今年1月，欧盟启动的一项耗资10亿欧元的人脑计划（HBP）称，欲在10年内重构人类大脑这一人体最复杂的器官。对此，支持者与批评者们各持己见。究竟谁才是正确的呢？

 

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　　多年以来，神经学家亨利·马克拉姆（Henry Markram）一直声称，十年之内他能通过计算机模拟人的大脑。通过前期论证与调研，今年1月23日，欧盟委员会为此决定启动一项专门计划――人脑计划（Human Brain Project，HBP）。HBP是欧盟立项资助的两大超级计划之一，每项计划的经费资助达10亿欧元之巨。
 

“自下而上”

　　一石激起千层浪，神经学家们对此争论不休，其中包括对HBP获得的巨额经费资助。这些争论对于马克拉姆来说毫发无损，唯一得出的结论就是人脑的功能和结构过于复杂，似难以模拟，况且我们对人脑的了解仍少得可怜。
 
　　马克拉姆有他自己的想法。早在上世纪50年代，神经学家们就已建立了神经元细胞的计算机模拟，但绝大多数人把这些神经元细胞当做单一、分散的节点对待。马克拉姆声称，他想要按照这些细胞的本来面目进行构建――那将是异常缜密的神经网络，遍布着活跃的神经元和电活动。通过“自下而上”的路径，马克拉姆首先想在离子通道的水平进行构建。离子通道是一种分子“阀门”，它可以通过带电粒子进出细胞膜以此产生电位。他因此希望模拟出3 000个左右的神经突触――一种相邻神经元之间联系沟通的结构。
 
　　艾琳·麦基尔南（Erin McKiernan）是从事单个神经元的计算机模型的设计者，也是“自下而上”构建人脑模型方法的拥趸。她说：“我非常理解从细胞层面开始构建人脑的想法。原则上我同意马克拉姆的实验方法，但对该计划在十年内达到目标的可能性，我觉得时间如此之短这不大可能。”
 
　　即便当麦基尔南构建单个神经元的模型时，也是一项异常艰难的工作。“对于许多神经元，我们不了解其中各种离子通道的构成，也无法知道它们如何协同工作产生电活动的，以及它们在发育或受伤时是如何发生变化的，”麦基尔南说，“在更高层面上，我们也不了解这些细胞之间是如何连接的，以及它们如何生长、收缩和发生变化的。”如果上升到更高一级的层面，我们所掌握的相关知识就更加贫乏。
 
　　对此，马克拉姆不乏自嘲的说：“尽管我们知道的很少，但唯一可以确定的是，我们需要在实验中探索以弥补这方面的不足。”更糟糕的是，无论在成本还是技术需求等方面，也无法对实验中所有分子、细胞及其连接的模拟进行预估。马克拉姆坚信，构建这样一个统一模型，是一条整合人类知识的途径，值得我们全力付出。
 

数据组织

　　让马克拉姆团队投入时间和精力最多的关键研究部分，即确定基因如何对应神经元并发挥作用的。神经元有多种类型，在人的大脑活动中扮演着各种角色，激活不同的基因。一旦马克拉姆掌握了全部的神经元信息――即所谓的“单细胞转录组”――他就有信心推断出大脑不同部分的神经元构成，并复制每种细胞的电活动，甚至能模拟神经元树突如何生长。他说：“我们距离发现大脑功能的生物学定律正越走越近。”
 
　　过去20年来，马克拉姆团队已经梳理出大鼠神经元的基本分布，并建立了一个称为脑皮层柱的虚拟脑结构。目前已经模拟出了100个这样的脑皮层柱，每个包括1万个左右的神经元――这仅相当于大鼠脑内全部神经元的2%（相当于人脑的0.001%）。马克拉姆说：“你不得不先从啮齿类动物开始尝试，才能验证这些方法能否起作用，然后再用到模拟人脑的研究中去。”
 
　　来自于Brain Corporation的尤金·伊芝科维奇（Eugene Izhikevich），他帮助构建了一个含有1 000亿个神经元的模型。作为专家的他坚信，人类终有一天能构建包含真实人脑所有解剖学和连接突触的网络。他说：“这就像是一场看谁能把人脑模型做得更逼真的竞赛。”
 
　　但是，构建出的人脑模型首先必须要有电活动的――微小的电流在神经元之间穿行，或更大的电流从整个脑叶中通过。真实的人脑存在于人体之内并与周围环境发生互动。如果我们能模拟这种机制，接下来是否会发生诸多有趣的现象――学习、智能，抑或意识感觉？
 
　　“人们认为，我想让这个奇妙的模型作出说话等有趣的事情，”马克拉姆说，“我知道应该为此承担部分责任――在TED﹡大会大会上，你不得不讲得浅显、宽泛一些。但我们并非是在制造一个像人一样的机器。我们做的只是在组织数据而已。”
 

功能优先

　　在这一领域，马克拉姆并不是孤军奋战。去年11月，IBM公司提出了一项名为“突触”（SyNAPSE）的人脑模拟项目，其中包括5 300亿个神经元以及100万亿个连接它们的突触。其实，这一项目本质上是一台超级计算机，并且仍需要进行编程。加拿大滑铁卢大学的神经学家C·伊里亚史密斯说（C·Eliasmith）：“马克拉姆将来会抱怨那些神经元不够真实。要知道，只是把巨量神经元按照生物学方法整合在一起，并不意味着就能具备人脑的功能。”
 
　　伊里亚史密斯所采用的是另一种完全不同的途径，即把“功能”放在优先的位置。去年11月，他构建了一个称为“Spaun”的模型。这个模型仅模拟了250万个神经元，却能展示出某些功能――虽然只是模拟了单个神经元的生理学特性，但却用人脑的构建方式进行连接。与马克西姆“自下而上”的方式相反，这个模型是一种“自上而下”的设计，并且将实用功能作为设计目标：能够识别并复制一串数字，运行简单的算术以及解决基本的推理问题。甚至，它与人类的大脑有相似的弱点――更倾向于记住名单的开头或结尾部分。
 
　　Spaun模型并不是要真正制造出人工大脑，而是作为神经科学的一块“试验田”――用来了解人脑是如何工作的一个平台。例如，如果想测试X脑区是否控制Y功能？就可以把X脑区剔除，看Spaun模型是否会出现我们所预想的Y功能缺陷。这种类型的实验与“自下而上”的设计存在矛盾。因为即使在模拟实验中出现类似于智能的特质，也难以知道它是如何产生的。如果你努力想了解大脑的功能，并做出了完美的模拟，结果也只是再造出了一个大脑而已。而大脑的功能仍然极其复杂，难窥全貌。
 
　　除此之外，伊芝科维奇指出，现今的一些技术发展正在迅速超越人脑的许多功能，例如，“用计算器做算术题会更准确快捷，计算机下国际象棋的水平比人更高。”他说，当模拟大脑达到足够的复杂程度，或能够复制人脑所有的功能时，其他技术也许将远远超越人脑的能力。“届时，这项研究也就不再那么吸引人了。”
 
　　因此，模拟人脑的目标不在于模拟其本身。它是一种把工具、专家和数据组织起来的方式。伊芝科维奇说：“研究过程才是其最重要的部分。”
 

资料来源 www.bbc.com

责任编辑 则 鸣

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* TED（Technology Entertainment Design的首字母缩写，即技术、娱乐、设计）是美国一家私有非盈利机构，该机构以它组织的TED大会著称。TED诞生於1984年。每年3月，TED大会在美国召集众多科学、设计、文学、音乐等领域的杰出人物，分享他们关于技术、社会、人生的思考和探索。