人類大腦計劃的創始人亨利·馬克拉姆（Henry Markram）。圖片來源：Ralph Orlowski/Reuters
十年之前，一位神經科學家信誓旦旦，宣稱要在十年內模擬一整個人類大腦，還在短短幾年后獲得了歐盟十億歐元的資助。如今項目即將期滿，它怎么樣了？
2009 年 7 月 22 日，英國牛津舉行的 TED 全球大會上，神經科學家亨利·馬克拉姆（Henry Markram）走到臺前告訴觀眾，他將在一臺計算機中模擬復雜程度難以想象的人腦。他志存高遠：“這或許能幫助我們理解感知、理解現實，甚至理解物理實在（即意識所創造的事實）。” 馬克拉姆的時間規劃也是野心勃勃：“我們將在 10 年內實現對人腦的模擬，如果成功的話，我們就能通過全息圖像的形式出現在 TED 的舞臺發表演講。”如果當時存在那種在大腦里塞進一個星系的圖片的話，用作演講配圖真是再好不過了。可能有人會爭辯說，先驅者的本性就是高瞻遠矚又高談闊論，再說科學界本來就不缺少失敗者，單獨把任何一個拎出來都是不禮貌的。（科學記者們戲稱，人們口中的突破性藥物和技術總會在 5 至 10 年后誕生，這個說法滾動播放。）但馬克拉姆的承諾仍然值得回顧，有兩個原因。其一，這個項目的賭注巨大：2013 年，歐盟委員會對馬克拉姆的倡議“人類大腦計劃”（Human Brain Project ，簡稱 HBP）注資 10 億歐元（當時價值約 14.2 億美元）。其二，人類大腦計劃的努力方向，以及它受到的強烈反對，暴露了神經科學家在如何看待大腦、應該如何研究大腦方面巨大的分歧。馬克拉姆的目標遠遠不只是制造一個簡化版的大腦，他要創造的是一個精妙絕倫的復刻品，精細到組成大腦的神經元和流經它們的電活動，甚至內部處在開啟或關閉狀態的基因。打從一開始，這種方法就受到了廣泛批評，許多神經科學家認為，這種自下而上的策略實在不靠譜，簡直可以說是荒謬的。人腦極其錯綜復雜，對于神經元如何連接與合作、記憶如何形成、決策如何做出，我們不了解的比了解還多，根本不可能在短短十年之內對其進行足夠細致的解碼，以據此構建一個復制品。描繪只有 302 個神經元的秀麗隱桿線蟲大腦并據此建模已經足夠艱難，更別說人腦內的 860 億個神經元了。“大家認為這不切實際，甚至算不上一個合理的目標，”神經科學家格蕾斯·林賽（Grace Lindsay）說，她正在寫一本關于大腦建模的書。那么這一切意義何在？人類大腦計劃的目的并不是解決任何特定的研究問題，也不是驗證某些關于大腦工作原理的假設。模擬本身似乎就是目標——一個對于不存在的問題的繁復答案，一個找尋用途的工具。馬克拉姆還成立了一個相關的風險投資項目，藍腦計劃（Blue Brain Project）。該項目在 2015 年發布了對 30000 個大鼠神經元的模擬——這不過是嚙齒動物小腦袋里 0.15% 的神經元。批評者稱這耗費了大量的工作時間，卻沒有揭示任何新信息。即使它能在項目時限內擴展到人腦的規模，這樣做又有什么價值？“如果模擬成功的話，你會有一個計算機里的大腦，可之前你本就有一個頭蓋骨里的大腦，”林賽說，“那計算機里的大腦又能告訴你什么呢？”馬克拉姆解釋道，他從來不指望讓這個模擬實驗做到太多事情，這和他在 TED 演講中所說的可不一樣。他不是為了制造人工智能，也不是為了通過圖靈測試。相反，他只把這當做一個實驗臺，一種讓科學家不用刺激動物腦袋就能檢驗假設的手段。“那將是非常有價值的，”林賽說，但它陷入了循環論證。這種模擬確實可能讓研究人員檢驗關于大腦的各種想法，但首先這方面的研究必須極其先進，才能讓模擬實驗成為現實。“一旦神經科學‘修成正果’，我們應該能做到模擬大腦；但將其作為探索路途上的中間步驟，這似乎難以實現。”美國冷泉港實驗室的安妮·丘奇蘭德（Anne Churchland）補充道：“我不清楚這樣超大規模的模擬能實現怎樣的效果。”例如，她的團隊通過模擬神經網絡來研究大腦如何整合視覺和聽覺信息。“我可以用幾十萬個神經元來實現這一點，但如果有 700 億個神經元，我真不知道那會給我帶來什么。”最近，在一篇題為《大腦模擬的科學案例》的論文中，幾位人類大腦計劃的科學家提出，大型模擬“在填補從神經元研究到大腦系統水平之間的空缺方面很可能是不可或缺的”。換言之：科學家能夠研究神經元具體如何工作，也可以研究整個生物體的行為，但他們需要通過模擬來了解前者如何引發了后者。論文作者們將其與天氣預報進行了類比：借助對各個區域物理和化學狀況的了解，我們可以準確預測全球的氣溫、降水和風力。但華盛頓大學的神經科學家阿德里安·費爾霍爾（Adrienne Fairhall）說，這種類比是行不通的。費爾霍爾有著物理學背景，她指出，大型模擬確實有助于理解氣候和星系，但是，“行星系統就是行星系統，和其他任何事物無關。然而大腦就是為關注其他事物而生的。”也就是說，大腦接納來自外部世界的信息，控制人類和動物的身體對信息作出響應，進而影響外部世界。如果把大腦困在一個虛擬的缸中，不與眼睛、耳朵和四肢產生聯系，我們又能從這樣一個脫離軀殼的大腦中學到什么東西？費爾霍爾說：“你可以用一塊腦組織進行所有的物理學上的研究，但這無法讓你了解它所有的信息。生物學研究有意義的物質。單純模擬組織可以，但毫無意義。”缸中之腦。圖片來源：Wikipedia
這就把人類大腦項目放在了一個相當尷尬的位置，人們批評它既過于浮夸，又過于狹隘。與筆者交談過的對該項目持懷疑態度的人中，沒有一個人反對模擬部分大腦的想法，但所有人都認為，這樣的努力應由某些實際的研究問題驅動。例如，紐約大學的神經生物學家汪小京建立了模型，展示了如果神經元之間以某種特定的方式連接，就能在沒有受到刺激的情況下保持電活動——這就是我們所說的工作記憶的本質，或者說大腦中暫時保存一些想法的能力。又比如，滑鐵盧大學的克里斯·埃利亞史密斯（Chris Eliasmith）建立了一個名為“斯潘”（Spaun）的模型，利用 250 萬個虛擬神經元的集合構建了一個“簡化版”大腦，能進行簡單算術和解決基礎的推理問題。流向人類大腦計劃吸取的資金本可能用來支持無數類似的項目，這在很大程度上解釋了人類大腦計劃為何引來了這么多的怒火。2014 年，近 800 名神經科學家向歐盟委員會寫了一封公開信，稱“人類大腦計劃既不構思精巧，也未實施到位，不適合成為歐洲神經科學的核心。”一年后，一個調解委員會與這些批評者達成一致，要求人類大腦計劃重新調整方向，關注“少數優先級較高的活動”，并重組其非正統的管理結構。人類大腦計劃默許了。它有效地將自己重新包裝成一個軟件項目，目的是管理人類現有的大腦研究數據，提供搜索這些數據的工具，并開發允許其他研究人員建立自己模型的模擬器。隨著大筆研發經費將于 2023 年到期，該團隊最近的論文讀起來像是在懇請更多投資，他們寫道：“開發高質量的大腦模擬器需要長期的資源投入。”這聽起來或許挺有說服力，不過，筆者聯系到的人很難說出人類大腦計劃在過去十年中做出的哪怕一項重大貢獻。雖然這個項目并不是毫無建樹，但他們似乎沒能產出和預算相符的成果。或者說，人類大腦計劃還需要重新贏回學術團體的信任，那是他們因炒作而失去的信任。馬克拉姆似乎不屈不撓，在最近的一篇論文中，他和同事 Xue Fan 不滿足于將大腦模擬局限于神經科學領域，更堅定地將其推廣到了整個西方哲學和人類文明的范疇。在一封電子郵件中，他告訴我：“該項目受到的政治阻力（而非科學）實在是大大拖慢了進度，但這絕不能、也不會令我們停下腳步。”他特別指出，藍腦計劃仍有 140 個員工，最近得到了 5 位外部評審員的正面評價，以及在“對越來越大的大腦區域建立精準的生物模型”方面， 該項目的能力正在“指數增長”。這次沒有了時間約束，但對神經科學的未來口出狂言的人一向不缺。2014 年，我出席了 TED 在溫哥華主會場的會議，并觀看了麻省理工學院媒體實驗室創始人尼古拉斯·內格羅蓬特（Nicholas Negroponte）所做的開場演講。演講結束時，他聲稱在 30 年內，“我們將真正消化信息。吞一顆藥丸就能學會英語，吞一顆藥丸就能了解莎士比亞。而這一切將通過血液循環實現。一旦進入血液，藥丸就能在其中傳輸，最終進入大腦。而一旦察覺到進了大腦，藥丸就會解體，并把不同碎片分別置入妥當的地方。”A Brief History of Simulation Neuroscience
文章來源：科研圈
IEEE Spectrum
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