【神经计算】欧盟十年“人脑计划”成果或可用于认知战
2023年9月12日，欧盟人脑计划(HBP)圆满结束。该项目聚焦未来神经科学、未来医学、未来计算三个主要研究领域，形成了一系列神经科学、先进的医学和技术应用，包含160多种可免费访问的神经科学研究数字工具，研究成果有或可为基于人脑和神经的认知战实施提供理论与技术支持。
历经十年的欧盟“人脑计划”
编译：奋斗的小青年
全文摘要与关键词
2.HBP四个研究阶段
3.主要研究成果：数字工具，数字基础设施，最详细人脑图集，大脑意识测量，制造具有认知能力的机器人等
4.简评：为理解大脑网络与认知功能奠定基础，虽然项目本身存在较大争议，但其研究成果或可为实施认知作战提供先进的科学技术基础，以及理论与实践依据。
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欧盟 HBP 项目
HBP（Human Brain Project）是欧盟资助的最大研究项目之一。最早由瑞士资助的“蓝脑计划”发展而来。HBP于2013年正式启动，历时10年、最初计划投资10亿欧元、最终投入6.07亿欧元，由来自欧盟19个国家155家机构合作，于2023年9月宣告项目结束。HBP主要三个研究领域：未来神经科学、未来医学、未来计算。
模拟大脑，建立EBRAINS平台
欧盟人脑计划（HBP）的总目标是：建立神经科学、医学和计算所需的全新信息和计算技术基础，促进全球合作研究。通过计算机技术模拟大脑，建立一套分析、整合、模拟数据的信息通信技术平台（称为EBRAINS平台），获得对人脑及其疾患的全新认识。世界各地的科学家可使用EBRAINS工具和数据进行模拟和数字实验，以促进相应研究成果的应用性转化，包括三个主要子平台：
1.1 神经信息学、脑仿真和超级计算的信息和计算技术（ICT）平台
脑结构功能数据。科学家和信息学家从脑结构和功能的各个层次搜集并产生数据；
脑概念模型。理论家提出脑概念模型，开发可进行跨层次研究的数学工具；
统一的脑模型。建模和仿真专家开发新软件，把全世界所有神经科学数据、知识和理论整合到统一脑模型中，对脑进行仿真，使神经科学家能够把从基因、分子、细胞直至人脑的认知和行为的各种细节联系起来，由此找出尚缺失的信息并填补空白，不断改进模型的生物学精确性；
脑模型控制虚拟机器人，实现互动与因果链。计算机科学家和工程师研制新型超级计算机，并用脑模型控制虚拟机器人，使之感知虚拟环境并与虚拟环境互动，系统追踪从基因到认知的极为复杂的因果关系链。
1.2 医学信息平台
把所有的临床数据汇集起来，使医学研究人员提取到有价值的临床信息，并融入有关疾病计算机模型中。其目的是开发客观诊断脑疾患新技术，认识发病机制，加快开发新治疗方法，为通过仿真筛选药物、预测其效果和副作用提供全新途经。
1.3 神经计算平台和神经机器人 (neurorobotics)平台
创造类脑智能系统。根据脑构造和回路研发新型计算系统和机器人，利用有关脑详尽知识，解决计算技术所面临的节能、可靠性，以及编程极其复杂的问题，为创造类脑智能系统开辟道路。
四个研究阶段
快速启动阶段：2013-2017，完成数据信息平台搭建；
第一核心阶段：2016-2018，建立人脑数字模型，并开发大脑疾病模型；
第二核心阶段：2018-2020，将数据库整合成一个容纳大脑解剖学、连接的EBRAINS数据库；
最后核心阶段：2020-2023，强化数字化大脑研究，进一步完善EBRAINS数据库建设。
主要研究成果
3.1 针对多尺度方法新技术
数字工具。HBP已开发了160多个数字工具，可在多个空间尺度上研究大脑。包括软件、服务、中间件和硬件平台，跨越一系列不同研究方法，从数据管理到模拟，再到促进集成和协作的核心基础设施。EBRAINS为科学界提供免费访问HBP开发的工具。
3.2 EBRAINS 数字研究工具
数字研究基础设施。EBRAINS是一项数字研究基础设施，提供对工具、模型、数据和服务的访问，推进大脑研究并实现大规模合作，是推进脑科学研究的关键因素。
3.3 最详细人脑图集
德国科学家已完成人类大脑图集生成工作。该图谱在三维空间中显示大脑细胞结构，捕捉到个体大脑之间的可变性。该图集可在EBRAINS平台上免费获得，并不断整合新数据。该图谱显示微观结构、连通性和功能，使研究人员能够协同解码大脑和临床医生，改善神经系统疾病患者的治疗。
此外，该项目创建大约200个大脑结构三维图集，构建人类大脑图谱。该图谱从细胞和分子结构到功能与连通性描绘了大脑的多层次组织结构特点，可与艾伦人脑图谱中的基因表达数据联系起来。利用图谱，HBP科学家已在前额叶皮层中确定了6个以前未知的大脑区域。
3.4 大脑意识测量
在严重脑损伤后，无反应患者常被宣布为无意识，这种诊断并不总是正确，一些患者可能是清醒的，但无法表现出来。意大利和比利时科学家建立了一种灵敏度更高的新方法来评估意识水平，包括对大脑的非侵入性磁刺激，并用脑电图测量大脑反应的复杂性。
3.5 利用数字大脑模型改善医疗保健
法国科学家开发出对药物治疗无反应的癫痫患者的大脑模型，旨在识别癫痫发作出现的大脑区域，为外科医生提供精准工具，帮助个人做手术决定。该模型有潜力用于治疗其他大脑疾病。HBP将一些成果转化为临床应用，使用个性化大脑模型改善癫痫和帕金森病患。
3.6 神经植入物克服失明和瘫痪
荷兰科学家建造了一种大脑植入物，可高精度电刺激大脑视觉皮层。该技术已小范围转移到人类医学领域。瑞士科学家使用神经植入物刺激脊髓，使截瘫患者再次站立和行走。
3.7 制造受大脑启发的运动和具有认知能力的机器人
西班牙和意大利团队为机器人配备了小脑和海马体详细模拟，涉及运动控制和空间导航。荷兰和英国科学家使用电脑神经机器人平台教机器人记住地点和改进自主导航，提高了人们对大脑中自身认知的理解，并为克服当前AI和机器人技术的限制开辟了新道路。
3.8 使AI更节能
荷兰、奥地利、德国和瑞士科学家从人类大脑中获得灵感，提高AI能源效率。研究团队开发并优化了一些强大的大脑启发算法，比传统深度学习方法更具优势。由此产生的峰值神经网络可在大规模神经形态系统中实现。其中HBP已开发出两台最大的SpiNNaker和ScaleS-2计算机，研究人员可通过EBRAINS进行访问。
3.9 强大的超级计算社区
理解人类大脑需要处理大量数据，对计算要求很高，这推动了人脑交互式计算电子基础设施项目（ICEI）中Fenix基础设施的实施。Fenix是由欧洲六个领先的超级计算中心组成的联邦基础设施，为科学界提供计算、云和存储资源。Fenix构建不同的EBRAINS平台服务，允许神经科学界和其他研究界开展工作。
3.10 神经科学研究转化为临床和技术创新
HBP研究使神经学、AI和计算技术领域的许多创新成为可能，HBP成员成功创立的衍生产品使科学创新更接近市场。
开发出治疗失明的大脑植入芯片和仿人脑超级计算机，并使用超级计算机对记忆和意识等功能建模，推进各种大脑疾病治疗方法。
3.11 开创合作新文化
整合大脑多个维度的知识需要跨学科研究团队密切合作，共同设计先进数字技术。HBP开创了神经科学的数字化进程，并在克服研究界碎片化方面取得重大进展。
HBP研究成果为人类理解大脑网络，实现认知功能奠定了基础。研究成果还有助于理解大脑的基本功能和工作机理，理解人类的行为和思维模式、人类认知和行为的本质；有助于开发更先进的神经网络和算法，模拟人脑运作，控制人类感知、思维和行为。
然而，项目本身存在较大争议。HBP历时10年、500余位科学家参与、耗资约6.07亿欧元，项目从一开始就备受争议。2013年HBP正式启动时，得到了10亿欧元的资金承诺，最终该项目获得6.07亿欧元。此外，该项目自始至终都贯穿着一大问题——碎片化，该计划尝试通过将技术整合到EBRAINS平台中来解决此问题。横跨整个计划的六个平台也开始开发兼容工具并共享数据标准，一些研究团队被重组以关注特定的科学挑战，而不是整个学科。
研究成果或成为实施认知作战的科学基础与技术依据。目前，北约正在开展认知战项目研究，其首要目标是找到新的“伤害大脑的方法”，改变人们的想法、思维和行为方式。HBP的脑神经科学研究了人类大脑的结构和功能，深入了解人类思维、情感和行为的本质，这些基础性研究成果可为北约认知战项目所运用。此外，美国正在将AI与脑神经科学、生物技术等融合，提升军事人员认知能力。例如，美国国防高级研究计划局（DARPA）2018年启动的神经接口系统项目、2021年启动的“感知赋能的任务指导”项目、美陆军研究实验室正在研究利用人的大脑活动信号来训练人工智能系统项目等，这些项目都涉及大量神经科学和脑科学。
参考文献：
1.https://www.hpcwire.com/off-the-wire/human-brain-project-concludes-highlighting-key-achievements-in-integrative-brain-research/
2.https://www.humanbrainproject.eu/en/
3.https://www.ebrains.eu/
4.https://www.nature.com/articles/d41586-023-02600-x
5.https://www.hpcwire.com/off-the-wire/human-brain-project-to-host-science-market-open-to-the-public-during-hbp-summit/
6.https://www.hpcwire.com/off-the-wire/human-brain-project-spin-off-receives-eic-grant-to-develop-energy-efficient-ai-tech/
7.https://scitechdaily.com/human-brain-project-scientists-shed-new-light-on-human-brain-organization/
（全文完）
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