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人工大脑开启了解人脑之路

亨利·马克兰姆:“为了全人类的利益”

基于人脑原型构建一个人工大脑,以了解人脑这架奇妙机器的运转机制与失灵原因-这正是“人脑项目”所面对的挑战。该项目近日获得角逐十亿欧元欧盟科研资助计划的资格。让我们一起走进洛桑联邦理工学院,去探访人脑项目实验室。

“这是欧洲在人脑研究领域取得领先地位的大好机遇,”亨利·马克兰姆(Henry Markram)肯定地表示。

但要想使人信服,这位洛桑理工教授还需要掌握政治语言。因为他的人脑项目虽然很有潜力在明年摘得欧洲“旗舰”的称号(见右栏),这十亿欧元却不会全部由欧盟出资,项目所在国也必须参与科研投资。

项目涉及面越广,潜在资金来源也会越多。这方面,该项目已集结了9个国家的13所大学,把最大的胜算握在自己手中,而且还准备继续吸引欧洲与国际的前列研究机构。“每年出版的关于人脑的科技论文数量高达6万篇,”马克兰姆总喜欢这样提醒大家。人脑项目有志于吸收这些论文的精髓,而不让它们在图书馆里睡大觉,以便构建一架世界上独一无二的机器。

怎么运转?

自2005年以来,马克兰姆就已经与其合作者一起从事名为“蓝色大脑”(Blue Brain)的人工大脑开发。这架人工大脑尽量在技术允许范围内趋近于生物大脑。研究使用的是“逆向工程”方式:科研人员从已存在的研究对象出发,尝试为其搭建蓝图,而非在构建之前就先设计好对象。

科研人员从最基本的构件开始:先是构成细胞的蛋白质,再是传输信息的神经元,以及为其提供养分、调节信号传输的神经胶质细胞,还不能忘记这些传输信号,它们是通过长纤维从一个细胞传送至另一个的离子束。所有这一切都是根据从活体采集的资料,再进行虚拟重组。

一架红外显微镜四周星罗棋布着十几个小盒子,似乎都通过塑料吸管从同一个绿色的光源汲取养分。每个小盒里包含12个老鼠的神经元,而这架机器对所有神经活动作精确解码,再由计算机进行构模。

这就是项目的基础。从2005年起,这些实验提供了大量脑细胞基本运转机制的信息。凭着这些信息,“蓝色大脑”已能模拟老鼠新皮层柱,这是大脑的基本单位,由1万个神经元构成,能够在这些神经元间建立起多至3千万个连接。

然而人脑-人脑项目的终极目标-却是由至少1亿个神经元构成。如今仅为了模拟一个神经元的行为,就需要一部笔记本电脑全速运转,可以这么说,项目还需大量的计算机。有人估计,一部虚拟人脑所需的计算机得比现有最大的巨型计算机还强大1千倍。因此人脑项目将会与计算机制造商紧密合作,以找出计算功率、能源消耗及排热等方面的解决方案。

相比之下,我们的大脑不但能比这些机器做得更多更好,几乎不会生热,连所消耗的能源也只相当于一只小小的电灯泡…… 

用途何在?

构建人脑虚拟复制品的目的绝非是为了制造一个怪物,好让它来下象棋,或是像在精典科幻片里那样操纵宇宙飞船。

“这会像是医院里的巨型磁共振成像仪。它的目的不是造一个用来娱乐的玩具,”马克兰姆解释道。他的信念很简单-医药将越来越好地维持我们身体的健康,但对于影响世界20亿人口的脑部疾病(帕金森症、老年痴呆症及所有其它病症),却无人能提供解决办法。

通过模拟实际情况,为其配给药物或新的虚拟分子,并不断以最新知识加以补充和回到它的生物原型,人脑项目的科研人员计划把他们的机器变成了解人脑的终极工具。至于马克兰姆,他从不在乎即时效应,他所做的一切都是“为了全人类的利益”。

神经科学的另一位权威人物皮埃尔·马吉斯崔蒂(Pierre Magistretti)教授就其研究学科表示,这是“真正的双赢形势”。他也同在洛桑理工任教,并领导着大脑疾病生物基础的国家科研重点项目。而且能从这一杰出成就中获益的将不仅是医学。人脑项目还能造福于机器人学(人工大脑的知觉需要机器人来提供)、神经修复界面系统,当然还少不了信息技术-人脑的很多卓越性能还有待它来学习。

坚定的信念

5月23日,美国人也宣布了对人脑的大规模研究计划,并将之定义为公元第3个千年初期新的“登月计划”。

马克兰姆会为竞争担心吗?“完全没有,”他干脆地回答,同时更倾向于称之为一种竞赛。“他们的方式与我们的不同,发表的资料也会供整个科学界共享。我们的策略是国际性,不是闭门造车。我们会找到合作办法,为他们的结果注入我们的价值,”这位教授带着平静的信心表示,而这种信心正是来自他对其正确性的坚信。

亨利·马克兰姆

亨利·马克兰姆1962年在南非出生,父亲是英国人,母亲为法德后裔。他的专业是医学与生物学,他尤其对大脑、脑部疾病及其处理信息的方式很感兴趣。他的科研事业随后将其引向以色列、美国和德国。

2002年他来到洛桑理工时,已经因他的发现与出版物享誉世界,同时他还有“自由神经元”的绰号。正当他准备与麻省理工学院签约,以加入1987年诺贝尔生理学或医学奖得主利根川进的科研小组时,被洛桑理工校长、同为神经科学家的帕特里克·埃比舍(Patrick Aebischer)说服,加盟洛桑理工。

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如果有3个旗舰项目……

这是迄今为止欧盟发起的规模最大的科研支持计划。该计划面向“富前瞻性和使命感,具有实现信息技术突破的潜力,能为欧洲社会与工业带来重要福祉”的科技创新项目。5月初的布达佩斯会议上公布了6支决赛项目组,最终的两个“旗舰”项目将于明年正式选出,每个旗舰项目将获为期10年、总额10亿欧元的科研奖金。

两个还是三个?计划条文还在讨论之中,特别是欧盟委员会与项目所在国对10亿资金出资分配的问题。甚至连旗舰项目的最终个数也未板上钉钉。有人传闻可能会是3个。

瑞士的两个半。在6支决赛小组中,有两支集中在洛桑理工:“人脑项目”(Human Brain Project)与“守护天使项目”(Guardian Angels),后者是开发无需能耗、可监控人体生命功能的集成电路片计划。第3个项目为“未来信息与通信技术”(FuturICT),是社会学与信息技术的未来式结合产物,由伦敦大学学院(UCL)与苏黎世联邦理工学院(ETHZ)合作研发。

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(译自法文:小雷), 瑞士资讯swissinfo.ch,洛桑


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