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用计算完整模拟人脑靠不靠谱?欧洲挥霍了13亿欧元

2019-08-08     来源:第一财经 举报

(原标题:挥霍13亿欧元的欧洲脑计划“打水漂”,AI离人类大脑究竟有多远)

钱童心

人类大脑是否可被模拟?这个问题到今天科学家都难以给出答案,即便人工智能技术达到了飞速发展。

早在2009年,就有一位欧洲神经科学家大胆提出,只要十年时间,他就可以用计算机模拟出一个功能细节完备的人类大脑。为此,2013年,欧盟大手笔挥给他13亿欧元(目前汇率约合99亿元人民币),并将这一“人类脑计划”项目立为“未来新兴技术旗舰项目”,该项目也成为全球最重要的脑计划项目之一。

不过,如今欧盟的这一“人类脑计划“实施周期已过半,但距离模拟出人脑还很遥远。科学界开始质疑该计划成立的初衷,欧盟也已经决定不再“将所有的鸡蛋放在一个篮子里”。

从今年起欧盟将不会在一个单独的研究项目中投入10亿欧元。欧盟的脑计划也可能因为资金短缺而无法顺利进行下去,很多科学家则认为,这一计划从提出的一开始就是“不切实际的”。

中科院好运3D计划创新成果展江西巡展上,一名观众在观看大脑结构模型。新华社资料

从“蓝脑计划”到“人脑计划”

欧盟脑计划的发起人就是十年前夸下海口的瑞士神经科学家亨利·马克拉姆(Henry Markram)。2009年,在英国古城牛津的好运3D计划、娱乐与设计(TED)大会上,他宣布了一个惊人的计划,要在了解大脑结构的基础上,用计算机创建一个复杂的数学模型,模拟人脑的86亿个神经元和100万亿的突触。

当时的马克拉姆还沉醉在成功地测量了老鼠大脑两个神经元之间电信号强度的兴奋中。也许是出于对计算机技术的过度乐观,他表示,模拟人脑并不是不可能,而研究一旦成功将对人类带来极大意义,为阿尔茨海默症等疾病带来革命性进展,研发出更智能、认知能力更强的机器人,甚至帮助找到让计算机处理速度更快的方式。

这个项目在公布之后获得了大量关注,并吸引到资金支持。

2009年,由于担心计算机、数字服务和其他技术进一步落后于美国,欧盟委员会的通信网络内容和技术总局设立了“未来新兴技术旗舰项目“,入选该项目至少可获得10亿欧元的资助。

2013年,欧盟政府牵头,26个国家的135个合作机构参与、预期10年的“人类脑计划”(Human Brain Project,简称HBP)正式出台,他们重金押注,一出手就是13亿欧元,并为此定了一个很高的目标:开发信息和通信技术平台,致力于神经信息学、大脑模拟、高性能计算、医学信息学、神经形态的计算和神经机器人研究。侧重于通过超级计算机技术来模拟脑功能,以实现人工智能。

第一财经记者查阅了HBP在2013年递交给欧盟的项目计划书,欧盟人类脑计划的实现分三个阶段:第一阶段是最先两年半的“爬坡阶段“,是建立起一个ICT(信息通信技术)平台的初步版本,并且用一些经过战略选择的数据植入这个平台,目的是为项目内或项目外的研究人员使用该平台做准备;第二阶段是此后四年到四年半的“运营阶段”,是加强对该平台的使用从而产生更多的战略数据并加入更多的能力,同时展现出平台对基础神经科学研究、药物研发应用和未来计算技术的价值;第三阶段是最后三年的“持续性阶段”,能够确保该项目资金上自主可持续,并成为欧洲科学和行业的永久资产。

计划书中写道,为了完成以上三个阶段的工作,HBP计划支出12亿欧元,其中欧盟提供6.43亿欧元资金。

自然网站对欧洲脑计划的报道网页

马克拉姆发起模拟人类大脑的计划并不是偶然。早在2005年他就已经开始了著名的“蓝脑计划”(Blue Brain Project,简称BBP),该计划的目标是对啮齿类动物大脑建立精确的、生物学上详细的数字重建和模拟,也就是从老鼠开始建模,但最终目标是人类大脑。

为了制作一个真实的模型,研究组需要把各种模块和一些运算法则输入一台超级电脑中。一个神经元的计算量需要用一台笔记本来做,所以,需要上万台笔记本。

为此,IBM还为马克拉姆贡献了一台的Blue Gene“蓝色基因”超级计算机。

该项目使用数据和软件来模拟小鼠大脑的一小部分,重点关注一组被称为皮质柱的神经元。马克拉姆的设想是,“蓝脑计划”的第一个目标是在两三年内通过软件复制大脑新皮质单元(NCC),或者说设计出NCC的模板,然后根据大脑不同区域或者不同动物的大脑对这个模板进行修改,这样就可以模拟各种各样的NCC。

“蓝脑计划”由瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)和苏黎世联邦理工学院(ETH)资助,数据由美国艾伦脑科学研究所提供。由蓝脑构建的基于超级计算机的重建和模拟为理解大脑的多层次结构和功能提供了一种全新的方法,并给了计算机模拟人脑的学习能力一个可能。该项目还获得欧盟“地平线2020研究与创新框架计划”资助。

曾经担任IBM研究院“蓝脑计划”项目负责人的佩克(Charles Peck)认为,模拟大脑的真正价值在于研究人员可以获得每个神经元的数据。“虽然科学家对大脑的很多细节已经非常了解,但是他们仍然不知道大脑各个组成部分之间的结合方式,也不知道大脑如何思考、如何学习以及如何形成概念。”他说道,其意在这项研究可以真正拉近电脑与人脑之间的距离。

五年前就曾被抵制

从“蓝脑计划”到“人类脑计划”是一个巨大的跨越,项目刚推出时,就遭到学界的强烈质疑。

2014年9月,来自欧盟的154名研究人员联名致信欧盟委员会,指责HBP过于狭窄的研究领域,并威胁将抵制该项目,称HBP项目的管理结构和研究重点都需要改变。

曾在瑞士联邦理工大学洛桑分校获得神经生物博士学位的一位中国教授告诉第一财经记者:“很多学者发起联名信叫停HBP,欧盟也考虑暂停HBP的资助计划,马克拉姆后来也不再对外宣称HBP的计划了,反过头来再重提BBP计划。BBP计划还一直被IBM资助,也有一些社会资金来源。”

反对的科学家称:“这是一个需要整个欧洲进行协作的项目,就像人类基因组计划一样,资金不应该给到一个科学家。”甚至有科学家认为这个项目纯属浪费钱,没有实际意义,因为“建模”不是解决问题的途径,“建模”就是问题本身,没有试图解决某个特定的研究问题。

冷泉港实验室(CSHL)神经科学负责人Anthony Zador教授从一开始就不看好该项目。他对第一财经记者表示:“从HBP项目推出之初我就抱有怀疑,这么大一笔钱投到一个看不见目标的项目中是很荒唐的。打个不恰当的比方,这就好像你花了很多钱把不同的高端汽车厂商的零部件都精准地复制出来,拼凑到一辆汽车上,但目的是要在大城市里面模拟路况测试。而这些模拟的路况是无法帮助你去理解交通状况为什么那么糟糕,或者如何去解决全球气候变暖的。”

Zador教授认为,10亿欧元可以做很多好的脑科学研究,比如美国国立卫生研究院(NIH)的脑计划,而HBP所做的与如此巨大的投入远不能匹配,是一种巨大的资源浪费。

巨大的争议导致了HBP的变革。2015年,HBP内部发生了重大的调整,原本三名高层的委员会解散,由22人组成的管理董事会接管。

2016年离开项目的HBP原联合主席及BBP联合主席肖恩·希尔(Sean Hill)向第一财经记者透露:“HBP后来的发展方向偏离了最初设定的目标,这导致了这一计划的失败。”

就在上个月,希尔还来到中国,代表“蓝脑计划”与东南大学签署协议。这也是“蓝脑计划”首次与中国学术机构签署大规模的关于神经元形态学研究和脑模拟方面的合作协议。

欧洲脑计划的未来

随着欧洲“人类脑计划“的销声匿迹,欧盟未来也将不再向单个科研项目进行如此大规模的资助,这也引起了整个欧洲学术界的大辩论。不过支持马克拉姆的人认为,“蓝脑计划”在过去几年中还是取得了很大的进展。

去年年底,由“蓝脑计划”发布的“蓝脑细胞图谱”在《神经信息学前沿》上刊登,这一细胞图谱展示了首张小鼠大脑每个细胞的数字3D图谱,为神经科学家提供全部737个脑区中主要细胞类型、数目和位置等先前无法获得的信息,能极大地加快脑科学的进展。

它将数百个全脑组织染色数据整合为一个综合性、交互式的动态在线资源,允许任何人对小鼠大脑中的每个区域进行可视化,并且可以利用免费下载的数据进行新的分析和建模。

研究人员认为,这张突破性的数字图谱可用于分析和进一步为特定的脑区建模,是迈向完全模拟啮齿动物大脑的重要一步。

马克拉姆当时也提到了在研究中遇到的挑战。他表示:“尽管在过去的一个世纪进行了大量研究,我们仍然只能获得4%的小鼠脑区的细胞数量,而且这些估计通常相差三倍。这限制了我们研究和模拟大脑的努力。”

完成这张革命性的图谱,花了他整整五年时间。但是要完成一张人脑的模拟图谱,现在看来很难在下一个五年里实现。

但欧盟决定停止对人类脑计划的下一个十年的资助,也将令欧盟脑计划未来的发展陷入不确定中。在各国政府都在大力推动脑科学发展的背景下,没有一个国家愿意看到自己落后于人。

日内瓦大学神经科学教授亚历山大·普吉特(Alexandre Pouget)对第一财经记者表示:“虽然BBP和HBP两个旗舰项目仍然存在,但是现在的形势对于这两个计划未来的发展并不利,因为争议只会越来越多。欧盟也正在积极讨论欧洲脑计划未来的走向。”

2018世界人工智能大会上,百度公司董事长兼首席执行官李彦宏演讲。新华社



相比之下,有科学家认为,中国提出的脑计划更加实际。2016年,中国加入全球的“脑计划”竞争之列。中国“脑计划”分两个方向:以探索大脑秘密、攻克大脑疾病为导向的脑科学研究和以建立和发展人工智能技术为导向的类脑研究。

中国科学院上海神经科学研究所所长蒲慕明认为,与欧美、日本的“脑计划”相比,中国“脑计划”更为全面。各领域科学家提出了“一体两翼”的布局建议,即以研究脑认知的神经原理为“主体”,研发脑重大疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”。目标是在未来15年内,在脑科学、脑疾病早期诊断与干预、类脑智能器件三个前沿领域取得国际领先的成果。

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