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十年模拟人脑无果,这个耗资10亿欧元的“巨无霸”项目正走向败局

来源:www.focussofa.com 点击:1566

  AI星球2019.7.31我要分享

  十年前,一位神经科学家——人类大脑计划的创始人亨利·马克拉姆(Henry Markram)信誓旦旦,宣称要在十年内模拟整颗人类大脑。几年后,他就获得了10亿欧元的资助。如今项目期满,结果却竹篮打水一场空。

  2009年7月22日,在英国牛津举行的TED全球大会上,神经科学家亨利·马克拉姆(Henry Markram)走到台前向观众宣布,他将在一台计算机中模拟极其复杂的人脑。他满怀豪情壮志地表示:“这或许能帮助我们理解感知、理解现实,甚至理解物理实在(physical reality,即意识所创造的事实)”。

  Henry Markram的TED演讲

  在时间的规划上,马克拉姆同样雄心勃勃:“我们将在10年内实现对人脑的模拟,如果成功了,我们将用全息影像的形式在TED的舞台上发表演讲。”但是现在,10年过去了,马克拉姆的承诺并没有兑现。可能会有人争辩说,高瞻远瞩和高谈阔论就是先驱者的本质,况且在前沿科技方面,任何失败都不足为奇,单独拿这种失败的项目出来讨论是不礼貌的。但是,马克拉姆的承诺仍然值得重新审视,原因有两个:其一,这个项目的投资巨大。2013年,欧盟委员会(European Commission)对马克拉姆的倡议“人类大脑计划(Human Brain Project,简称 HBP)”注资10亿欧元(当时价值约14.2亿美元);

  其二,人类大脑计划的探索方向,以及它所遭受的强烈非议,暴露了神经科学家在如何看待大脑、应该如何研究大脑方面的巨大分歧。

  模拟大脑的荒谬在哪?

  马克拉姆的目标远不只构建一个简化版的大脑,他要创造的是一件精妙绝伦的复制品,包括精细地复刻出组成大脑的神经元和流经它们的电活动,甚至内部处在开启或关闭状态的基因。

  

  从一开始,这种方法就受到了大量批评,许多神经科学家认为,这种自下而上的策略非常不靠谱,简直可以说荒谬至极。人脑极其错综复杂,对于神经元如何连接与合作、记忆如何形成、决策如何做出,我们的未知远远大于已知,在短短十年之内对其进行足够细致的解码,并据此构建一个复制品,这根本不可能。对包含302个神经元的秀丽隐杆线虫大脑进行描绘并建模的难度就已经非常大,更不必说人脑内的860亿个神经元。神经科学家格蕾丝·林赛表示:“人们认为这不切实际,这甚至根本算不上是一个合理的目标。”目前她正在撰写一本关于大脑建模的书。那么这一切的意义何在?人类大脑计划的目的并非解决任何特定的研究问题,也不是验证某些关于大脑工作原理的假设。模拟本身似乎就是目的:一个对于不存在的问题的复杂答案,一个寻找用途的工具。马克拉姆还曾成立一个类似的风险投资项目,称为蓝脑计划(Blue Brain Project)。这个项目在2015年发布了对3万个大鼠神经元的模拟,而这仅仅是啮齿动物小脑袋里0.15%的神经元。批评者称,该项目费时费力,但成果甚微。即使它能在项目时限内将研究规模扩展至人脑,但这样又有什么意义呢?“如果模拟成功,我们可以得到一个存在于计算机里的大脑,可我们的头盖骨里已经有一个大脑了,”林赛说,“那计算机里的大脑又能给我们什么启发呢?”马克拉姆解释道,他并不指望这个模拟实验能发挥很大的作用,这与他在TED演讲的说法可不太一样。他说,自己的目的不是制造人工智能,也不是通过图灵测试(Turing test)。相反,他只把这当做一个实验平台,一种让科学家不利用动物脑进行实验就能检验假设的手段。这种模拟的确可能允许研究人员检验关于大脑的各种假设,但首先这方面的研究必须极其先进,才能让模拟实验成为现实。“一旦神经科学‘修成正果’,我们应该就能做到模拟大脑;但将其作为探索过程的中间步骤,这似乎难以实现”,林赛认为。美国冷泉港实验室(Cold Spring Harbor Laboratory)的安妮·丘奇兰德补充道:“我不清楚这样超大规模的模拟能实现怎样的效果。”目前,她的团队正在进行关于大脑的研究,例如通过模拟神经网络来研究大脑如何整合视觉和听觉信息。“我可以用几十万个神经元来实现这一点,但如果实验样本是700亿个神经元,实验结果将非常难以预测。”

  模拟可行,但毫无意义

  最近,在一篇题为《大脑模拟的科学案例》(The Scientific Case for Brain Simulations)的论文中,几位人类大脑计划的科学家提出,大型模拟“在填补神经元研究和大脑系统水平之间的空缺方面很可能是必不可少的”。

  

  也就是说,科学家能够研究神经元具体运作的细节,也可以研究整个生物体的行为,但他们需要通过模拟来揭示前者如何引发了后者。

  该论文的联合作者们将这一点与天气预报进行了类比,即借助对各个区域物理和化学状况的了解,我们可以准确预测全球的气温、降水和风力。

  但华盛顿大学的神经科学家阿德里安·菲儿霍尔认为,这种类比并不可行。费尔霍尔曾有物理学背景,她指出,大型模拟确实有助于了解气候和星系,但是,“行星系统就是行星系统,和其他任何事物无关。然而大脑就是就是建立在关注其他事物的基础之上的。”

  也就是说,大脑接收来自外部世界的信息,控制人类和动物的身体对信息作出响应,进而向外部世界作出反馈。如果把大脑置于一个虚拟的缸中,不与眼睛、耳朵和四肢产生联系,我们又能从这样一个脱离躯壳的大脑中学到什么呢?菲儿霍尔说:“用一块脑组织可以进行所有的物理学研究,但这无法使我们了解所有的信息。生物学研究有意义的物质。单纯模拟组织可行,但毫无意义。”因此,人类大脑项目就处在了一个相当尴尬的位置,人们批评它既过于浮夸,又过于狭隘。曾与作者对话并对该项目持怀疑态度的人中,并没有人反对模拟部分大脑的想法,但所有人都认为,这样的探索应由某些实际的研究问题驱动。例如,纽约大学的神经生物学家汪小京(Xiao-Jing Wang)已经建立了模型,展示出如果神经元之间以某种特定的方式连接,就能在无刺激的情况下保持电活动——这就是我们所说的工作记忆的本质,或者说大脑暂时保存某些想法的能力。又比如,滑铁卢大学的克里斯·埃利亚史密斯建立了一个名为“Spaun”的模型,这个利用250万个虚拟神经元集合构建的“简化版”大脑,能进行简单算术以及解决基础的推理问题。注入“人类大脑计划”的资金本可以为无数个类似的项目提供支持,这在很大程度上解释了人类大脑计划遭受众多非议的原因。2014年,近800名神经科学家向欧盟委员会写了一封公开信,称“人类大脑计划的构思既不精巧,实施也不到位,不适合成为欧洲神经科学的核心项目”。一年后,一个调解委员会与这些批评者达成一致意见,要求人类大脑计划重新调整研究方向,将工作重心放在“少数更重要的活动”,并重新调整其非正规的管理结构。“人类大脑计划”默许了这一提议。很快,它将自己“重新包装”成一个软件项目,目的是管理人类现有的大脑研究数据,提供搜索这些数据的工具,并开发允许其他研究人员建立自己模型的模拟器。

  

  由于大笔研发经费将于2023年到期,该团队近期所写的论文更像是融资计划书,他们写道:“开发高质量的大脑模拟器需要长期的资源投入。”这听起来似乎挺有说服力,不过,知情人士却很难说出“人类大脑计划”在过去十年中做出的任何一项重大贡献。虽然这个项目并非毫无建树,但似乎并没能产出与预算相符的成果。或者说,人类大脑计划还需要重新赢回因炒作而失去的学术团体的信任。不过,马克拉姆依然不屈不挠,在最近的一篇论文中,他和同事Xue Fan并不满足将大脑模拟局限于神经科学领域,而且更坚定地将其推广到整个西方哲学和人类文明的范畴。

  

  在一封电子邮件中,他表示:“该项目受到的政治阻力(而非科学阻力)大大拖慢了进度,但这绝不能、也绝不会令我们停下脚步。”他特别指出,140个员工仍为蓝脑计划奋斗,并且最近获得了5位外部评审员的正面评价,在“对越来越大的人脑区域建立精准的生物模型”方面,该项目的能力正呈“指数增长”。尽管现在没有了时间的约束,但对神经科学的未来口出狂言的人从来都不会缺席。2014年,TED在温哥华主会场举行了会议,麻省理工学院媒体实验室创始人尼尼古拉斯·内格罗蓬特发表了开场演讲。演讲结束时,他声称在30年内,“我们将真正消化信息。吞一颗药丸就能学会英语,吞一颗药丸就能了解莎士比亚,而这一切将通过血液循环得以实现。一旦药丸进入血液,就能在其中传输,最终进入大脑,而药丸一旦进入了大脑,就会解体,不同的药丸碎片将会分别置于大脑中正确的地方。”

  参考链接:

  本文作者ED YONG是《大西洋月刊》(The Atlantic)的一名特约撰稿人,主要负责撰写科技类文章。

  END

  

  谷歌的“硬”伤

  ——谷歌曝光Pixel 4“掌上雷达”

  实现悬浮触控

  社交平台色情骗局的“进化”后

  是不断升级的猫鼠游戏

  ——社交平台色情骗局也在更新换代

  SpaceX龙飞船

  第18次空间补给任务再创记录!

  ——送去3D打印机和细胞培育实验设备

  伦敦地铁2020年

  才覆盖4G信号!

  ——都9102年了,伦敦地铁还没通网

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  十年前,一位神经科学家——人类大脑计划的创始人亨利·马克拉姆(Henry Markram)信誓旦旦,宣称要在十年内模拟整颗人类大脑。几年后,他就获得了10亿欧元的资助。如今项目期满,结果却竹篮打水一场空。

  2009年7月22日,在英国牛津举行的TED全球大会上,神经科学家亨利·马克拉姆(Henry Markram)走到台前向观众宣布,他将在一台计算机中模拟极其复杂的人脑。他满怀豪情壮志地表示:“这或许能帮助我们理解感知、理解现实,甚至理解物理实在(physical reality,即意识所创造的事实)”。

  Henry Markram的TED演讲

  在时间的规划上,马克拉姆同样雄心勃勃:“我们将在10年内实现对人脑的模拟,如果成功了,我们将用全息影像的形式在TED的舞台上发表演讲。”但是现在,10年过去了,马克拉姆的承诺并没有兑现。可能会有人争辩说,高瞻远瞩和高谈阔论就是先驱者的本质,况且在前沿科技方面,任何失败都不足为奇,单独拿这种失败的项目出来讨论是不礼貌的。但是,马克拉姆的承诺仍然值得重新审视,原因有两个:其一,这个项目的投资巨大。2013年,欧盟委员会(European Commission)对马克拉姆的倡议“人类大脑计划(Human Brain Project,简称 HBP)”注资10亿欧元(当时价值约14.2亿美元);

  其二,人类大脑计划的探索方向,以及它所遭受的强烈非议,暴露了神经科学家在如何看待大脑、应该如何研究大脑方面的巨大分歧。

  模拟大脑的荒谬在哪?

  马克拉姆的目标远不只构建一个简化版的大脑,他要创造的是一件精妙绝伦的复制品,包括精细地复刻出组成大脑的神经元和流经它们的电活动,甚至内部处在开启或关闭状态的基因。

  

  从一开始,这种方法就受到了大量批评,许多神经科学家认为,这种自下而上的策略非常不靠谱,简直可以说荒谬至极。人脑极其错综复杂,对于神经元如何连接与合作、记忆如何形成、决策如何做出,我们的未知远远大于已知,在短短十年之内对其进行足够细致的解码,并据此构建一个复制品,这根本不可能。对包含302个神经元的秀丽隐杆线虫大脑进行描绘并建模的难度就已经非常大,更不必说人脑内的860亿个神经元。神经科学家格蕾丝·林赛表示:“人们认为这不切实际,这甚至根本算不上是一个合理的目标。”目前她正在撰写一本关于大脑建模的书。那么这一切的意义何在?人类大脑计划的目的并非解决任何特定的研究问题,也不是验证某些关于大脑工作原理的假设。模拟本身似乎就是目的:一个对于不存在的问题的复杂答案,一个寻找用途的工具。马克拉姆还曾成立一个类似的风险投资项目,称为蓝脑计划(Blue Brain Project)。这个项目在2015年发布了对3万个大鼠神经元的模拟,而这仅仅是啮齿动物小脑袋里0.15%的神经元。批评者称,该项目费时费力,但成果甚微。即使它能在项目时限内将研究规模扩展至人脑,但这样又有什么意义呢?“如果模拟成功,我们可以得到一个存在于计算机里的大脑,可我们的头盖骨里已经有一个大脑了,”林赛说,“那计算机里的大脑又能给我们什么启发呢?”马克拉姆解释道,他并不指望这个模拟实验能发挥很大的作用,这与他在TED演讲的说法可不太一样。他说,自己的目的不是制造人工智能,也不是通过图灵测试(Turing test)。相反,他只把这当做一个实验平台,一种让科学家不利用动物脑进行实验就能检验假设的手段。这种模拟的确可能允许研究人员检验关于大脑的各种假设,但首先这方面的研究必须极其先进,才能让模拟实验成为现实。“一旦神经科学‘修成正果’,我们应该就能做到模拟大脑;但将其作为探索过程的中间步骤,这似乎难以实现”,林赛认为。美国冷泉港实验室(Cold Spring Harbor Laboratory)的安妮·丘奇兰德补充道:“我不清楚这样超大规模的模拟能实现怎样的效果。”目前,她的团队正在进行关于大脑的研究,例如通过模拟神经网络来研究大脑如何整合视觉和听觉信息。“我可以用几十万个神经元来实现这一点,但如果实验样本是700亿个神经元,实验结果将非常难以预测。”

  模拟可行,但毫无意义

  最近,在一篇题为《大脑模拟的科学案例》(The Scientific Case for Brain Simulations)的论文中,几位人类大脑计划的科学家提出,大型模拟“在填补神经元研究和大脑系统水平之间的空缺方面很可能是必不可少的”。

  

  也就是说,科学家能够研究神经元具体运作的细节,也可以研究整个生物体的行为,但他们需要通过模拟来揭示前者如何引发了后者。

  该论文的联合作者们将这一点与天气预报进行了类比,即借助对各个区域物理和化学状况的了解,我们可以准确预测全球的气温、降水和风力。

  但华盛顿大学的神经科学家阿德里安·菲儿霍尔认为,这种类比并不可行。费尔霍尔曾有物理学背景,她指出,大型模拟确实有助于了解气候和星系,但是,“行星系统就是行星系统,和其他任何事物无关。然而大脑就是就是建立在关注其他事物的基础之上的。”

  也就是说,大脑接收来自外部世界的信息,控制人类和动物的身体对信息作出响应,进而向外部世界作出反馈。如果把大脑置于一个虚拟的缸中,不与眼睛、耳朵和四肢产生联系,我们又能从这样一个脱离躯壳的大脑中学到什么呢?菲儿霍尔说:“用一块脑组织可以进行所有的物理学研究,但这无法使我们了解所有的信息。生物学研究有意义的物质。单纯模拟组织可行,但毫无意义。”因此,人类大脑项目就处在了一个相当尴尬的位置,人们批评它既过于浮夸,又过于狭隘。曾与作者对话并对该项目持怀疑态度的人中,并没有人反对模拟部分大脑的想法,但所有人都认为,这样的探索应由某些实际的研究问题驱动。例如,纽约大学的神经生物学家汪小京(Xiao-Jing Wang)已经建立了模型,展示出如果神经元之间以某种特定的方式连接,就能在无刺激的情况下保持电活动——这就是我们所说的工作记忆的本质,或者说大脑暂时保存某些想法的能力。又比如,滑铁卢大学的克里斯·埃利亚史密斯建立了一个名为“Spaun”的模型,这个利用250万个虚拟神经元集合构建的“简化版”大脑,能进行简单算术以及解决基础的推理问题。注入“人类大脑计划”的资金本可以为无数个类似的项目提供支持,这在很大程度上解释了人类大脑计划遭受众多非议的原因。2014年,近800名神经科学家向欧盟委员会写了一封公开信,称“人类大脑计划的构思既不精巧,实施也不到位,不适合成为欧洲神经科学的核心项目”。一年后,一个调解委员会与这些批评者达成一致意见,要求人类大脑计划重新调整研究方向,将工作重心放在“少数更重要的活动”,并重新调整其非正规的管理结构。“人类大脑计划”默许了这一提议。很快,它将自己“重新包装”成一个软件项目,目的是管理人类现有的大脑研究数据,提供搜索这些数据的工具,并开发允许其他研究人员建立自己模型的模拟器。

  

  由于大笔研发经费将于2023年到期,该团队近期所写的论文更像是融资计划书,他们写道:“开发高质量的大脑模拟器需要长期的资源投入。”这听起来似乎挺有说服力,不过,知情人士却很难说出“人类大脑计划”在过去十年中做出的任何一项重大贡献。虽然这个项目并非毫无建树,但似乎并没能产出与预算相符的成果。或者说,人类大脑计划还需要重新赢回因炒作而失去的学术团体的信任。不过,马克拉姆依然不屈不挠,在最近的一篇论文中,他和同事Xue Fan并不满足将大脑模拟局限于神经科学领域,而且更坚定地将其推广到整个西方哲学和人类文明的范畴。

  

  在一封电子邮件中,他表示:“该项目受到的政治阻力(而非科学阻力)大大拖慢了进度,但这绝不能、也绝不会令我们停下脚步。”他特别指出,140个员工仍为蓝脑计划奋斗,并且最近获得了5位外部评审员的正面评价,在“对越来越大的人脑区域建立精准的生物模型”方面,该项目的能力正呈“指数增长”。尽管现在没有了时间的约束,但对神经科学的未来口出狂言的人从来都不会缺席。2014年,TED在温哥华主会场举行了会议,麻省理工学院媒体实验室创始人尼尼古拉斯·内格罗蓬特发表了开场演讲。演讲结束时,他声称在30年内,“我们将真正消化信息。吞一颗药丸就能学会英语,吞一颗药丸就能了解莎士比亚,而这一切将通过血液循环得以实现。一旦药丸进入血液,就能在其中传输,最终进入大脑,而药丸一旦进入了大脑,就会解体,不同的药丸碎片将会分别置于大脑中正确的地方。”

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  本文作者ED YONG是《大西洋月刊》(The Atlantic)的一名特约撰稿人,主要负责撰写科技类文章。

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  谷歌的“硬”伤

  ——谷歌曝光Pixel 4“掌上雷达”

  实现悬浮触控

  社交平台色情骗局的“进化”后

  是不断升级的猫鼠游戏

  ——社交平台色情骗局也在更新换代

  SpaceX龙飞船

  第18次空间补给任务再创记录!

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  ——都9102年了,伦敦地铁还没通网

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