人脑模拟计划：十年磨砺今折戟

人脑计划的失败发人深省，而浪费钱还不是关键。

ED YONG

封面：Daniele Simonelli

NEUROSCIENCE  神经科学

十年前，一位神经科学家说十年内他便能模拟出人脑。剧透如下：他没做到。

— 亨利·马克拉姆

2009年7月22日，英国牛津，神经科学家亨利·马克拉姆（Henry Markram）走上TEDGlobal会议的舞台，宣称将用计算机模拟出人类大脑，且其复杂度可与真实人脑匹敌。他有着崇高的目标：“我们或许能够以此理解感知，理解现实，甚至理解物理现实。”而且他雄心勃勃：“我们可在10年内达成目标，要是真的成功，10年后我们会发给TED一个全息图，用它和你们交流。”如果银河-大脑米姆（ galaxy-brain meme）¹在那时已经出现，倒是个运用它的好机会。

¹译者注：一种把其他因素和脑容量联系在一起，并通过一系列组图进行因素持有者间脑容量比较的文化风潮。

— 银河-大脑米姆

如今恰好过去了10年，他并没有成功。

有人可能会为他辩护说，任何领域的先驱都是好高骛远的，科学充满了失败的预言，只有粗俗无礼的人才会针对其中任何一个失败横加指摘。（科学作者们开玩笑说，突破性的药物和技术似乎总会出现在五到十年之后，像吊在驴子眼前的胡萝卜那样可望不可及。）但有两个原因使我们有必要重新审视马克拉姆的说辞。首先，押在他身上的赌注巨大：2013年，欧盟委员会授予他提出的方案“人脑计划”（the Human Brain Project, 以下简称“HBP”）惊人的10亿欧元赠款。其次，HBP的努力以及异见者的强烈反对，揭示了神经科学家在如何看待大脑，以及如何研究大脑这两方面的重大分歧。

马克拉姆的目标并不是创造一个大脑的简化版，而是创造一个复杂得眩目的复制品，它包括组成大脑的神经元，神经元之间的电活动，甚至其内部基因表达与否，巨细靡遗。这种方法从一开始就招致广泛批评：对于许多其他神经科学家来说，其自下而上的策略貌似很不靠谱，甚至到了荒谬的地步。大脑错综复杂：神经元如何连接和合作，记忆如何形成，决定如何作出，这些机制很大程度上仍是未知的，并且不可能在短短十年内被详尽破解。描绘秀丽隐杆线虫的302个神经元并建模已很困难，更不用说我们头骨中的860亿个神经元了。“人们认为这个目标并不现实，甚至不合乎情理。”神经科学家葛雷斯·林赛（Grace Lindsay）说。（这位科学家本人也正在写一本关于大脑建模的书。） 

Henry Markram的TED演讲

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HBP到底有什么意义呢？它既没有试图解决某个具体研究问题，又没有检验任何关于大脑如何运作的特定假说。模拟的目的似乎仅仅是模拟本身。它把一个根本不存在的问题复杂化；作为一个工具，它的用途还有待开掘。当马克拉姆创立的相关企业蓝脑计划（Blue Brain Project）在2015年发布3万个大鼠神经元的模拟时（这个数目仅占啮齿动物小脑瓜神经元数量的0.15%），批评者宣称这项工作已证明徒劳无功。即使可以及时提升到人类大脑的规模，又凭什么要去做呢？林赛说：“就算你的计算机里终于有了一个大脑，可你头颅里早已有了一个大脑。这个新大脑能告诉你什么？”

对此马克拉姆解释说，与他的TED演讲相反，他从未打算用模拟本身解决什么问题。他并不企图搞人工智能，也没想要通过图灵测试。相反，他把它定位为一个实验测试台，好让科学家不必刺激动物头部就能检验假说。“这会有极高价值。”林赛说，但它基于一种循环逻辑：模拟或许会允许研究人员测试关于大脑的想法，但是这些想法必须已经非常完善，才能首先完成模拟。“一旦神经科学‘完成’了，我们应该就能做到，但是模拟难以成为一个中间过程，来助益进一步研究。”

冷泉港实验室的安妮·丘奇兰德（Anne Churchland）补充说：“该模拟的特点是规模巨大，但我看不出这有什么意义。”她的团队模拟神经元网络，研究大脑如何结合视觉和听觉信息。“我可以用成千上万的神经元来实现这一点，但当神经元规模达到700亿，很难说会带来额外的好处。”

在最近一篇名为《模拟大脑的科学理由》的论文中，几位HBP科学家认为，“对于弥合脑内神经元层面和神经系统层面之间的鸿沟”，大型模拟“或许是必不可少的”。换句话说：科学家可以研究神经元工作方式的具体细节，可以研究整个生物的行为，但他们需要模拟来展示前者如何创造后者。作者们用天气预报构造了一个类比：理解了局部层面的物理和化学过程，我们才能够准确地预测整个地球的温度、降雨和风向。

这个类比无效，来自华盛顿大学的神经科学家安德罗妮·菲尔浩（Adrienne Fairhall）称。（她有物理学背景。）她认为大规模模拟对于理解天气和星系确实是有用的，但“行星系统与除其本身以外的任何东西都无关”，而“大脑注定是与其他事物相关的”。她的意思是，大脑接收有关世界的信息，它驱使人和动物的身体移动，进而影响物质世界。切断与眼睛、耳朵和四肢的连接，虚拟之缸中的离身（disembodied）大脑能告诉我们些什么？“你可以切下一块组织来进行一切物理操作，但这样还是丢掉了许多重要的东西。”菲尔浩说，“生理基础是具有意义的物质。模拟组织是可行的，但没有意义。”

因此，HBP处在左右不逢源的尴尬地位，有人批评它夸张，却又有人说它狭隘。我所采访的所有怀疑论者都没有反对“模拟大脑”这个想法本身，但所有人都认为这些努力应该由实际的研究问题驱动。例如，来自纽约大学的汪小京已经建立了模型，表明神经元如果以某种方式连接，它们即使没有受到刺激也能维持电活动——这就是所谓“工作记忆”的本质，或持续思维的能力。同时，滑铁卢大学的克里斯·伊利亚史密斯（Chris Eliasmith）建立了一个名为Spaun的模型，该模型使用一组250万个虚拟神经元进行简单算术并解决基本推理问题。

HBP之所以引起轩然大波，或许是因为流向HBP的资金本来可以用来资助无数上述这样的项目。2014年，近800名神经科学家写了一封致欧盟委员会的公开信，称“HBP不是一个精心构思并实施的项目，不适合成为欧洲神经科学的核心”。一年后，一个调解委员会表示认同批评者的看法，要求HBP将工作重点转移到“少数具有恰当优先地位的活动”上，并调整其不正规的管理架构。

HBP顺从了。它将自己成功地重塑成了一个软件项目，用以管理有关大脑的现有数据，提供搜索这些数据的工具，并开发模拟器；有了这种模拟器，人人都能构建他们自己的模型。由于大量资金将于2023年到期，该团队最近的论文读起来仿佛就是在恳求追加投资。“高品质大脑模拟器的开发需要长期资源投入作担保。”他们写道。

— Oven Davey

我的受访者们绞尽脑汁也说不出HBP在过去十年中做出了什么重大贡献，这或许揭露了某些事实。但这绝不意味着HBP没有贡献。问题在于，贡献似乎和项目的预算不成比例。此外，HBP的炒作行径致使它失去了很多学术团体的信任，或许HBP需要努力让人们回心转意。

马克拉姆似乎并没有被吓倒。在最近的一篇论文中，他和同事薛凡（音译）坚称，大脑模拟不仅是神经科学领域的一份子，更是整个西方哲学和人类文明的成员。他在一封电子邮件声明中告诉我，“项目的政治阻力（而非科学的）确实大大减缓了我们的进展，但它仍没能阻止我们，也永远无法阻止我们。”他强调，140人仍致力于蓝脑计划，五位外部评审员近来给出了一系列积极评价，以及，建立“能够描绘越来越大的脑区，并在生理方面准确的模型”的能力，“正以指数级增长”。

这次没有时间限制，但是不少人对神经科学的未来有着更夸张的展望。2014年，我参加了TED在温哥华的主会议，并观看了麻省理工学院媒体实验室创始人尼古拉斯·尼戈朋特（Nicholas Negroponte）的开幕演讲。他在结束语中声称，在30年内，“我们将能够摄入信息。未来，吞下一颗药丸，你将学会英语；吞下一颗药丸，你将熟知莎士比亚。药物将通过血液让梦想成真。一旦它进入你的血液，它会顺流进入大脑，当知道自己到了大脑中时，药丸的各个不同组成部分便会分别沉降到正确的位置。”

我聆听着。在我左后方，有人强忍住狂喜，低声叹道：“哇。”

翻译：Clot

审校：有耳

编辑：德馨

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

Ed Yong

科学作家，著名科普博客Not Exactly Rocket Science的博主

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