1993年，美國啟動(dòng)過一個(gè)“人類腦計(jì)劃”（Human Brain Project US），目標(biāo)是建立一個(gè)全球網(wǎng)絡(luò)，分享有關(guān)腦科學(xué)的所有數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)多國（包括我國）響應(yīng)，科學(xué)工作者歡欣鼓舞。后來，此項(xiàng)目無疾而終，再也沒有人提及此事了。
撰文 | 顧凡及（復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)院）
7月底，國內(nèi)許多科普公眾號(hào)突然發(fā)布頭條新聞，以鋪天蓋地之勢(shì)報(bào)道了歐盟人腦計(jì)劃失敗的新聞，所用的標(biāo)題也非常吸引眼球，大有語不驚人死不休之勢(shì)。
但是，如果稍仔細(xì)讀一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)所有這些文章都源自Ed Yong今年7月22日發(fā)布的一篇推文《人腦計(jì)劃并未實(shí)現(xiàn)其諾言》（The Human Brain Project Hasn’t Lived Up toIts Promise），講的是在瑞士工作的以色列科學(xué)家馬克拉姆（Henry Markram）（圖1）2009年7月22日在TED組織的一次會(huì)議上宣稱他可以在十年內(nèi)做到在計(jì)算機(jī)上仿真人的全腦（那時(shí)他還沒申請(qǐng)人腦計(jì)劃呢），到今年7月22日正好是十年，而他并沒有做到這一點(diǎn)。
實(shí)際上，正式啟動(dòng)于2013年的歐盟人腦計(jì)劃（Human Brain Project，下文簡稱HBP）早已在2015年就公開放棄了這一目標(biāo)，馬克拉姆也從人腦計(jì)劃說一不二的領(lǐng)導(dǎo)崗位上黯然下臺(tái)[1]。
所以Yong的標(biāo)題并不錯(cuò)，雖然有些“馬后炮”了。如果說馬克拉姆的人工全腦之夢(mèng)已死，那么這個(gè)訃告發(fā)得晚了些。而如果說整個(gè)歐盟人腦計(jì)劃（HBP）已經(jīng)死了，這個(gè)訃告發(fā)得又有些早了。該計(jì)劃要到2023年才到期，官方網(wǎng)站（https://www.humanbrainproject.eu/）到現(xiàn)在也還在運(yùn)轉(zhuǎn)，并不斷發(fā)布新聞，7月26-28日HBP的負(fù)責(zé)人Alois Knoll博士還到上海參加“2019類腦智能研討會(huì)”呢。
現(xiàn)在的人腦計(jì)劃和馬克拉姆當(dāng)年提出時(shí)的人腦計(jì)劃的目標(biāo)已大相徑庭。現(xiàn)在的人腦計(jì)劃已經(jīng)力圖變成一個(gè)基于信息學(xué)通訊技術(shù)的研究腦、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和仿腦計(jì)算的公共平臺(tái)，變成有某種永久性共享基礎(chǔ)設(shè)施的國際組織[2]——雖然到2023年，這一縮小了的目標(biāo)是否能成功，甚至2020年進(jìn)入最后階段時(shí)歐盟是否還會(huì)繼續(xù)撥款，都還有待觀察。HBP最終是否能成功，將取決于廣大神經(jīng)科學(xué)家是否愿意利用這個(gè)平臺(tái)來進(jìn)行研究，并且得出有意義的結(jié)果。不過，不管這個(gè)計(jì)劃現(xiàn)在究竟是白白胖胖還是骨瘦如柴，但至少還沒有壽終正寢。
至于有些報(bào)道中說歐盟人腦計(jì)劃（EUHuman Brain Project, HBP）是藍(lán)腦計(jì)劃（BlueBrain Project, BBP）的改稱，則是不對(duì)的。藍(lán)腦計(jì)劃是馬克拉姆2005年在瑞士聯(lián)邦政府支持下在他所在的瑞士聯(lián)邦洛桑理工學(xué)院啟動(dòng)的一個(gè)計(jì)劃，一直運(yùn)行至今。馬克拉姆確實(shí)是在藍(lán)腦計(jì)劃的基礎(chǔ)之上，聯(lián)合了其他科學(xué)家提出人腦計(jì)劃的，但這依然是兩個(gè)不同的計(jì)劃，藍(lán)腦計(jì)劃也有自己獨(dú)立的官方網(wǎng)站（http://bluebrain.epfl.ch/），馬克拉姆現(xiàn)在的工作多以此計(jì)劃的名義發(fā)表[3]。
以上僅僅是厘清一些基本的事實(shí)。本文的目標(biāo)主要是想檢討一下馬克拉姆提出“用大科學(xué)計(jì)劃的形式實(shí)現(xiàn)人工全腦”失敗的原因是什么，給我們帶來了哪些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。
關(guān)于馬克拉姆“仿真全腦計(jì)劃”的失敗，Yong在文章里列舉了不少原因，歸結(jié)起來大概有下面這幾點(diǎn)：
以上確實(shí)是問題所在，不過在筆者看來，Yong還沒有深入談到一些更深層次的原因。其實(shí)，不用等到今天，只需回顧一下藍(lán)腦計(jì)劃的過去，以及以往大科學(xué)計(jì)劃的成敗，就不難預(yù)見到馬克拉姆的失敗。
2013年HBP剛開始啟動(dòng)時(shí)，筆者就發(fā)表過一篇題為《歐盟人腦計(jì)劃不大可能在十年內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)人工全腦》（The Human Brain Project EU Is Unlikely toCreate an Artificial Whole-Brain in a Decade）的評(píng)論文章[4] 。2014年，筆者又在拙作《腦海探險(xiǎn)：人類怎樣認(rèn)識(shí)自己》[5] 一書中對(duì)“十年內(nèi)造不出人工全腦”作了進(jìn)一步的分析。在這里，我們先提一個(gè)仿真全腦計(jì)劃最主要的致命傷：腦科學(xué)還沒有任何理論框架。
回顧歷史，所有成功的大科學(xué)計(jì)劃實(shí)質(zhì)上都是一些工程技術(shù)性的計(jì)劃，如制造原子彈的曼哈頓計(jì)劃、探月的阿波羅計(jì)劃，以至分析DNA序列的人類基因組計(jì)劃，這些計(jì)劃的后面都有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。而美國尼克松總統(tǒng)提出的“向癌開戰(zhàn)法案”就缺乏堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)——它雖然意義重大，卻無疾而終。仿真全腦計(jì)劃也存在這一缺陷：人的全腦是怎樣工作的，我們至今甚至還沒有任何理論框架。
差不多半個(gè)世紀(jì)以前，1968年，為了紀(jì)念控制論誕生20周年，科學(xué)家曾經(jīng)開過一次討論會(huì)，當(dāng)時(shí)一些科學(xué)家就曾經(jīng)斷言，神經(jīng)科學(xué)的情況就像19世紀(jì)末元素周期表發(fā)現(xiàn)之前化學(xué)的情況：已經(jīng)積累了大量的實(shí)驗(yàn)資料，但是缺乏一個(gè)理論框架把這些資料組織起來。差不多半個(gè)世紀(jì)過去了，這個(gè)理論框架依然沒有出現(xiàn)。
腦科學(xué)的現(xiàn)狀讓我想起20世紀(jì)20年代和30年代分子生物學(xué)和胚胎學(xué)的狀況。發(fā)現(xiàn)了許多有趣的事實(shí)，每年在許多方面都取得了穩(wěn)步的進(jìn)展，但主要的問題仍然沒有得到解決，而要是沒有新的技術(shù)和新的思路，那么這些問題也不大可能得到解決。分子生物學(xué)在20世紀(jì)60年代變得成熟了，而胚胎學(xué)才剛剛開始成熟。腦科學(xué)還有很長的路要走，但是這個(gè)學(xué)科的魅力和答案的重要性將不可避免地將其推向前進(jìn)。[6]
——DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者克拉克，1990
今天的神經(jīng)科學(xué)還處在法拉第階段，還沒有到麥克斯韋階段，要想一步登天是毫無意義的。[7]
——印度裔美國神經(jīng)病學(xué)家拉馬錢德蘭，1998
2006年，當(dāng)我為將要?jiǎng)?chuàng)刊的《認(rèn)知神經(jīng)動(dòng)力學(xué)》（Cognitive Neurodynamics）雜志起草發(fā)刊詞時(shí)，曾請(qǐng)美國神經(jīng)科學(xué)家弗里曼（Walter J. Freeman）審閱，他在我的草稿里加了一段：
五十多年前，受到發(fā)明數(shù)字計(jì)算機(jī)和建立遺傳的DNA模型的鼓舞，科學(xué)家們滿懷信心地認(rèn)為，認(rèn)識(shí)生物智能和創(chuàng)造機(jī)器智能的任務(wù)已經(jīng)勝算在握。在開始時(shí)，進(jìn)展看上去非常迅速。占滿空調(diào)房間的巨大電“腦”縮小到可以放到手提包里。計(jì)算速度每兩年就翻一番。
這些進(jìn)步所顯示出來的其實(shí)并非是問題的解決，而是問題的困難性。我們就像那些“發(fā)現(xiàn)”了美洲的地理學(xué)家一樣，他們?cè)诤０渡峡吹降牟⒉恢皇且淮u，而是有待探險(xiǎn)的整個(gè)大陸。使我們深為震驚的與其說是在腦如何思考的問題上我們作出的發(fā)現(xiàn)的深度，還不如說是我們所承擔(dān)的闡明和復(fù)制腦高級(jí)功能的任務(wù)是何等的艱巨。[8]
這是我寫不出來的，因此就全文照錄。我以為，弗里曼的這段話到現(xiàn)在也依然成立。缺乏全腦工作機(jī)制的理論框架，在腦研究中依然有大片幾乎空白的領(lǐng)域有待勘探，這些現(xiàn)狀是馬克拉姆無法兌現(xiàn)承諾的致命傷。
“以目前和可預(yù)見未來的計(jì)算機(jī)技術(shù)而論，看來還不大可能仿真一個(gè)精確到細(xì)胞和突觸復(fù)雜性水平（分子層次以上）的哺乳動(dòng)物腦?！?/span>
問：你是否相信計(jì)算機(jī)真的能確切地仿真人腦？
馬：以目前和可預(yù)見未來的計(jì)算機(jī)技術(shù)而論，看來還不大可能仿真一個(gè)精確到細(xì)胞和突觸復(fù)雜性水平（分子層次以上）的哺乳動(dòng)物腦?！@很少可能，也沒有這個(gè)必要。要這樣做是非常困難的，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)，而我們得仿真以千兆（trillion）計(jì)的分子的結(jié)構(gòu)和功能，還得仿真這些分子相互作用所遵循的全部規(guī)律。你至少需要比現(xiàn)在大1012（trillion）倍和快1012倍的超級(jí)計(jì)算機(jī)。哺乳動(dòng)物自己就能繁殖，我們無需用計(jì)算機(jī)來復(fù)制哺乳動(dòng)物。這不是我的目的。我們只是想認(rèn)識(shí)生物系統(tǒng)是如何工作的，又為什么會(huì)失常，這將造福人類?！?/span>
問：我們真的能造出一個(gè)這樣的人工大腦，它會(huì)有意識(shí)嗎？
馬：我真的不知道。如果意識(shí)僅僅是由非常大量的相互作用產(chǎn)生的，那么也許有可能吧。但是我們對(duì)意識(shí)究竟是什么都不知道，所以很難說。
當(dāng)然，這些問答在現(xiàn)在的HBP網(wǎng)站或藍(lán)腦計(jì)劃網(wǎng)站上已經(jīng)找不到了。這些全是筆者當(dāng)年下載下來保存在電腦里的資料。
馬克拉姆當(dāng)時(shí)對(duì)這些問題的回答和筆者之前對(duì)人腦計(jì)劃的估計(jì)基本是一致的。轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)2009年。正如Yong所說，馬克拉姆在2009年7月22日TED組織的大會(huì)上一反不久前的清醒認(rèn)識(shí)，宣布要在十年內(nèi)造出人工全腦。緊接著，在同年12月出版的《發(fā)現(xiàn)》（Discover）雜志對(duì)他的專訪[9]中，他表示：“我想我能夠有充分把握地說，建立起一個(gè)腦模型是完全可能的?！碑?dāng)記者問“什么時(shí)候您才能仿真人腦，而不只是某個(gè)部分的鼠腦”時(shí)，他的回答是：
“這只是一個(gè)尺度的問題，也是一個(gè)精度的問題……從技術(shù)層面上講，利用計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，有可能在10年內(nèi)建立起人腦模型。實(shí)際上唯一的問題是經(jīng)費(fèi)問題。不過這得一步步來。下一步我們要花3年時(shí)間建立大鼠的全腦模型，以及分子層次上鼠腦中2億個(gè)神經(jīng)元相互作用的精細(xì)模型?！?/span>
對(duì)于記者進(jìn)一步的問題“一旦我們建立起人腦模型，我們是否就能體驗(yàn)并重建人的心智？”他的回答是：
這并非真的那么復(fù)雜。為了使我能讀出你的思想，我需要能看到你的模式，并把它轉(zhuǎn)換成讀出……這就是神經(jīng)編碼。
由于我們正變得更善于對(duì)神經(jīng)信息進(jìn)行解碼，我想這將不會(huì)成為多大的問題?！覀円逊浅＝咏诮鉀Q神經(jīng)編碼問題，所有一切都表明在未來的幾年里就會(huì)有很大進(jìn)展。
為什么對(duì)同一個(gè)問題的看法，在科學(xué)上沒有出現(xiàn)任何突破的情況下，會(huì)產(chǎn)生一百八十度的大轉(zhuǎn)變？筆者以“小人之心”猜度，恐怕其原因就出在他的那句話“實(shí)際上唯一的問題是經(jīng)費(fèi)問題?！?/span>不過這并不是筆者的憑空猜測，種種蛛絲馬跡都暗示著這個(gè)原因。
首先是時(shí)機(jī)。在馬克拉姆開始其藍(lán)腦計(jì)劃的時(shí)候，IBM以極其優(yōu)惠的價(jià)格供應(yīng)了一臺(tái)當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的藍(lán)色基因（Blue Gene）超級(jí)計(jì)算機(jī)，大概是由于IBM的外號(hào)叫做“大藍(lán)”（Big blue）的原因吧，馬克拉姆把他的計(jì)劃也叫做了藍(lán)腦計(jì)劃。無疑，他希望IBM能長期給予資助。但是后來，他發(fā)現(xiàn)在IBM內(nèi)部有一個(gè)以莫德哈（Dharmendra Modha）為首的競爭者，他們用點(diǎn)神經(jīng)元仿真了一個(gè)貓腦規(guī)模的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而當(dāng)IBM顯示出更偏向自己人的時(shí)候，馬克拉姆很可能產(chǎn)生了強(qiáng)烈的危機(jī)感，以致在2009年給IBM的CTO邁耶森（Bernard Meyerson）寫了一封異乎尋常的信件，并且抄送了許多媒體。在這封信里，他對(duì)莫德哈大加攻擊，用“騙局”、“彌天大謊”、“愚蠢”等等詞匯來形容莫德哈的工作，甚至說出“我曾以為會(huì)有一個(gè)倫理委員會(huì)把這個(gè)人倒吊起來”這樣一般在正常的學(xué)術(shù)爭論中不會(huì)使用的重話[10]。這使人不得不懷疑，馬克拉姆和自己期望的贊助商IBM關(guān)系搞崩了。
而正在這個(gè)時(shí)候，即2009年12月，歐盟宣布要資助兩個(gè)2013－2023年度高風(fēng)險(xiǎn)、但可能帶來巨大變革的“未來和新興技術(shù)（future and emerging technologies, FET）旗艦項(xiàng)目（flagship projects）”，每個(gè)項(xiàng)目的資助額為10億歐元，為期10年。馬克拉姆作為27名顧問團(tuán)的成員之一，自然在第一時(shí)間就知道了這一消息。
“近水樓臺(tái)先得月”，馬克拉姆搶得先手，以藍(lán)腦計(jì)劃為基礎(chǔ)，在經(jīng)過近兩年的籌備之后，聯(lián)合了歐洲19個(gè)國家的117個(gè)研究單位，于2013年1月28日以“人腦計(jì)劃”為名贏得了歐盟公開招標(biāo)的“未來和新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目”，并在同年10月7日正式啟動(dòng)。
為了贏得這樣一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)而又可能帶來高回報(bào)的旗艦項(xiàng)目招標(biāo)，還有什么課題能比“在計(jì)算機(jī)里仿真出一個(gè)人腦”更讓人印象深刻呢？再說，以這樣一位卓有貢獻(xiàn)的著名神經(jīng)科學(xué)家領(lǐng)銜，聯(lián)合了那么多科學(xué)家共同提出的項(xiàng)目，怎么可能是一場騙局呢？
更何況，馬克拉姆在執(zhí)行藍(lán)腦計(jì)劃時(shí)，也確實(shí)在腦的最底層的三個(gè)層次（圖2，頂上的3個(gè)層次）作出了成績。他們?cè)?005年建立起三維的生物學(xué)真實(shí)性的神經(jīng)元模型，在這些神經(jīng)元模型中考慮了200種不同的離子通道及其在細(xì)胞膜上的分布，還有神經(jīng)元的形態(tài)。2009年他們?cè)谝慌_(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)上構(gòu)建了一個(gè)出生2周后大鼠的新皮層柱模型，其中包括10,000個(gè)簡化的神經(jīng)元模型；同時(shí)考慮了幾百種不同類型神經(jīng)元在新皮層柱中的分布與密度，每個(gè)神經(jīng)元又可能跟好幾千個(gè)神經(jīng)元發(fā)生聯(lián)系……這無疑令人相信，人腦計(jì)劃已經(jīng)有了很好的基礎(chǔ)。至于一些使人感到懷疑的地方，則往往被擱置一邊。畢竟，“這些都是聰明人，怎么會(huì)想不到你我所能想到的問題呢？”
為了給人腦計(jì)劃立項(xiàng)大造聲勢(shì)，馬克拉姆在2012年6月的《科學(xué)美國人》（Scientific American）上發(fā)表了一篇題為《人腦計(jì)劃》（Thehuman brain project）的文章[11]，全面闡述了他的思想。
他曾在突觸可塑性等方面做出過很出色的工作，但是在文章中，他聲稱：
我知道我在我的科學(xué)生涯上可以再這樣二、三十年地做下去，但這無助于我認(rèn)識(shí)腦是如何工作的。
（神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域）每年都會(huì)發(fā)表60,000篇有關(guān)腦研究的論文，每篇都是出色的研究，但是每一篇都局限于一隅。
馬克拉姆認(rèn)為，如果按照常規(guī)辦法，在各種條件下對(duì)各物種的各個(gè)年齡段，并在健康的和各種疾病的條件下，逐個(gè)測量腦里面的每個(gè)基因、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、突觸與回路，那么即使再過一個(gè)世紀(jì)或者更長時(shí)期，也還是解決不了問題。為克服這一困難，必須把全世界所有已知的和新研究出來的數(shù)據(jù)都整合在一起。這樣就必須研發(fā)全新的信息和計(jì)算技術(shù)——包括超級(jí)計(jì)算機(jī)——借以把這些數(shù)據(jù)整合在統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)模型之中，并對(duì)腦進(jìn)行仿真。
他相信，只有這樣才能發(fā)現(xiàn)腦的工作模式和組織原理，找出我們?nèi)祟愔R(shí)的缺失之處，并以新的實(shí)驗(yàn)來填補(bǔ)空缺。他相信，在這樣做了以后，就可以從已知的知識(shí)預(yù)測其他未知之處。他認(rèn)為，這樣建立起來的模型將闡明神經(jīng)回路是如何組織起來的，行為和認(rèn)知是怎樣產(chǎn)生的（圖2）。
這就像剛到新大陸的探險(xiǎn)家，覺得要深入內(nèi)陸，一塊一塊地勘探太費(fèi)時(shí)間，就提議“讓我們根據(jù)現(xiàn)有知識(shí)來造一個(gè)沙盤模型吧，只要有了這個(gè)模型，我們就能把所有的知識(shí)組織起來，我們的勘探也就可以完成了”。當(dāng)然勘探新大陸并沒有多少層次的問題，比起研究腦機(jī)制來說要遠(yuǎn)遠(yuǎn)簡單得多。即便如此，我想探險(xiǎn)隊(duì)中的其他成員恐怕也不會(huì)有多少人同意的。
馬克拉姆在《人腦計(jì)劃》一文中說道：
我們的研究方法的關(guān)鍵在于精心研究腦賴以產(chǎn)生的基本藍(lán)圖：也就是在整個(gè)進(jìn)化過程中、并在胚胎發(fā)育過程中再一次構(gòu)造出腦的整套原則。從理論上來說，這些原則正是我們動(dòng)手建造腦所需要的全部信息。人們的質(zhì)疑不無道理：這些原則所生成的復(fù)雜性是驚人的——所以我們才需要超級(jí)計(jì)算機(jī)來解決這個(gè)問題。不過發(fā)現(xiàn)這些原則本身要好辦得多。如果我們找到了這些原則，那么從邏輯上來說，我們沒有理由不能利用生物學(xué)上產(chǎn)生腦的藍(lán)圖去同樣建造一個(gè)“硅腦”。
在筆者看來，不幸的是，正如馬克拉姆向媒體發(fā)表的許多宣傳那樣，這段話也用了“如果我們找到了這些原則”的假設(shè)語氣——要知道，“這些原則”可以說正是整個(gè)神經(jīng)科學(xué)研究的對(duì)象，“如果”我們發(fā)現(xiàn)了所有這些原則，那幾乎將是神經(jīng)科學(xué)的終結(jié)，而這在可預(yù)見的未來幾乎是不可能的。
從上述這段話中可以看出，馬克拉姆似乎認(rèn)為建立腦研究的理論框架“好辦得多”，而其實(shí)這正是問題的癥結(jié)所在。腦是我們已知宇宙中最為復(fù)雜的系統(tǒng)，它有著極多的層次（圖2中其實(shí)只畫出了最粗劃分的層次），在每個(gè)層次上都會(huì)產(chǎn)生下一層次所沒有的“涌現(xiàn)性質(zhì) ”（emergent property）。對(duì)腦的認(rèn)識(shí)，我們還有大量的未知領(lǐng)域，而不只是馬克拉姆所講的“縫隙”（gap）而已。
例如馬克拉姆自己承認(rèn)的、對(duì)腦功能十分重要的膠質(zhì)細(xì)胞，我們現(xiàn)在就還很不了解。盡管已研究了好幾十年，但是至今仍所知不多。假如仿真人腦計(jì)劃推進(jìn)到需要在模型中納入膠質(zhì)細(xì)胞的時(shí)候了，誰能保證神經(jīng)科學(xué)家就一定能按馬克拉姆的要求搞清楚了膠質(zhì)細(xì)胞的功能和機(jī)制？
突破性的自然科學(xué)研究與工程計(jì)劃有一個(gè)很大的不同：前者很難按計(jì)劃安排，靈感和運(yùn)氣常常在其中扮演重要的角色，單靠汗水未必能按部就班地揭開某個(gè)自然之謎。馬克拉姆自己也說過，為了揭開人腦之謎需要幾十位愛因斯坦，但是愛因斯坦可沒法用計(jì)劃生產(chǎn)出來。
此外，為了彌補(bǔ)某個(gè)缺失的知識(shí)，建模者將不得不引入假設(shè)。但是腦科學(xué)中的未知領(lǐng)域是如此之多，如果都要用假設(shè)來填補(bǔ)，那么假設(shè)就會(huì)多得不可能來檢驗(yàn)這些假設(shè)的真?zhèn)巍?/span>
關(guān)于馬克拉姆設(shè)想中的其他漏洞，筆者在以前的著述中已經(jīng)做了比較詳細(xì)的分析[3-5]，在這里不再重復(fù)。
雖然馬克拉姆在藍(lán)腦計(jì)劃中取得的成就給人以“人腦計(jì)劃實(shí)際可行”的錯(cuò)覺，但實(shí)際上，對(duì)于一個(gè)有極多層次的系統(tǒng)來說，越是上層的問題，解決起來就越困難。正如要想研究達(dá)芬奇的《蒙娜麗莎》所用顏料的化學(xué)成分是相對(duì)容易的，但即使你完全搞清楚了這些成分的性質(zhì)和分布，你依然難以解釋“蒙娜麗莎為什么美”。
實(shí)際上，馬克拉姆以后的工作一直停留在腦的前三個(gè)層次上（生物大分子層次、細(xì)胞層次、回路層次）。2009年，馬克拉姆在接受《發(fā)現(xiàn)》雜志采訪時(shí)，曾承諾在3年內(nèi)“建立大鼠的全腦模型”，到2013年他啟動(dòng)人腦計(jì)劃時(shí)，3年早已過去，但他又把之前的承諾列入計(jì)劃，這表明當(dāng)初的許諾并未兌現(xiàn)。2015年，他發(fā)表了鼠皮層柱中非常小的一塊的仿真結(jié)果，并聲稱他已兌現(xiàn)了他的承諾——他似乎忘記了，或是假裝忘記了“三年內(nèi)仿真大鼠全腦”這回事。他的承諾就像是吊在驢頭前面的胡蘿卜那樣，永遠(yuǎn)可望而不可即，實(shí)在使人懷疑。
可以說，馬克拉姆許下的“在2023年建立人工全腦”的諾言實(shí)際上早在2015年就已宣告死亡。但是，歐盟人腦計(jì)劃徹底改組了領(lǐng)導(dǎo)班子，重新擬定了目標(biāo)——建立基于信息學(xué)通訊技術(shù)的研究腦、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和仿腦計(jì)算的，有某種永久性共享基礎(chǔ)設(shè)施的國際組織——倒是一直運(yùn)轉(zhuǎn)至今。雖然HBP已徹底放棄了馬克拉姆所提的目標(biāo)，但依然取得了某些成就。
2016年3月底，HBP的起飛階段到期。歐盟組織了十幾位專家對(duì)起飛階段的工作進(jìn)行評(píng)估。評(píng)審專家認(rèn)為，歐盟人腦計(jì)劃已經(jīng)克服了初期困難，初步建立了神經(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)等六個(gè)信息學(xué)通訊技術(shù)平臺(tái)。HBP還建立了一個(gè)協(xié)作實(shí)驗(yàn)室（Collaboratoy），在該實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)上入口登錄后，就可以進(jìn)入所有平臺(tái)，讓研究者使用其軟件和數(shù)據(jù)庫，初步具備了向計(jì)劃內(nèi)外研究者開放的條件。
HBP號(hào)召全世界神經(jīng)科學(xué)界都來使用這些平臺(tái)。但是目前該計(jì)劃外的研究者對(duì)此號(hào)召作何反應(yīng)還不清楚。德國計(jì)算神經(jīng)科學(xué)家赫茲（AndreasHerz）評(píng)論說：“眼下還沒有人能說這些研究平臺(tái)是否成功?！?strong style="max-width: 100%;color: rgb(63, 63, 63);font-family: -apple-system-font, system-ui, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;font-size: 16px;letter-spacing: 0.544px;white-space: normal;background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;">[12] 對(duì)于改革后的HBP來說，這些平臺(tái)是否能得到計(jì)劃內(nèi)外的神經(jīng)科學(xué)家的廣泛應(yīng)用，他們又能否在此平臺(tái)上得出有意義的成果，將是判定改革后的計(jì)劃是否成功的主要標(biāo)志。
HBP在神經(jīng)科學(xué)和仿真研究方面取得了一項(xiàng)標(biāo)志性成就，那就是建立了一個(gè)有生物真實(shí)性的微皮層回路模型[12] 。這一工作歷時(shí)20年，由國際上82位科學(xué)家合作，仿真了幼鼠體感皮層中一塊1/3 mm3大小的組織，相當(dāng)于一個(gè)功能柱。其中包含3萬個(gè)神經(jīng)元和4000萬個(gè)突觸（圖3）。
研究人員分析了這些神經(jīng)元的形態(tài)、在皮層各層中的分布和放電模式，據(jù)此區(qū)分出207種不同的神經(jīng)元類型。再按照不同類型神經(jīng)元在此柱狀組織中的密度，在仿真組織中安排虛擬神經(jīng)元的分布。每個(gè)神經(jīng)元的細(xì)胞膜都像霍奇金-赫胥黎模型那樣考慮了13種不同的離子通道（均與跨膜電位以及鈣離子濃度相關(guān)），最終在這些虛擬神經(jīng)元之間建立起3700百萬個(gè)突觸聯(lián)接。不過，由于缺乏實(shí)驗(yàn)資料，對(duì)突觸聯(lián)接可能存在的不同類型不得不進(jìn)行假設(shè)。
這樣仿真得到的結(jié)果和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)吻合得很好。例如，兩者的行為都和細(xì)胞外鈣離子濃度以及細(xì)胞體的去極化程度有關(guān)：細(xì)胞外鈣離子濃度控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)突觸輸入的響應(yīng)模式，而去極化程度則控制神經(jīng)元的自發(fā)發(fā)放?？刂七@兩個(gè)參數(shù)就可以讓網(wǎng)絡(luò)在兩種不同性質(zhì)的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)之間翻轉(zhuǎn)（圖3）。
美國神經(jīng)科學(xué)家科赫（Christof Koch）稱此工作為“迄今為止對(duì)一塊可興奮腦物質(zhì)所進(jìn)行的最完整的仿真?？紤]到在該模型中做了極大數(shù)量的近似和外推，這些神經(jīng)元既沒有像癲癇放電那樣亂放一氣，也不像昏迷那樣沉寂，而在一級(jí)近似之下就像腦片上的神經(jīng)元那樣活動(dòng)，這本身就是一種卓越的成就?！?strong style="max-width: 100%;color: rgb(63, 63, 63);font-family: -apple-system-font, system-ui, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;font-size: 16px;letter-spacing: 0.544px;white-space: normal;background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important;">[14]
不過這一“標(biāo)志性成就”并未得到科學(xué)界的一致稱贊。一些科學(xué)家認(rèn)為這一長達(dá)36頁的工作正好說明了重建全腦的思想是一種誤導(dǎo)和浪費(fèi)金錢。德國神經(jīng)科學(xué)家黑爾姆施泰特（Moritz Helmstaedter）認(rèn)為有工作發(fā)表當(dāng)然好，不過卻證實(shí)了他最壞的擔(dān)憂。他說，這一計(jì)劃“被極度夸大了，而現(xiàn)在所發(fā)生的正是我們所擔(dān)心的：并沒有真正的發(fā)現(xiàn)。把大堆數(shù)據(jù)堆砌在一起并不能創(chuàng)造出新科學(xué)。”英國科學(xué)家萊瑟姆（Peter Latham）說：“我認(rèn)為人腦計(jì)劃純屬浪費(fèi)金錢，不過在讀了這篇文章之后，我的觀點(diǎn)略有變化，這篇文章實(shí)際上是救了人腦計(jì)劃?！辈贿^，萊瑟姆接著問道：“您可愿意花10億歐元來做這些事？這才是問題之所在。”[15]
在歐盟人腦計(jì)劃仿神經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算平臺(tái)（NeuromorphicComputing Platform）下有兩個(gè)項(xiàng)目：一個(gè)是英國曼徹斯特大學(xué)的弗伯（Steve Furber）領(lǐng)銜的“脈沖發(fā)放神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑”（SpikingNeural Network Architecture，SpiNNaker）項(xiàng)目，另一個(gè)是由德國海德堡大學(xué)的邁爾（Karlheinz Meier）領(lǐng)銜的“仿神經(jīng)結(jié)構(gòu)混合系統(tǒng)腦啟發(fā)多尺度計(jì)算”（Brain-inspired multiscale computation in neuromorphic hybrid systems，BrainScaleS）項(xiàng)目，二者都在硬件上實(shí)現(xiàn)了仿神經(jīng)結(jié)構(gòu)芯片（neuromorphic chip）。這些系統(tǒng)中的人工神經(jīng)元數(shù)量都達(dá)到了百萬級(jí)或以上，而消耗的能量要比在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上仿真有同樣節(jié)點(diǎn)數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)降低4個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
這些系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是采用脈沖發(fā)放神經(jīng)元作為基本元件，并用脈沖進(jìn)行通訊，大大提高了速度、減少了能耗。這些芯片在一些特別需要節(jié)能的場合也許會(huì)有應(yīng)用前景，但是能否成為新一代計(jì)算機(jī)，則取決于它們?cè)谄渌阅苌鲜欠耧@著優(yōu)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，以及使用者是否愿意放棄早已駕輕就熟的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)。另外，這些芯片能否實(shí)現(xiàn)有應(yīng)用前景的功能，能否從頭建立起自己的語言和生態(tài)系統(tǒng)，都還不得而知。
從筆者已看到的材料來看，這兩個(gè)系統(tǒng)似乎還不如它們的競爭對(duì)手——馬克拉姆揚(yáng)言要“倒吊起來”的莫德哈所開發(fā)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)——真北系統(tǒng)（TrueNorth Systems）。后者至少已能做到實(shí)時(shí)識(shí)別環(huán)境中的不同對(duì)象，如行人、騎車人、卡車、汽車、大巴等，并且比傳統(tǒng)系統(tǒng)的速度要快得多，能耗少得多。另外，真北系統(tǒng)還開發(fā)出了軟硬件環(huán)境，也就是所謂的“生態(tài)系統(tǒng)”（ecosystem），現(xiàn)在已經(jīng)可以運(yùn)行深度學(xué)習(xí)和卷積網(wǎng)絡(luò)。為了推廣真北系統(tǒng)，IBM甚至成立了一所虛擬的網(wǎng)上大學(xué)來進(jìn)行新語言的編程教學(xué)[16]。盡管如此，仍很難說工程技術(shù)人員是否愿意使用新系統(tǒng)，因此這類系統(tǒng)的應(yīng)用前景尚有待觀察。但不管怎么說，筆者認(rèn)為作為一種試探，研究開發(fā)仿神經(jīng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是必要的。
此外，SpiNNaker和BrainScaleS兩個(gè)項(xiàng)目都強(qiáng)調(diào)了其主要目的是用硬件模仿腦。SpiNNaker系統(tǒng)于2018年末建成，研究人員希望能用這個(gè)系統(tǒng)模擬鼠腦中的一億個(gè)神經(jīng)元，而目前在做的也只不過是模擬微功能柱。由于我們對(duì)神經(jīng)回路及其以上層次的聯(lián)結(jié)都還不清楚，這樣做究竟只是建立鼠腦規(guī)模的人工系統(tǒng)，還是真正模擬鼠腦，還有待觀察。或許這種希望和當(dāng)年馬克拉姆的允諾類似——只不過前者用了仿神經(jīng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，速度更快，能耗更低，而后者則是在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上用軟件來做的。
2016年4月，HBP終于進(jìn)入正式實(shí)施階段。在經(jīng)過了起飛階段的激辯、重組以及外部同行評(píng)審之后，HBP在目標(biāo)中去掉了許多不切實(shí)際的承諾，主要是放棄了馬克拉姆當(dāng)初“十年建立人工全腦”的許諾。在堅(jiān)持對(duì)腦進(jìn)行多層次和多學(xué)科研究，并強(qiáng)調(diào)使用建模和仿真方法的同時(shí)，更強(qiáng)調(diào)要開發(fā)用于腦研究的多種信息學(xué)通訊技術(shù)平臺(tái)，并建成永久性的歐洲腦科學(xué)研究設(shè)施。
《神經(jīng)元》（Neuron）雜志于2016年11月2日出版了有關(guān)各國腦計(jì)劃的一期?？?，HBP的新領(lǐng)導(dǎo)集體發(fā)文宣布其目標(biāo)如下[2]：
HBP是一個(gè)為期十年的歐盟旗艦計(jì)劃，其目標(biāo)是在多個(gè)尺度上重建腦組織。這一計(jì)劃在所有層次上把實(shí)驗(yàn)、臨床數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析和仿真緊密結(jié)合在一起，這樣就能最終在各個(gè)層次之間架設(shè)起橋梁。HBP的信息學(xué)和計(jì)算機(jī)構(gòu)筑是獨(dú)一無二的，它利用云技術(shù)進(jìn)行合作，研發(fā)出具有數(shù)據(jù)庫、工作流程系統(tǒng)（workflow systems）、千萬億字節(jié)（petabyte）存儲(chǔ)和超級(jí)計(jì)算機(jī)的各種平臺(tái)。人腦計(jì)劃將發(fā)展成推進(jìn)腦研究、醫(yī)學(xué)和仿腦（brain-inspired）信息技術(shù)的歐洲研究設(shè)施。
HBP提出了一種獨(dú)特的基于信息技術(shù)的策略，這一策略把全世界的神經(jīng)科學(xué)數(shù)據(jù)整合在一起，多層次地認(rèn)識(shí)人腦及其疾病。因此目前所有的這些平臺(tái)原型將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榭煽康?、?duì)用戶友好并緊密地整合起來的研究基礎(chǔ)設(shè)施。成立一個(gè)HBP法人實(shí)體，將為不受計(jì)劃時(shí)間限制的、永久性的基礎(chǔ)設(shè)施奠定組織基礎(chǔ)。
這一目標(biāo)雖然遠(yuǎn)不及原計(jì)劃那樣野心勃勃，不過還是相當(dāng)宏大。到2023年期滿時(shí)，這個(gè)縮小了的目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，將取決于這些平臺(tái)是否實(shí)用，廣大神經(jīng)科學(xué)界是否愿意使用這些平臺(tái)，并在其上做出有突破性意義的成果。除了該計(jì)劃內(nèi)部的成員單位及合作單位之外，神經(jīng)科學(xué)家和醫(yī)生是否愿意與其共享數(shù)據(jù)都是大問題。
1993年，美國神經(jīng)科學(xué)家科斯洛夫（S.H. Koslow）也曾啟動(dòng)過一個(gè)美國版的“人類腦計(jì)劃（HumanBrain Project US）”，目標(biāo)是建立一個(gè)全球網(wǎng)絡(luò)，分享有關(guān)腦科學(xué)的所有數(shù)據(jù)，得到了包括我國在內(nèi)的許多國家的響應(yīng)，當(dāng)時(shí)筆者也曾為此歡欣鼓舞，為文介紹[17]，但今天卻已無人再提及此事。
當(dāng)然，今天我們有了云計(jì)算等新技術(shù)，條件已不能和當(dāng)時(shí)同日而語，但問題并不完全在于技術(shù)困難。美國人類腦計(jì)劃為什么在紅火一陣之后會(huì)沉寂下去，究竟有些什么經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)值得總結(jié)，需要認(rèn)真反思。
以筆者管見，美國物理學(xué)家路克斯（Michael Roukes）所說的“神經(jīng)科學(xué)依然處于手工業(yè)時(shí)代，每個(gè)人都有自己的秘方”[18]不無道理，目前科學(xué)家的腦研究工具、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或計(jì)算數(shù)據(jù)格式五花八門，各有自己的一套，外人很難知道實(shí)驗(yàn)條件的細(xì)節(jié)，很難共享也很難利用其他實(shí)驗(yàn)室的原始數(shù)據(jù)，所以如何充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)就成了個(gè)大問題。
此外，廣大的神經(jīng)科學(xué)工作者和臨床醫(yī)生在沒有看到建立這樣的數(shù)據(jù)庫對(duì)自己有什么實(shí)在的好處以前，很少有人愿意把自己辛辛苦苦做出來的數(shù)據(jù)提供給他人。也許對(duì)計(jì)劃內(nèi)的人可以用經(jīng)費(fèi)作為杠桿迫使他們貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)，或是一些得到國家大科學(xué)計(jì)劃（例如美國的人類連接組計(jì)劃）、億萬富翁資助的研究機(jī)構(gòu)（如美國的艾倫腦科學(xué)研究所）愿意公開其數(shù)據(jù)，但是和整個(gè)腦科學(xué)界相比，這畢竟還只是少量數(shù)據(jù)。HBP是否會(huì)重蹈美國人類腦計(jì)劃的覆轍，還有待觀察。
另外，在腦的兩到三個(gè)層次之間通過建模和仿真發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律是一回事（雖說這確實(shí)是一個(gè)重要的方面），但是要從最底部的微觀層次到最頂部的宏觀層次進(jìn)行如此高度跨層次的建模和仿真，則是另一個(gè)問題。這絕不僅僅是提高計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的問題。更何況，從科學(xué)發(fā)展史上來看，也并非所有的問題都可以通過計(jì)算得到解決——即使是最簡單的三體問題，也只是在作了極度簡化之后才能計(jì)算。所以以為只要加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度和存儲(chǔ)容量就能在今后幾十年內(nèi)解決腦研究的一切問題只不過是一種幻想[19]。
本文討論的是一些尚無定論的開放性問題，想在這樣一篇短文中充分展開是不可能的。事實(shí)上，正是基于對(duì)這些問題的共同興趣，德國信息技術(shù)工程師和連續(xù)高科技創(chuàng)業(yè)者施拉根霍夫（Karl Schlagenhauf）博士和筆者通過電郵進(jìn)行了長達(dá)6年的頻繁討論和爭辯，對(duì)相關(guān)問題做了仔細(xì)分析，最終經(jīng)重新整理后結(jié)集出版[19]。其中既有共識(shí)，也有歧見。由于討論的都是這樣一些開放性問題，因此即使是我們的共識(shí)，也未必都成立，我們?cè)诖藭胁⒉黄髨D告訴讀者結(jié)論，而是希望引起讀者的思考，并做出自己的判斷。由于我們?cè)跁信u(píng)了許多人，當(dāng)然這也就把我們自己放到了被他人批評(píng)的地位，本文當(dāng)然就更是如此了。
參考文獻(xiàn)
1. 顧凡及（2015）歐盟人腦計(jì)劃面臨新斗爭?？茖W(xué)，67（5）：35-38
顧凡及
復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院退休教授，專業(yè)是計(jì)算神經(jīng)科學(xué)。畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)數(shù)學(xué)系，先后在中科大生物物理系、復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院任教。退休后主要從事科普著譯，已出版8本科普著譯，曾獲七次獎(jiǎng)項(xiàng)。他還獲得了第四屆認(rèn)知神經(jīng)動(dòng)力學(xué)國際會(huì)議（瑞典）授予的成就獎(jiǎng)，以及2017年上海市科普教育創(chuàng)新獎(jiǎng)（個(gè)人貢獻(xiàn)，二等獎(jiǎng)）。
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