歐盟委員會的通信網絡內容和技術總局設立了“未來新興技術旗艦項目“，入選該項目至少可獲得10億歐元的資助。

2013年，歐盟政府牽頭，26個國家的135個合作機構參與、預期10年的“人類腦計劃”(Human Brain Project，簡稱HBP)正式出臺，他們重金押注，一出手就是13億歐元，并為此定了一個很高的目標：開發(fā)信息和通信技術平臺，致力于神經信息學、大腦模擬、高性能計算、醫(yī)學信息學、神經形態(tài)的計算和神經機器人研究。側重于通過超級計算機技術來模擬腦功能，以實現人工智能。

第一財經記者查閱了HBP在2013年遞交給歐盟的項目計劃書，歐盟人類腦計劃的實現分三個階段：第一階段是最先兩年半的“爬坡階段“，是建立起一個ICT(信息通信技術)平臺的初步版本，并且用一些經過戰(zhàn)略選擇的數據植入這個平臺，目的是為項目內或項目外的研究人員使用該平臺做準備;第二階段是此后四年到四年半的“運營階段”，是加強對該平臺的使用從而產生更多的戰(zhàn)略數據并加入更多的能力，同時展現出平臺對基礎神經科學研究、藥物研發(fā)應用和未來計算技術的價值;第三階段是最后三年的“持續(xù)性階段”，能夠確保該項目資金上自主可持續(xù)，并成為歐洲科學和行業(yè)的永久資產。

計劃書中寫道，為了完成以上三個階段的工作，HBP計劃支出12億歐元，其中歐盟提供6.43億歐元資金。

自然網站對歐洲腦計劃的報道網頁

馬克拉姆發(fā)起模擬人類大腦的計劃并不是偶然。早在2005年他就已經開始了著名的“藍腦計劃”(Blue Brain Project，簡稱BBP)，該計劃的目標是對嚙齒類動物大腦建立精確的、生物學上詳細的數字重建和模擬，也就是從老鼠開始建模，但最終目標是人類大腦。

為了制作一個真實的模型，研究組需要把各種模塊和一些運算法則輸入一臺超級電腦中。一個神經元的計算量需要用一臺筆記本來做，所以，需要上萬臺筆記本。

為此，IBM還為馬克拉姆貢獻了一臺的Blue Gene“藍色基因”超級計算機。

該項目使用數據和軟件來模擬小鼠大腦的一小部分，重點關注一組被稱為皮質柱的神經元。馬克拉姆的設想是，“藍腦計劃”的第一個目標是在兩三年內通過軟件復制大腦新皮質單元(NCC)，或者說設計出NCC的模板，然后根據大腦不同區(qū)域或者不同動物的大腦對這個模板進行修改，這樣就可以模擬各種各樣的NCC。

“藍腦計劃”由瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)和蘇黎世聯邦理工學院(ETH)資助，數據由美國艾倫腦科學研究所提供。由藍腦構建的基于超級計算機的重建和模擬為理解大腦的多層次結構和功能提供了一種全新的方法，并給了計算機模擬人腦的學習能力一個可能。該項目還獲得歐盟“地平線2020研究與創(chuàng)新框架計劃”資助。

曾經擔任IBM研究院“藍腦計劃”項目負責人的佩克(Charles Peck)認為，模擬大腦的真正價值在于研究人員可以獲得每個神經元的數據。“雖然科學家對大腦的很多細節(jié)已經非常了解，但是他們仍然不知道大腦各個組成部分之間的結合方式，也不知道大腦如何思考、如何學習以及如何形成概念。”他說道，其意在這項研究可以真正拉近電腦與人腦之間的距離。

五年前就曾被抵制

從“藍腦計劃”到“人類腦計劃”是一個巨大的跨越，項目剛推出時，就遭到學界的強烈質疑。

2014年9月，來自歐盟的154名研究人員聯名致信歐盟委員會，指責HBP過于狹窄的研究領域，并威脅將抵制該項目，稱HBP項目的管理結構和研究重點都需要改變。

曾在瑞士聯邦理工大學洛桑分校獲得神經生物博士學位的一位中國教授告訴第一財經記者：“很多學者發(fā)起聯名信叫停HBP，歐盟也考慮暫停HBP的資助計劃，馬克拉姆后來也不再對外宣稱HBP的計劃了，反過頭來再重提BBP計劃。BBP計劃還一直被IBM資助，也有一些社會資金來源。”

反對的科學家稱：“這是一個需要整個歐洲進行協作的項目，就像人類基因組計劃一樣，資金不應該給到一個科學家。”甚至有科學家認為這個項目純屬浪費錢，沒有實際意義，因為“建模”不是解決問題的途徑，“建模”就是問題本身，沒有試圖解決某個特定的研究問題。

冷泉港實驗室(CSHL)神經科學負責人Anthony Zador教授從一開始就不看好該項目。他對第一財經記者表示：“從HBP項目推出之初我就抱有懷疑，這么大一筆錢投到一個看不見目標的項目中是很荒唐的。打個不恰當的比方，這就好像你花了很多錢把不同的高端汽車廠商的零部件都精準地復制出來，拼湊到一輛汽車上，但目的是要在大城市里面模擬路況測試。而這些模擬的路況是無法幫助你去理解交通狀況為什么那么糟糕，或者如何去解決全球氣候變暖的。”

Zador教授認為，10億歐元可以做很多好的腦科學研究，比如美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)的腦計劃，而HBP所做的與如此巨大的投入遠不能匹配，是一種巨大的資源浪費。

巨大的爭議導致了HBP的變革。2015年，HBP內部發(fā)生了重大的調整，原本三名高層的委員會解散，由22人組成的管理董事會接管。

2016年離開項目的HBP原聯合主席及BBP聯合主席肖恩·希爾(Sean Hill)向第一財經記者透露：“HBP后來的發(fā)展方向偏離了最初設定的目標，這導致了這一計劃的失敗。”

就在上個月，希爾還來到中國，代表“藍腦計劃”與東南大學簽署協議。這也是“藍腦計劃”首次與中國學術機構簽署大規(guī)模的關于神經元形態(tài)學研究和腦模擬方面的合作協議。

歐洲腦計劃的未來

隨著歐洲“人類腦計劃“的銷聲匿跡，歐盟未來也將不再向單個科研項目進行如此大規(guī)模的資助，這也引起了整個歐洲學術界的大辯論。不過支持馬克拉姆的人認為，“藍腦計劃”在過去幾年中還是取得了很大的進展。

去年年底，由“藍腦計劃”發(fā)布的“藍腦細胞圖譜”在《神經信息學前沿》上刊登，這一細胞圖譜展示了首張小鼠大腦每個細胞的數字3D圖譜，為神經科學家提供全部737個腦區(qū)中主要細胞類型、數目和位置等先前無法獲得的信息，能極大地加快腦科學的進展。

它將數百個全腦組織染色數據整合為一個綜合性、交互式的動態(tài)在線資源，允許任何人對小鼠大腦中的每個區(qū)域進行可視化，并且可以利用免費下載的數據進行新的分析和建模。

研究人員認為，這張突破性的數字圖譜可用于分析和進一步為特定的腦區(qū)建模，是邁向完全模擬嚙齒動物大腦的重要一步。

馬克拉姆當時也提到了在研究中遇到的挑戰(zhàn)。他表示：“盡管在過去的一個世紀進行了大量研究，我們仍然只能獲得4%的小鼠腦區(qū)的細胞數量，而且這些估計通常相差三倍。這限制了我們研究和模擬大腦的努力。”

完成這張革命性的圖譜，花了他整整五年時間。但是要完成一張人腦的模擬圖譜，現在看來很難在下一個五年里實現。

但歐盟決定停止對人類腦計劃的下一個十年的資助，也將令歐盟腦計劃未來的發(fā)展陷入不確定中。在各國政府都在大力推動腦科學發(fā)展的背景下，沒有一個國家愿意看到自己落后于人。

日內瓦大學神經科學教授亞歷山大·普吉特(Alexandre Pouget)對第一財經記者表示：“雖然BBP和HBP兩個旗艦項目仍然存在，但是現在的形勢對于這兩個計劃未來的發(fā)展并不利，因為爭議只會越來越多。歐盟也正在積極討論歐洲腦計劃未來的走向。”

2018世界人工智能大會上，百度公司董事長兼首席執(zhí)行官李彥宏演講。新華社

相比之下，有科學家認為，中國提出的腦計劃更加實際。2016年，中國加入全球的“腦計劃”競爭之列。中國“腦計劃”分兩個方向：以探索大腦秘密、攻克大腦疾病為導向的腦科學研究和以建立和發(fā)展人工智能技術為導向的類腦研究。

中國科學院上海神經科學研究所所長蒲慕明認為，與歐美、日本的“腦計劃”相比，中國“腦計劃”更為全面。各領域科學家提出了“一體兩翼”的布局建議，即以研究腦認知的神經原理為“主體”，研發(fā)腦重大疾病診治新手段和腦機智能新技術為“兩翼”。目標是在未來15年內，在腦科學、腦疾病早期診斷與干預、類腦智能器件三個前沿領域取得國際領先的成果。