人腦模擬計劃：十年磨礪今折戟

知識 08-02

來源丨神經現實（ID：neureality）

作者丨Ed Young

十年前，一位神經科學家說十年內他便能模擬出人腦。劇透如下：他沒做到。

圖 | 亨利·馬克拉姆

2009年7月22日，英國牛津，神經科學家亨利·馬克拉姆（Henry Markram）走上TEDGlobal會議的舞台，宣稱將用計算機模擬出人類大腦，且其複雜度可與真實人腦匹敵。他有著崇高的目標：「我們或許能夠以此理解感知，理解現實，甚至理解物理現實。」而且他雄心勃勃：「我們可在10年內達成目標，要是真的成功，10年後我們會發給TED一個全息圖，用它和你們交流。」如果銀河-大腦米姆（ galaxy-brain meme）1在那時已經出現，倒是個運用它的好機會。

1譯者註：一種把其他因素和腦容量聯繫在一起，並通過一系列組圖進行因素持有者間腦容量比較的文化風潮。

圖 | 銀河-大腦米姆

如今恰好過去了10年，他並沒有成功。

有人可能會為他辯護說，任何領域的先驅都是好高騖遠的，科學充滿了失敗的預言，只有粗俗無禮的人才會針對其中任何一個失敗橫加指摘。（科學作者們開玩笑說，突破性的藥物和技術似乎總會出現在五到十年之後，像吊在驢子眼前的胡蘿蔔那樣可望不可及。）但有兩個原因使我們有必要重新審視馬克拉姆的說辭。首先，押在他身上的賭注巨大：2013年，歐盟委員會授予他提出的方案「人腦計劃」（the Human Brain Project, 以下簡稱「HBP」）驚人的10億歐元贈款。其次，HBP的努力以及異見者的強烈反對，揭示了神經科學家在如何看待大腦，以及如何研究大腦這兩方面的重大分歧。

馬克拉姆的目標並不是創造一個大腦的簡化版，而是創造一個複雜得眩目的複製品，它包括組成大腦的神經元，神經元之間的電活動，甚至其內部基因表達與否，巨細靡遺。這種方法從一開始就招致廣泛批評：對於許多其他神經科學家來說，其自下而上的策略貌似很不靠譜，甚至到了荒謬的地步。大腦錯綜複雜：神經元如何連接和合作，記憶如何形成，決定如何作出，這些機制很大程度上仍是未知的，並且不可能在短短十年內被詳盡破解。描繪秀麗隱桿線蟲的302個神經元並建模已很困難，更不用說我們頭骨中的860億個神經元了。「人們認為這個目標並不現實，甚至不合乎情理。」神經科學家葛雷斯·林賽（Grace Lindsay）說。（這位科學家本人也正在寫一本關於大腦建模的書。）

HBP到底有什麼意義呢？它既沒有試圖解決某個具體研究問題，又沒有檢驗任何關於大腦如何運作的特定假說。模擬的目的似乎僅僅是模擬本身。它把一個根本不存在的問題複雜化；作為一個工具，它的用途還有待開掘。當馬克拉姆創立的相關企業藍腦計劃（Blue Brain Project）在2015年發布3萬個大鼠神經元的模擬時（這個數目僅占嚙齒動物小腦瓜神經元數量的0.15%），批評者宣稱這項工作已證明徒勞無功。即使可以及時提升到人類大腦的規模，又憑什麼要去做呢？林賽說：「就算你的計算機里終於有了一個大腦，可你頭顱里早已有了一個大腦。這個新大腦能告訴你什麼？」

對此馬克拉姆解釋說，與他的TED演講相反，他從未打算用模擬本身解決什麼問題。他並不企圖搞人工智慧，也沒想要通過圖靈測試。相反，他把它定位為一個實驗測試台，好讓科學家不必刺激動物頭部就能檢驗假說。「這會有極高價值。」林賽說，但它基於一種循環邏輯：模擬或許會允許研究人員測試關於大腦的想法，但是這些想法必須已經非常完善，才能首先完成模擬。「一旦神經科學『完成』了，我們應該就能做到，但是模擬難以成為一個中間過程，來助益進一步研究。」

冷泉港實驗室的安妮·丘奇蘭德（Anne Churchland）補充說：「該模擬的特點是規模巨大，但我看不出這有什麼意義。」她的團隊模擬神經元網路，研究大腦如何結合視覺和聽覺信息。「我可以用成千上萬的神經元來實現這一點，但當神經元規模達到700億，很難說會帶來額外的好處。」

在最近一篇名為《模擬大腦的科學理由》的論文中，幾位HBP科學家認為，「對於彌合腦內神經元層面和神經系統層面之間的鴻溝」，大型模擬「或許是必不可少的」。換句話說：科學家可以研究神經元工作方式的具體細節，可以研究整個生物的行為，但他們需要模擬來展示前者如何創造後者。作者們用天氣預報構造了一個類比：理解了局部層面的物理和化學過程，我們才能夠準確地預測整個地球的溫度、降雨和風向。

這個類比無效，來自華盛頓大學的神經科學家安德羅妮·菲爾浩（Adrienne Fairhall）稱。（她有物理學背景。）她認為大規模模擬對於理解天氣和星系確實是有用的，但「行星系統與除其本身以外的任何東西都無關」，而「大腦註定是與其他事物相關的」。她的意思是，大腦接收有關世界的信息，它驅使人和動物的身體移動，進而影響物質世界。切斷與眼睛、耳朵和四肢的連接，虛擬之缸中的離身（disembodied）大腦能告訴我們些什麼？「你可以切下一塊組織來進行一切物理操作，但這樣還是丟掉了許多重要的東西。」菲爾浩說，「生理基礎是具有意義的物質。模擬組織是可行的，但沒有意義。」

因此，HBP處在左右不逢源的尷尬地位，有人批評它誇張，卻又有人說它狹隘。我所採訪的所有懷疑論者都沒有反對「模擬大腦」這個想法本身，但所有人都認為這些努力應該由實際的研究問題驅動。例如，來自紐約大學的汪小京已經建立了模型，表明神經元如果以某種方式連接，它們即使沒有受到刺激也能維持電活動——這就是所謂「工作記憶」的本質，或持續思維的能力。同時，滑鐵盧大學的克里斯·伊利亞史密斯（Chris Eliasmith）建立了一個名為Spaun的模型，該模型使用一組250萬個虛擬神經元進行簡單算術並解決基本推理問題。

HBP之所以引起軒然大波，或許是因為流向HBP的資金本來可以用來資助無數上述這樣的項目。2014年，近800名神經科學家寫了一封致歐盟委員會的公開信，稱「HBP不是一個精心構思並實施的項目，不適合成為歐洲神經科學的核心」。一年後，一個調解委員會表示認同批評者的看法，要求HBP將工作重點轉移到「少數具有恰當優先地位的活動」上，並調整其不正規的管理架構。

HBP順從了。它將自己成功地重塑成了一個軟體項目，用以管理有關大腦的現有數據，提供搜索這些數據的工具，並開發模擬器；有了這種模擬器，人人都能構建他們自己的模型。由於大量資金將於2023年到期，該團隊最近的論文讀起來彷彿就是在懇求追加投資。「高品質大腦模擬器的開發需要長期資源投入作擔保。」他們寫道。

圖 |Oven Davey

我的受訪者們絞盡腦汁也說不出HBP在過去十年中做出了什麼重大貢獻，這或許揭露了某些事實。但這絕不意味著HBP沒有貢獻。問題在於，貢獻似乎和項目的預算不成比例。此外，HBP的炒作行徑致使它失去了很多學術團體的信任，或許HBP需要努力讓人們回心轉意。

馬克拉姆似乎並沒有被嚇倒。在最近的一篇論文中，他和同事薛凡（音譯）堅稱，大腦模擬不僅是神經科學領域的一份子，更是整個西方哲學和人類文明的成員。他在一封電子郵件聲明中告訴我，「項目的政治阻力（而非科學的）確實大大減緩了我們的進展，但它仍沒能阻止我們，也永遠無法阻止我們。」他強調，140人仍致力於藍腦計劃，五位外部評審員近來給出了一系列積極評價，以及，建立「能夠描繪越來越大的腦區，並在生理方面準確的模型」的能力，「正以指數級增長」。

這次沒有時間限制，但是不少人對神經科學的未來有著更誇張的展望。2014年，我參加了TED在溫哥華的主會議，並觀看了麻省理工學院媒體實驗室創始人尼古拉斯·尼戈朋特（Nicholas Negroponte）的開幕演講。他在結束語中聲稱，在30年內，「我們將能夠攝入信息。未來，吞下一顆藥丸，你將學會英語；吞下一顆藥丸，你將熟知莎士比亞。藥物將通過血液讓夢想成真。一旦它進入你的血液，它會順流進入大腦，當知道自己到了大腦中時，藥丸的各個不同組成部分便會分別沉降到正確的位置。」

我聆聽著。在我左後方，有人強忍住狂喜，低聲嘆道：「哇。」

翻譯：Clot

審校：有耳

編輯：德馨

https://www.theatlantic.com/science/archive/2019/07/ten-years-human-brain-project-simulation-markram-ted-talk/594493/