非田

2009年，瑞士神經(jīng)科學(xué)家亨利·馬克拉姆（Henry Markram）意氣風(fēng)發(fā)，面對(duì)全世界關(guān)注的目光，他高調(diào)宣布，依托于科技的進(jìn)步，模擬人類大腦不再遙不可及。

4年后，歐盟正式啟動(dòng)了人腦計(jì)劃（Human Brain Project，簡(jiǎn)稱“HBP”），宣布要用超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬大腦功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超級(jí)人工智能，追趕在AI等先進(jìn)科研領(lǐng)域與美國(guó)的差距。

在十年時(shí)間里，先后有19個(gè)國(guó)家超500位頂尖科學(xué)家參與到項(xiàng)目中，發(fā)表了2500多篇論文，歐洲也為之投入了6億歐元以上（約合人民幣47億元）的資金，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)成當(dāng)初設(shè)下的目標(biāo)。

十年之期已到，今年9月以后，歐盟將不再為HBP投入資金。在沒(méi)能找到新的資助方，也無(wú)法維持收支平衡的情況下，曾經(jīng)承載著無(wú)數(shù)人希望的HBP，最終或許只能黯然收?qǐng)?，徒留一聲又一聲嘆息。

按照他的推算，這樣的算力僅足以模擬蠕蟲(chóng)的腦。

瑞士神經(jīng)科學(xué)家亨利·馬克拉姆

從鼠腦到人腦

1981年，哲學(xué)家普特南提出了一個(gè)假想：假如一個(gè)人的腦部被切除下來(lái)，放在足以維持其存活的營(yíng)養(yǎng)液中，并用計(jì)算機(jī)連接腦的神經(jīng)末梢，那這個(gè)人是否覺(jué)得一切如常呢？如此天馬行空的假想，成為了《黑客帝國(guó)》《源代碼》《盜夢(mèng)空間》等電影的創(chuàng)作靈感。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸普及，如普特南般，對(duì)把大腦與電腦聯(lián)系到一起的學(xué)者不在少數(shù)，馬克拉姆就是如此。早在1994年，馬克拉姆還是德國(guó)海德堡馬克斯·普朗克醫(yī)學(xué)研究所一名博士后研究員時(shí)，他就曾測(cè)量出老鼠大腦兩個(gè)神經(jīng)元之間電信號(hào)的強(qiáng)度，直觀展示了突觸被加強(qiáng)和削弱的過(guò)程。從此，研究和模擬大腦如何學(xué)習(xí)有了可能。

如此領(lǐng)先的成績(jī)，讓以色列魏茨曼科學(xué)研究所向他拋來(lái)了橄欖枝。1998年，他就成功晉升教授，并成為該領(lǐng)域最受尊敬的研究者之一。他的研究思路也變得更為“大膽”，希望直接用電腦模擬出大腦。

在馬克拉姆看來(lái)，神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)積累的數(shù)據(jù)豐富卻零散，對(duì)全腦維度缺乏足夠認(rèn)知。他認(rèn)為，如果不能認(rèn)識(shí)腦的工作機(jī)制，就不能正確認(rèn)識(shí)腦的病理，及開(kāi)發(fā)相應(yīng)的治療手段和藥物，用機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)人的智能更是天方夜譚。

因此，馬克拉姆主張通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)，把所有已知的腦數(shù)據(jù)和知識(shí)整合到一個(gè)腦模型中，從而建立有生物學(xué)真實(shí)性的哺乳類動(dòng)物腦模型。這項(xiàng)研究被稱為“藍(lán)腦計(jì)劃”，為日后HBP的開(kāi)展打下了一定基礎(chǔ)。

與HBP將目光瞄準(zhǔn)人腦不同，于2005年啟動(dòng)的藍(lán)腦計(jì)劃，想構(gòu)建的只是鼠腦模型，IBM公司為之提供了一臺(tái)名為“藍(lán)色基因”的超級(jí)計(jì)算機(jī)作為支持。

馬克拉姆表示：“現(xiàn)在是時(shí)候開(kāi)始吸收過(guò)去一個(gè)世紀(jì)積累的大量數(shù)據(jù)，建立生物學(xué)上準(zhǔn)確的大腦模型，以幫助我們理解大腦功能和功能障礙?！?p>

電影《黑客帝國(guó)》劇照

“歐洲大腦研究獎(jiǎng)”得主彼得·達(dá)揚(yáng)

可當(dāng)真正投入操作時(shí)，工作的難度還是讓馬克拉姆感到十分驚訝。多年以后他在接受《IEEE頻譜》專訪時(shí)表示，模擬小鼠的大腦，需要“澤”（zetta，即1021）次運(yùn)算規(guī)模的算力，模擬人類大腦預(yù)計(jì)需要“堯”（yotta，即1024）次運(yùn)算規(guī)模的算力。

與之相對(duì)的是，人類在2010年代，才開(kāi)始掌握千萬(wàn)億（1015）次超算—按照他的推算，這樣的算力僅足以模擬蠕蟲(chóng)的腦。

在經(jīng)歷了一次次挫敗后，時(shí)間來(lái)到2009年，藍(lán)腦計(jì)劃在大鼠全腦模型、神經(jīng)編碼上都未出現(xiàn)明顯突破，以至于馬克拉姆一度懷疑起了用超算模擬人腦的可能。

他在藍(lán)腦計(jì)劃網(wǎng)站中的問(wèn)答處寫(xiě)道：“因?yàn)槟X內(nèi)的每個(gè)分子就是一臺(tái)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，而我們得仿真以萬(wàn)億計(jì)的分子的結(jié)構(gòu)、功能，以及其相互作用所遵循的全部規(guī)律，以目前和可預(yù)見(jiàn)未來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)而論，還不大可能仿真一個(gè)精確到細(xì)胞和突觸層次的哺乳動(dòng)物腦?！?h3>搶先下注

依然是在2009年7月，就當(dāng)全世界都以為藍(lán)腦計(jì)劃將以失敗告終時(shí)，馬克拉姆卻在一次TED演講中宣布，希望模擬人腦的86億個(gè)神經(jīng)元和100萬(wàn)億個(gè)突觸，于是就有了文章開(kāi)頭的那一幕。

與此同時(shí)，馬克拉姆將他在藍(lán)腦計(jì)劃網(wǎng)站問(wèn)答中，關(guān)于模擬人腦的消極回復(fù)全部刪除，并在年底接受《發(fā)現(xiàn)》雜志采訪時(shí)稱，從技術(shù)層面而言，有望在10年內(nèi)建立起人腦模型，但當(dāng)下最大的阻力是經(jīng)費(fèi)不足。

短短幾個(gè)月里，馬克拉姆對(duì)于人腦研究的態(tài)度突然有了180°的變化，沒(méi)人知道產(chǎn)生這種變化的原因所在，但如此割裂的態(tài)度，也為后來(lái)的HBP的混亂埋下伏筆。

經(jīng)過(guò)數(shù)年的努力，馬克拉姆最終說(shuō)服了歐盟，在2013年正式啟動(dòng)了HBP，并擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

按照《自然》雜志的報(bào)道，HBP旨在開(kāi)發(fā)一個(gè)綜合大量大腦相關(guān)研究的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，可供科學(xué)家研究和模擬大腦功能，更好地了解相關(guān)疾病與治療方案。各方將撥出10億歐元（約合人民幣78.7億元）的資金，在10年里分4個(gè)階段發(fā)放。

2013年，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬提出了大腦活動(dòng)圖譜計(jì)劃

人類腦計(jì)劃（HBP）使用多種方法分析神經(jīng)元連接，精確度最高達(dá)納米級(jí)

腦科學(xué)領(lǐng)域有著大量現(xiàn)代科學(xué)未曾踏足的處女地。

其中，2013年至2017年為啟動(dòng)階段，其目的是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)神經(jīng)信息學(xué)、腦仿真、高性能計(jì)算、仿神經(jīng)結(jié)構(gòu)工程、神經(jīng)機(jī)器人和醫(yī)學(xué)信息學(xué)等6個(gè)專注于不同研究領(lǐng)域的信息平臺(tái)，科學(xué)家將收集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)平臺(tái)中。

而第一個(gè)核心階段則是2016年至2018年，將在平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開(kāi)始研究人類大腦區(qū)域的詳細(xì)數(shù)字模型，將人類大腦與其他物種的大腦進(jìn)行比較研究，并開(kāi)發(fā)大腦疾病模型。

2018年至2020年為項(xiàng)目的第二核心階段。研究人員將上述平臺(tái)與信息整合進(jìn)一個(gè)包含多方面數(shù)據(jù)和功能的數(shù)據(jù)庫(kù)EBRAINS。在2020年至2023年的第三核心階段，研究者將在EBRAINS的基礎(chǔ)上，結(jié)合超算技術(shù)，完成對(duì)人腦運(yùn)行的具體模擬。

截至今年8月，該項(xiàng)目共獲得6.07億歐元的資金。如今，一些媒體將HBP失敗的原因，歸咎為歐盟押注馬克拉姆上顯得過(guò)于倉(cāng)促，但如果代入當(dāng)年的視角，會(huì)發(fā)現(xiàn)，歐盟的選擇絕不是一時(shí)興起。

剛進(jìn)入2010年代，全球各國(guó)在腦科學(xué)領(lǐng)域展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)與合作，就在歐盟在2013年1月剛通過(guò)了對(duì)HBP的資助方案后，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬就提出了大腦活動(dòng)圖譜計(jì)劃（Brain Activity Map Project），計(jì)劃用10年時(shí)間和30億美元（約合人民幣220億元）的資金，盡可能繪制出完整的大腦活動(dòng)地圖；而中日韓等國(guó)在不久后也提出了各自的腦科學(xué)計(jì)劃。

這也就意味著，即便歐盟不出手，作為頂尖科學(xué)家的馬克拉姆，也很大概率能得到來(lái)自其他方面的資助。

理論缺失，目的不明

轟轟烈烈啟動(dòng)后，HBP很快就遭遇到了反對(duì)的聲音。

腦部尤其是人腦，是宇宙中已知最復(fù)雜、最神秘的結(jié)構(gòu)之一。腦科學(xué)領(lǐng)域有著大量現(xiàn)代科學(xué)未曾踏足的處女地，使得HBP缺乏足夠的基本理論框架支撐，而這也被認(rèn)為是其失敗的原因之一。

《科學(xué)美國(guó)人》雜志稱，2014年起，就有不少科學(xué)類媒體用諸如“腦霧”“腦損傷”等來(lái)挖苦HBP的進(jìn)度。

倫敦大學(xué)學(xué)院教授、神經(jīng)科學(xué)界諾貝爾獎(jiǎng)—“歐洲大腦研究獎(jiǎng)”得主彼得·達(dá)揚(yáng)（Peter Dayan）表示，神經(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)研究還有大量空白，大談仿真人腦，無(wú)疑為時(shí)過(guò)早，而對(duì)仿真大腦的追逐，壓榨的恰恰是那些本該屬于神經(jīng)科學(xué)的經(jīng)費(fèi)。

與達(dá)揚(yáng)持類似觀點(diǎn)的還有霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員羅蘭·朗格。在他看來(lái)，學(xué)界連神經(jīng)系統(tǒng)只有302個(gè)神經(jīng)元的蠕蟲(chóng)大腦，都未能研究透徹，模擬人類大腦無(wú)疑是一種奢望。

2018年，藍(lán)腦計(jì)劃發(fā)布了小鼠大腦每個(gè)細(xì)胞的數(shù)字3D圖譜

《自然》雜志認(rèn)為，HBP在歐洲的神經(jīng)科學(xué)家間，劃出了一道巨大裂痕。2014年，一封由150多名科學(xué)家聯(lián)名的抗議信，被提交到歐盟委員會(huì)的案前，這些科學(xué)家認(rèn)為HBP管理不善，對(duì)HBP的未來(lái)缺乏信心，要求歐盟在第二輪資助開(kāi)始前重新評(píng)估這一項(xiàng)目。

歐盟隨即成立了一個(gè)由27名獨(dú)立專家組成的委員會(huì)，對(duì)HBP進(jìn)行評(píng)估。除了2人最終棄權(quán)外，其余25人支持了反對(duì)者的全部觀點(diǎn)。2015年，HBP董事會(huì)投票解散原本由馬克拉姆等三人組成的執(zhí)行委員會(huì)，更大規(guī)模的董事會(huì)接管了HBP。風(fēng)波過(guò)后，項(xiàng)目依然沒(méi)有更多的進(jìn)展。

除了理論基礎(chǔ)的缺失外，沒(méi)有具體研究目標(biāo)，也是HBP屢遭詬病的原因之一。《大西洋》的報(bào)道指出，HBP并沒(méi)有試圖解決任何特定的研究問(wèn)題，也沒(méi)有測(cè)試關(guān)于大腦如何工作的特定假設(shè)，就像是為了模擬而模擬?！癏BP把一個(gè)根本不存在的問(wèn)題復(fù)雜化……大腦注定是與其他事物相關(guān)，一個(gè)‘缸中之腦，又能告訴我們一個(gè)怎樣的答案呢？”

對(duì)仿真大腦的追逐，壓榨的恰恰是那些本該屬于神經(jīng)科學(xué)的經(jīng)費(fèi)。

失之東隅，收之桑榆。如今，歐盟委員會(huì)將對(duì)HBP進(jìn)行審查，這一項(xiàng)目究竟將何去何從，最終結(jié)果預(yù)計(jì)將在明年1月公布。

而作為HBP“前身”的藍(lán)腦計(jì)劃，卻取得了一定的成績(jī)：其于2018年發(fā)布了小鼠大腦每個(gè)細(xì)胞的數(shù)字3D圖譜，填補(bǔ)了相關(guān)領(lǐng)域的空白。今年，藍(lán)腦計(jì)劃更新了一個(gè)包含更多神經(jīng)元類型的版本，圖譜相關(guān)的數(shù)據(jù)、算法、軟件等，都向科研領(lǐng)域公開(kāi)。

作為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者，復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院退休教授顧凡及相當(dāng)關(guān)注HBP，曾多次撰文科普HBP。他在2015年HBP換帥后，曾如此評(píng)價(jià)：“HBP已獲得批準(zhǔn)并執(zhí)行了一年半，煮成了一大鍋‘夾生飯，想要一切推倒重來(lái)，再由其他人來(lái)把這鍋飯煮得噴香可口，這即便不是不可能的，也會(huì)十分困難；而如果一切維持原狀，則由于原計(jì)劃先天具有致命弱點(diǎn)，后天又造成歐洲科學(xué)家的嚴(yán)重分裂，將難逃失敗命運(yùn)。”

如今看來(lái)，竟似一語(yǔ)成讖。

責(zé)任編輯吳陽(yáng)煜 wyy@nfcmag.com